JPH11296131A - マトリクス表示ディスプレイの階調表示方法及びこの方法を用いた表示装置 - Google Patents

マトリクス表示ディスプレイの階調表示方法及びこの方法を用いた表示装置

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JPH11296131A
JPH11296131A JP10101505A JP10150598A JPH11296131A JP H11296131 A JPH11296131 A JP H11296131A JP 10101505 A JP10101505 A JP 10101505A JP 10150598 A JP10150598 A JP 10150598A JP H11296131 A JPH11296131 A JP H11296131A
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gradation
display
scanning
signal
electrode
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Takatoshi Onoda
貴稔 小野田
Makoto Kobayashi
誠 小林
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Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 パルス幅変調法と同等の映像信号処理速度に
抑え、かつフレーム抜き取り法と同等に簡易な回路構成
の駆動素子を用いることができ、さらにサブフィールド
表示法と同等のフレーム分割数に抑えられ、しかも安定
で実用的な階調表示を行ない得るマトリクス表示ディス
プレイの階調表示方法及びこの方法を用いた表示装置を
提供する。 【解決手段】 少なくとも一方が透明で、互いに交差す
る第1電極及び第2電極によりマトリクス状に狭持され
てなる発光表示素子へ電圧を印加することによって各電
極の交点の画素を発光させるマトリクス表示ディスプレ
イの階調表示方法である。一方の電極を走査線、もう一
方の電極をデータ線とし、これらの電極へ駆動装置を介
して映像信号を入力する線順次走査方式である。1回の
走査線選択時間を相対比の異なる複数の時間幅に分割
し、その分割された期間を階調表示情報に応じて制御、
発光させることによって階調を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、有機エレクトロル
ミネッセンス(以下「有機EL」と称する)発光表示素
子や無機エレクトロルミネッセンス(以下「無機EL」
と称する)発光表示素子を始めとする発光表示素子へ電
圧を印加することによって電極に狭持された画素を発光
させるマトリクス表示ディスプレイの階調表示方法、お
よびこの方法を用いた発光表示装置に関し、特には、安
定で実用的な階調表示を行ない得る当該階調表示方法お
よび発光表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】少なくとも一方が透明で、互いに交差す
る第1電極及び第2電極によりマトリクス状に狭持され
てなる発光表示素子へ電圧を印加することによって各電
極の交点の画素を発光させるマトリクス表示ディスプレ
イは、主に線順次走査によって画像表示を行なってい
る。これは、マトリクス状に交差する電極群のどちらか
一方を走査線、もう一方をデータ線と定義し、走査線を
1本もしくは複数本ずつ選択、走査し、データ線からの
信号により映像を表示させ、1画面を構成する方法であ
る。図1に、かかるマトリクス表示ディスプレイにおい
て階調表示を行なう場合の電極構造を示す。これはXY
マトリクス構造を有し、発光層2を狭持するデータ線1
と走査線3の数だけ、すなわちデータ線数をm、走査線
数をnとする場合、m+n個の駆動素子を用意すること
で1画面を表示することができ、各画素ごとに直接駆動
素子を保有するスタティック駆動のようにm×n個の駆
動素子を必要としない。
【0003】線順次走査においては、表示ディスプレイ
