JPH11329721A - 発光素子の多階調駆動装置および駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 階調数の十分大きな階調制御を可能とし、ま
た、発光しきい値のバラツキの多いディスプレイを駆動
した場合でも、高品位の画像の得られる多階調駆動装
置、および駆動方法を提供する。 【解決手段】 入力信号に応じた時間変調信号を出力す
る時間変調手段２と、入力信号に応じた振幅変調信号を
出力する振幅変調手段３と、発光素子を駆動するための
入力信号レベルの大きさを判断し、この判断結果により
前記時間変調手段または振幅変調手段のいずれかの出力
を出力信号とする判断手段３とを有する発光素子の多階
調駆動装置および駆動方法とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＬＥＤや有機ＥＬ
素子等自発光素子の発光階調制御機能を有する発光素子
の駆動装置、駆動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】発光ダイオード（ＬＥＤ）、レザーダイ
オード（ＬＤ）、有機ＥＬ素子といった自発光型のディ
スプレイは、液晶ディスプレイ等と共に、あるいは次世
代のディスプレイとして利用されることが期待されてい
る。これらは、セグメント表示器や、ドットマトリクス
表示器のように、定輝度の表示器としては実用化されて
おり、発光階調をうまく表示することができれば画像表
示も可能となる。

【０００３】ＬＥＤや有機ＥＬ素子は、供給電力により
発光輝度を制御できることから、例えば、特開平５−３
０３５１号公報に示されるように、階調信号を素子への
印加電圧信号としたものが提案されている。また、特開
平６−３０１３５５号公報に見られるように、瞬時電力
を一定にして電力供給時間を制御する、いわゆるＰＷＭ
方式の制御を導入する試みもなされている。

【０００４】特開平５−３０３５１号公報に開示されて
いるように、電圧振幅により階調制御を行う手法は、振
幅変調という意味では電流振幅変調も含めて有機ＥＬ素
子に適用することは可能である。しかしながら、電圧、
または電流振幅変調で有機ＥＬ素子を駆動する場合、有
機ＥＬ素子が発光するレベルであるしきい値のバラツキ
が大きく、問題となる。すなわち、比較的明るい発光を
与える信号レベルではさほど問題ないが、暗い発光を与
える低信号レベル時には、同一電圧（電流）レベルでの
発光輝度バラツキが拡大され（視力は暗い画像に対して
感度が上昇する）、画質が大きく損なわれてしまうとい
う欠点を有している。

【０００５】一方、特開平６−３０１３５５号公報に開
示されているような、パルス幅を変調する方式では、電
圧、または電流の継続時間制御であるため、前記しきい
値より十分高い電圧を印加したり、電流を流すことがで
き、しきい値のバラツキに左右されることなく、暗い画
像も高品質で得られるという利点がある。

【０００６】しかし、明るさの階調は最小パルス幅と、
最大パルス幅の比で制限される。このため、動画の表示
では、最も単純な画素一つずつを順次スキャンする場
合、通常のテレビ画像でも一画素当たり約０．２５μｓ
しか信号時間をとることができない。従って、この時間
をさらに分割した信号で駆動することは困難であるし、
そもそも発光速度が追いつかない。

【０００７】一ラインずつスキャンする場合でも、テレ
ビ信号の場合、信号時間は約６４μｓであって、有機Ｅ
Ｌ素子の場合、最小応答時間は１０μｓ程度と考える
と、最小パルス幅と最大パルス幅の比は約６しかなく、
コントラスト比を考慮すれば、階調数を多く取ることが
困難であることがわかる。ここで、階調数を大きくする
方策として、画面を分割し、各分割画面を同時に駆動す
る方式もある。しかし、表示装置はＸ−Ｙ双方向に駆動
電極を引き出さなければならないが、Ｘ−Ｙ双方向に駆
動電極を引き出すことの可能な分割数は４以下に制限さ
れる。従って、この技法を用いても、上記例では階調数
はたかだか２５にしかならない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、階調
数の十分大きな階調制御を可能とする発光素子の多階調
駆動装置、および駆動方法を提供することである。