上の全画素が同時に点灯することはない。しかし、人間
の目は積分効果を持っているために、人間の目で判別で
きない程充分に速い光の点滅はその平均値として捕らえ
られる。このため、線順次走査の繰り返し周波数、すな
わち駆動周波数が人間の目で判別できない程に高けれ
ば、画面のちらつきは認識されず、画質が確保される。
【0004】マトリクス状の電極構造を持つ表示ディス
プレイにおいて階調表示を行なうには、入力映像信号の
階調情報に基づき輝度制御を行なう必要がある。輝度制
御には、印加電圧または電流を可変とし、輝度を変化さ
せる方法や、電圧または電流の印加時間を可変とし、時
間的に輝度を変化させる方法や、それらを組み合わせて
輝度を変化させる方法などがある。現在表示ディスプレ
イに用いられている階調制御には、電圧変調法、パルス
幅変調法、フレーム抜き取り法、サブフィールド表示法
などが挙げられる。
【0005】その中で電圧変調法は、画素を選択、走査
する時にその印加電圧を階調に応じて変化させる方法で
ある。パルス幅変調法は印加電圧は一定でパルス幅を可
変とし、時間的に階調制御を行なう方法である。フレー
ム抜き取り法は印加電圧は一定でフレーム表示の有無を
制御することにより、時間的に階調制御を行なう方法で
ある。サブフィールド表示法は、1フレームを2のべき
乗に応じた時間幅の各サブフィールドに分割し、このサ
ブフィールドの組み合わせにより階調制御を行なう方法
である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記の各種階調駆動法
は、映像信号処理回路や駆動素子の技術的課題において
様々な問題点を抱えている。
【0007】図11は、電圧変調法における走査タイミ
ングを示したものである。電圧変調法は主に液晶ディス
プレイに用いられ、画素を選択、走査する時にその印加
電圧を階調に応じて変化させる方法である。これの利点
は、階調情報を電圧に変換するだけで、特別な回路や装
置を付加することなく階調が行なえることである。しか
し、階調の数だけ電圧源が必要となり、特に輝度電圧特
性の立ち上がりが急峻な表示パネルにおいては、隣り合
う階調の電圧差が非常に小さくなり、電圧源として非常
に高い精度が要求される。
【0008】図12は、パルス幅変調法における走査タ
イミングを示したものである。前述の電圧変調法と異な
る点は、印加電圧は一定でパルス幅を可変とし、時間的
に階調制御を行なう点である。これの利点は、目視時の
輝度がパルス幅に比例する点である。しかし、1回の走
査線選択時間における夫々の出力において表示しようと
する階調が異なれば、夫々別のパルス幅で電圧あるいは
電流印加を行なう必要がある。このためには、各出力ご
とにパルス幅制御のための情報を蓄えるメモリが必要と
なり、このことは駆動素子ひいては表示パネル全体のコ
ストアップに繋がる。
【0009】図13は、フレーム抜き取り法における走
査タイミングを示したものである。フレーム抜き取り法
は、1画面を構成するフレームを間欠的に抜き取ること
によって目視的に輝度を変化させ、階調を発生させる方
法である。これの利点は、フレームの階調信号を構成し
た以降の回路に何ら階調制御のための特殊な処理部を付
加させる必要がないということである。しかし、階調の
数だけ走査、すなわち駆動周波数を速めて階調表示を行
なうので、高階調表示を行なうには非常に速い駆動周波
数が必要となる。このため階調数で分割されたフレーム
(これを「サブフレーム」と定義する)を選択、走査す
る時間が短くなり、階調処理回路や駆動素子には非常に
速い処理速度が求められる。これを回避するために単位
時間当たりにフレームを繰り返し走査する回数(これを
「フレーム周波数」と定義する)を小さくすると、画素
の明滅がフリッカとして表れ、画質を低下させる原因と
なる。また、フレーム周波数を高くすることは、特に容
量性パネルにおいて駆動素子のスイッチング損失、すな
わち駆動回路の消費電力が増大する。
【0010】図14は、メモリ効果を有するプラズマデ
ィスプレイで用いられるサブフィールド表示法における
走査タイミングを示したものである。サブフィールド表
示法は、階調信号の書き込みと発光が別々に行なわれ、
夫々の発光時間の比を2のべき乗に設定することで駆動
周波数を低く抑えることができる。前述のパルス幅変調
法やフレーム抜き取り法に対しサブフィールド表示法
は、階調表示を行なう上での時間分割の方法が異なる。
前者は、1つのフレームを時間的に等分割するのに対
し、後者は、2のべき乗で分割し、その組み合わせによ
って階調表現を行なう。しかし後者は、1画面を構成す
るのに要する時間より、1画面の表示終了から次の画面
の表示開始までの時間が短いので、お互いの階調情報が
混ざり合って見える欠点がある。これは人間の目が積分
効果を持っているために発生する現象で、人間の目で判
別できない光の点滅は、その平均値として捕らえられ
る。すなわち、表示する輝度が切り替わる時に、1フレ
ームにおける階調信号印加の時間関係が大幅に変化する
ことにより、本来表示すべき階調信号よりも明るく、あ
るいは暗く見えてしまう。この現象は画面上では輪郭線
を引いたように表れるので、偽輪郭現象と呼ばれる。
【0011】本発明は、上記実情を考慮してなされたも
ので、パルス幅変調法と同等の映像信号処理速度に抑
え、かつフレーム抜き取り法と同等に簡易な回路構成の
駆動素子を用いることができ、さらにサブフィールド表
示法と同等のフレーム分割数に抑えられ、しかも安定で
実用的な階調表示を行ない得るマトリクス表示ディスプ
レイの階調表示方法及びこの方法を用いた表示装置を提
供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のマトリクス表示ディスプレイの階調表示方
法は、少なくとも一方が透明で、互いに交差する第1電
極及び第2電極によりマトリクス状に狭持されてなる発
光表示素子へ電圧を印加することによって各電極の交点
の画素を発光させるマトリクス表示ディスプレイの階調
表示方法であって、一方の電極を走査線、もう一方の電
極をデータ線とし、駆動装置を介して1本または複数本
の走査線を順次選択し、選択された画素に対応するデー
タ線から映像情報を入力する線順次走査方式のマトリク
ス表示ディスプレイの階調表示方法において、1回の走
査線選択時間を相対比の異なる複数の時間幅に分割し、
その分割された期間を階調表示情報に応じて制御、発光
させることによって階調を得ることを特徴とするもので
ある。
【0013】前記階調表示方法において、デジタル変換
された映像信号の各ビットの重みに対応して、1回の走
査線選択時間を輝度の相対比が2のべき乗となるように
異なる複数の時間幅に分割し、これらの各時間幅を組み
合わせて、発光素子を駆動させることにより、所望階調
を表示することができる。
【0014】また、本発明は、表示パネルの映像入力端
子へ入力された映像信号をデジタル信号に変換するA/
D変換部と、その映像信号を記憶するフレームメモリ部
と、このフレームメモリ部から読み出された映像信号を
前記階調表示方法を用いたデータ信号及びそれに対応す
る走査信号に変換する信号変換部と、この信号変換部か
ら送り出された上記データ信号及び走査信号に基づき所
定輝度を発するための電力を出力する駆動部と、この駆
動部から出力された上記データ信号及び走査信号により
駆動され所定階調の映像を表示する表示パネル部とを備
えたことを特徴とする発光表示装置に関する。
【0015】
【発明の実施の形態】本発明の階調表示方法における階
調表示の走査タイミングの例を図2に示す。図2におけ
る走査線1本において、走査時間を相対比の異なる複数
の時間幅に分割する方法を図3に示す。選択された走査
線の重み付けをすべて終了し、その後に次の走査線へ移
行し、すべての走査線を一通り走査し終えた時点で1フ
レームが完成する。
【0016】このように各1画素の階調情報を1回の走
査線選択時間において重み付けをして分割し、その組み
合わせで階調を表現すれば、駆動素子に特別な変更を加
えることなく、かつフレーム周波数を低く抑え、しかも
フリッカを発生しない階調表示が可能となる。また各1
画素の階調情報を構成する時間は1フレームより充分短
いので、サブフィールド表示法と異なり偽輪郭現象は発
生しない。
【0017】本発明は、フレーム周波数と走査線を選択