【０００９】また、発光しきい値のバラツキの多いディ
スプレイを駆動した場合でも、高品位の画像の得られる
多階調駆動装置、および駆動方法を提供することであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】ＬＥＤや有機ＥＬ素子等
の自己発光型素子は、素子への供給電力を適切に制御す
ることにより、発光輝度を多階調に制御できる。従っ
て、供給電力が小さい（低輝度）ときには、ＰＷＭやＦ
Ｍ等の時間変調を用い、供給電力が大きい（高輝度）と
きには、振幅変調を用いることにより、暗い画面に対し
ても時間幅の短い信号を与えることで、素子のしきい値
を十分超えた振幅の信号を与えることができる。これに
より、素子のしきい値レベルのバラツキによる画質の劣
化がなくなる。また、明るい画面に対しては、信号パル
ス幅に上限があってもパルス幅の代わりに信号振幅を大
きくすることができるため、階調数を十分大きくするこ
とができる。

【００１１】すなわち、上記目的は以下の構成により達
成される。 （１） 入力信号に応じた時間変調信号を出力する時間
変調手段と、入力信号に応じた振幅変調信号を出力する
振幅変調手段と、発光素子を駆動するための入力信号レ
ベルの大きさを判断し、この判断結果により前記時間変
調手段または振幅変調手段のいずれかの出力を出力信号
とする判断手段とを有する発光素子の多階調駆動装置。 （２） 前記判断手段は、基準値と入力信号レベルとを
比較し、入力信号レベルが基準値以下または基準値未満
である場合には時間変調手段の信号を出力信号とし、入
力信号レベルが基準値を超えるかまたは基準値以上であ
る場合には出力幅が一定な振幅変調手段の信号を出力信
号とする上記（１）の発光素子の多階調駆動装置。 （３） 前記振幅変調手段は、時間変調手段の出力信号
に対して振幅変調を行う上記（１）または（２）の発光
素子の多階調駆動装置。 （４） 前記基準値は、振幅変調手段の限界出力時間幅
に対応している上記（１）〜（３）のいずれかの発光素
子の多階調駆動装置。 （５） 有機ＥＬ素子を駆動する上記（１）〜（４）の
いずれかの発光素子の多階調駆動装置。 （６） 発光素子を駆動するための入力信号レベルと基
準値とを比較し、入力信号レベルが基準値以下または基
準値未満である場合には時間変調出力とし、入力信号レ
ベルが基準値を超えるかまたは基準値以上である場合に
は振幅変調出力とする発光素子の多階調駆動方法。 （７） 前記振幅変調出力は、時間変調出力に対し振幅
変調を行ったものである上記（６）の発光素子の多階調
駆動方法。 （８） 前記基準値は、振幅変調手段の限界出力時間幅
に対応している上記（６）または（７）の発光素子の多
階調駆動方法。 （９） 有機ＥＬ素子を駆動する上記（６）〜（８）の
いずれかの発光素子の多階調駆動方法。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の発光素子の多階調駆動装
置は、例えば図１に示すように、入力信号に応じた時間
変調信号を出力する時間変調手段２と、入力信号に応じ
た振幅変調信号を出力する振幅変調手段３と、入力信号
レベルの大きさを判断し、その判断結果により前記時間
変調手段２または振幅変調手段３のいずれかの出力を出
力信号とする判断手段１とを有する。

【００１３】このように、入力信号レベルに応じて、時
間変調手段２または振幅変調手段３のいずれかの出力を
出力信号とすることにより、素子のしきい値レベルのバ
ラツキによる画質の劣化がなくなり、階調数を十分大き
くすることができる。

【００１４】判断手段１は、例えば、図２に示すよう
に、入力信号レベルに応じて、時間変調手段２または振
幅変調手段３のいずれかの出力を出力信号とするように
制御する。

【００１５】ここで、図２において、レベルＡは時間変
調手段の最大振幅レベルであり、レベルＢは、有機ＥＬ
素子などの発光素子のしきい値レベルである。このよう
に、時間変調手段２においては、発光素子の発光しきい
値レベルＢより十分高い電力レベルＡで駆動され、しき
い値のバラツキによる発光品質の劣化が生じないように
なっている。そして、低レベルの発光輝度は、駆動時間
幅を小さくすることで調節している。

【００１６】先ず、時間Ｔ１〜Ｔ３間では、入力信号レ
ベルが低く、ＰＷＭ方式（またはＦＭ方式）により制御
され、供給電力が調整される。そして、入力信号レベル
が所定の大きさ以上になる（またはこれを超える）と、
Ｔ４〜Ｔ６に示すように、振幅制御方式に切り換えら
れ、供給電力が調整される。