するデューティーと階調数の2に対するべき乗の掛け算
から求まる周波数(これを「階調周波数」と定義する)
より、有機EL発光素子を始めとする素子の応答速度が
充分に速い表示ディスプレイであれば、適用は容易であ
る。
【0018】また、本発明を用いて階調表示を行なう
時、重み付けされた夫々の階調情報を配置する時間関係
は複数種考えられる。図4に示すタイミングチャートは
その例である。ここで、A/D変換部でデジタル変換さ
れた映像信号の各ビットの重みに対応する時間幅の単位
を「サブフレーム」と定義する。階調表示の重み付け方
法1は、サブフレームを、例えば等間隔に分割し、その
中での重みを変化させる場合である。この場合の利点
は、階調制御信号の転送速度が低く設定できる点であ
る。この時すべてのサブフレームを等間隔に分割する必
要はない。次に、階調表示の重み付け方法2は、サブフ
レームを重みに応じた異なる時間幅に分割する場合であ
る。この場合の利点は、発光時間を最大にできるので輝
度を高くできる点である。どの場合も、階調制御信号の
転送と駆動素子の動作タイミングを変更することで対処
でき、基本的な論理は共通である。
【0019】いずれの場合にも、簡易な映像信号処理回
路の構成によって、簡易な回路構成の駆動素子を用いて
映像情報を低い転送速度でデータ線へ送り出し、安定で
実用的に表示ディスプレイの階調駆動を行なうことがで
きる。
【0020】本発明の発光表示装置においては、A/D
変換部のA/Dコンバータで、表示パネルの映像入力端
子へ入力された映像信号がデジタル信号に変換される。
変換されたデジタル信号は、フレームメモリ部で記憶さ
れる。このフレームメモリ部から読み出された映像信号
は、信号変換部である階調制御回路において本発明の階
調表示方法を用いたデータ信号と、それに対応する走査
信号に変換される。駆動部は、走査側駆動回路と、デー
タ側駆動回路と、これらに対する駆動用電源とを具備
し、信号変換部から送り出されたデータ信号および走査
信号に基づき所定輝度を発するための電力を出力する。
表示パネル部は、この駆動部から出力されたデータ信号
および走査信号に基づく電力により駆動され、所定階調
の映像を表示する。この表示パネル部は、図1に示すよ
うに、少なくとも一方が透明で、互いに交差する第1電
極及び第2電極によりマトリクス状に狭持されてなる有
機または無機EL発光表示素子等の表示ディスプレイに
より構成される。
【0021】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づき説明する。実施例1 データ線を透明電極、走査線を金属電極で構成した、画
素数320×240のカラー有機EL発光素子を用い
た。1画素はさらにストライプ状のRGBに別れてお
り、データ線と平行方向に3分割されている。有機EL
発光素子は単極性の導通特性を示すが、ここでは、透明
電極から金属電極、つまりデータ線から走査線の方向が
導通方向となっている。
【0022】入力映像信号は256階調のアナログRG
Bとし、2のべき乗で階調の重み付けを行なった。これ
により1回の走査線選択時間は、1対2対4対8対16
対32対64対128の比のパルス幅で構成される。こ
れらの幅の異なる8つのパルスを表示、あるいは非表示
にすることにより256通りの電圧印加時間を作り、階
調表示を行なった。駆動周波数を60Hzに設定する
と、階調周波数は115kHzとなり、周期は約9μs
である。有機EL発光素子の応答速度は1μs以下と充
分に速いので、良好な階調表示を行なうことができる。
【0023】図5に示す回路構成により、有機EL発光
素子を駆動させた。まず、入力された映像信号はA/D
コンバータによりパラレル8ビットのデジタル信号に変
換され、フレームメモリへ蓄積させる。階調制御回路で
は、8ビットの信号のうち階調の重みに応じた信号を1
ビットのみ取り出し、データ側駆動回路へ送出する。そ
してデータ側駆動回路は、発光及び非発光に応じた電圧
をデータ線へ印加する。これを1回の走査線選択時間の
間に8ビット分繰り返し、走査線1本の階調表示を完了
する。
【0024】これに対し走査線は、同走査線の走査開始
と共に走査側駆動回路の出力電圧を高電位から低電位へ
切り替える。すると発光を示す階調信号に該当する画素
はデータ線より走査線の方が低電位、すなわち順バイア
スとなり、非発光を示す階調信号に該当する画素は走査
線に対してデータ線が発光開始電圧未満となる。これら
の電位関係と電流経路を、図5から1画素のみ取り出し
て示したものが図6である。
【0025】また、上記に示したように、発光と非発光
のコントラストが充分確保されるのであれば、同様に1
画素のみ取り出して示す図7のように、異なる電位の電
源を用いてもよい。
【0026】この実施例では、フレーム周波数60H
z、走査線数240本より1回の走査線選択時間は図8
に示すように1/60×1/240秒であり、次に同走
査線が走査されるまでの時間1/60×239/240
秒より充分小さい。これによりサブフィールド表示法に
見られる偽輪郭現象は発生しない。
【0027】尚、LEDディスプレイにおいては電源電
圧値と出力電流値、及び発光開始電圧が異なるのみで、
全く同様の構成で適応できる。
【0028】実施例2 実施例1の階調表示方法をカラー無機EL発光素子に適
用した。ここでは、データ線を透明電極、走査線を金属
電極で構成した、画素数640×480の二重絶縁層構
造カラー無機EL発光素子を用いた。1画素はさらにス
トライプ状のRGBに別れており、データ線と平行方向
に3分割されている。二重絶縁層構造無機EL発光素子
は発光層を二枚の絶縁層で挟んだ構造になっており、等
価的に容量性の負荷で表されメモリ効果を有する。この
ため夫々一つずつからなる正負パルス一組の印加を最小
発光単位とした。正負パルスを一組とすることにより、
メモリ効果を意識せずに画素の表示、非表示が可能とな
る。二重絶縁層構造無機EL発光素子は交流駆動型表示
ディスプレイであり、駆動における方向性は持たない
が、ここでは透明電極をデータ線、金属電極を走査線と
定義する。
【0029】二重絶縁層構造無機EL発光素子は容量性
負荷であるため、画素に電流が流れ等価的に表されるコ
ンデンサに電荷が蓄積される。電荷蓄積、すなわち充電
が完了するとわずかな漏れ電流を除き、発光に寄与する
電流は流れなくなる。発光のメカニズムは、発光層に電
流が流れることにより電子の再結合が起こり、低いエネ
ルギー準位に遷移する時に発光する。以上のことから、
二重絶縁層構造無機EL発光素子の輝度は、その容量の
充電が完了するより長い時間の電圧印加において、単位
時間当たりに印加される一組の正負パルスの数に比例す
る。例えばSrS:Ceの応答速度は約50nsと非常
に速いので、二重絶縁層構造無機EL発光素子の階調法
として本発明を適用しても、何ら問題は発生しない。
【0030】図9に示す回路構成により、無機EL発光
素子を駆動させた。入力映像信号は階調制御回路までは
実施例1と同様に処理される。無機EL発光素子の駆動
が有機発光素子と異なる点は、両極性のパルスを印加す
る点である。正負パルス一組を最小発光単位とした場
合、重み1のサブフレームではデータ側駆動回路の出力
論理を1回反転させる。これに応じて走査側駆動回路の
出力論理も1回反転させる。この動作を各サブフレーム
の重みに対応した回数だけデータ側駆動回路と走査側出
力回路の出力論理を反転させる。この方法でも実施例1
と同様に、階調制御が可能である。
【0031】図10は、図9を1画素のみ取り出した回
路図であり、発光開始電圧が180Vの場合のデータ線
と走査線の電位関係を示す。走査パルスが+220Vの
場合はデータ線を0Vとすることで発光し、データ線を
+40Vとすることで非発光とする。走査パルスの極性
が反転して−180Vとなった場合はデータ線を+40
Vとすることで発光し、0Vとすることで非発光とす
る。このとき駆動素子に内蔵された極性反転回路を用い
ることで、実施例1の階調制御と同じ回路が適用でき
る。
【0032】また、フレーム周波数60Hz、走査線数
480本より、1回の走査線選択時間は1/60×1/
480秒であり、次に同走査線が走査されるまでの時間
1/60×479/480秒より充分小さい。このた
め、サブフィールド表示法に見られる偽輪郭現象は発生
しない。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で
種々変形して実施できる。
【0033】
【発明の効果】本発明によれば、有機発光素子を始めと
し、素子の応答速度が階調周波数より充分速い単純マト
リクス型の表示ディスプレイの階調表示において、簡易
な映像信号処理回路の構成によって、簡易な回路構成の
駆動素子を用いて映像情報を低い転送速度でデータ線へ
送り出し、安定で実用的に表示ディスプレイの階調駆動
を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】マトリクス状電極構造を有する表示ディスプレ
イを示す斜視図である。
【図2】本発明における階調表示の走査タイミングを示
す説明図である。
【図3】1走査線において走査時間を相対比の異なる複
数の時間幅に分割した、本発明における階調表示の走査
タイミングを示す説明図である。
【図4】本発明における走査信号とデータ信号のタイミ
ング例を示す説明図である。
【図5】実施例1における駆動回路ブロック図である。
【図6】実施例1における走査信号とデータ信号の波形
及び発光時の電流経路を示す線図である。
【図7】実施例1における走査信号とデータ信号の波形
及び発光時の他の電流経路を示す線図である。
【図8】実施例1の1走査線における階調表示の走査タ
イミングを示す説明図である。
【図9】実施例2における駆動回路ブロック図である。
【図10】実施例2における走査信号とデータ信号の波
形及び発光時の電流経路を示す線図である。
【図11】電圧階調法における階調表示の走査タイミン
グを示す説明図である。
【図12】パルス幅変調法における階調表示の走査タイ
ミングを示す説明図である。
【図13】フレーム抜き取り法における階調表示の走査
タイミングを示す説明図である。
【図14】サブフレーム表示法における階調表示の走査
タイミングを示す説明図である。
【符号の説明】
1 データ線 2 発光層 3 走査線

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも一方が透明で、互いに交差す
    る第1電極及び第2電極によりマトリクス状に狭持され
    てなる発光表示素子へ電圧を印加することによって各電
    極の交点の画素を発光させるマトリクス表示ディスプレ
    イの階調表示方法であって、一方の電極を走査線、もう
    一方の電極をデータ線とし、駆動装置を介して1本また
    は複数本の走査線を順次選択し、選択された画素に対応
    するデータ線から映像情報を入力する線順次走査方式の
    マトリクス表示ディスプレイの階調表示方法において、 1回の走査線選択時間を相対比の異なる複数の時間幅に
    分割し、その分割された期間を階調表示情報に応じて制
    御、発光させることによって階調を得ることを特徴とす
    るマトリクス表示ディスプレイの階調表示方法。
  2. 【請求項2】 デジタル変換された映像信号の各ビット
    の重みに対応して、1回の走査線選択時間内を輝度の相
    対比が2のべき乗となるように異なる複数の時間幅に分
    割し、これらの各時間幅を組み合わせて発光表示素子を
    駆動することにより、所望階調を表示する請求項1記載
    の階調表示方法。
  3. 【請求項3】 表示パネルの映像入力端子へ入力された
    映像信号をデジタル信号に変換するA/D変換部と、そ
    の映像信号を記憶するフレームメモリ部と、このフレー
    ムメモリ部から読み出された映像信号を請求項1記載の
    階調表示方法を用いたデータ信号及びそれに対応する走
    査信号に変換する信号変換部と、この信号変換部から送
    り出された上記データ信号及び走査信号に基づき所定輝
    度を発するための電力を出力する駆動部と、この駆動部
    から出力された上記データ信号及び走査信号により駆動
    され所定階調の映像を表示する表示パネル部とを備えた
    ことを特徴とする発光表示装置。
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