【００１７】すなわち、入力信号レベルがある値（出力
電力がある値となるレベル）までは、瞬時電力および繰
り返し周期が一定で、出力時間が変化するＰＷＭ方式、
または瞬時電力および出力時間が一定で、繰り返し周期
が変化するＦＭ方式により出力信号を制御する。そし
て、入力信号レベルがある値（出力電力がある値となる
レベル）より大きくなると、好ましくは時間幅が一定で
出力信号（電力）の振幅が変化するＡＭ方式により出力
信号を制御する。

【００１８】時間変調手段と振幅変調手段を切り換える
ための基準値は、時間変調手段により制御可能な電力、
すなわち時間幅の最大値、またはこれに近い値が好まし
い。従って、これに対応した入力信号レベルを検出して
切り換えるようにするとよい。時間変調手段により制御
可能な電力の最大値を振幅変調により補うことで、より
階調数の多い階調制御が可能となる。

【００１９】時間変調手段により与えられる瞬時電力、
あるいは駆動電圧は、発光素子の発光しきい値より十分
大きいことが好ましい。ここで、発光素子が有機ＥＬ素
子の場合のしきい値電圧は、通常、２〜２０V、特に３
〜１０V 程度である。また、ＬＥＤのしきい値電圧は、
通常、１．５〜２V 程度である。また、十分高い値と
は、通常、これらのしきい値の１．５〜２倍以上の値を
いう。

【００２０】ここで、図１の構成についてより詳細に説
明する。図１は本発明装置の基本構成を示すブロック図
である。

【００２１】時間変調手段２は、入力信号に応じた時間
変調信号を出力する。時間変調信号としては、瞬時電力
および繰り返し周期が一定で、出力時間が変化するＰＷ
Ｍ（pulse width modulation）方式、または瞬時電力お
よび出力時間が一定で、繰り返し周期が変化するＦＭ
（frequency modulation）方式のいずれの方式でもよい
が、ＰＷＭ方式の方が好ましい。

【００２２】ＰＷＭ、またはＦＭの変調を行う手段は、
公知のこれらの回路方式の中から好適なものを選択して
用いればよい。このような動作を行う回路、あるいはプ
ロセッサーおよび制御アルゴリズムは、種々のものがあ
り、既成の装置（ＩＣ）として入手することができる。
なお、時間変調手段は、入力信号に対して直接時間変調
をかける場合の他、入力信号に応じた中間信号に変調を
かけてもよいし、ＰＷＭ、ＦＭ形態の信号を直接出力す
る場合も含まれる。

【００２３】振幅変調手段３は、入力信号に応じた振幅
変調信号を出力する。振幅変調〔ＡＭ（amplitude modu
lation）〕は、出力信号（電力）の振幅が変化する。変
調を行う手段は、公知のこれらの回路方式の中から好適
なものを選択して用いればよい。このような動作を行う
回路、あるいはプロセッサーおよび制御アルゴリズム
は、種々のものがあり、既成の装置（ＩＣ）として入手
することができる。なお、時間変調手段は、入力信号に
対して直接時間変調をかける場合の他、入力信号に応じ
た中間信号に変調をかけてもよいし、ＡＭ形態の信号を
直接出力する場合も含まれる。

【００２４】振幅変調手段３における出力波形の時間幅
は、時間変調手段２の限界出力時間幅であることが好ま
しい。限界出力時間幅とは、時間変調手段により出力可
能な最大の出力時間幅であり、換言すればオフ期間をそ
れ以上を狭くすることのできない出力時間幅をいう。

【００２５】時間変調手段２、振幅変調手段３の出力信
号は、図２に示したような矩形のパルス波の他、他段階
のレベルを有していたり、正弦波の集合で近似されるア
ナログ波形であってもよい。

【００２６】判断手段１は、ノードＮ１に印加される信
号を入力し、この入力信号の大きさを判断する。判断方
法としては、特に限定されるものではなく、所定の基準
値（基準レベル）と比較して、これより大きいか、ある
いは小さいかを判断してもよいし、信号レベル自体が大
きいか小さいかを判断するようにしてもよい。基準値は
上記の通りである。

【００２７】具体的には、基準信号を用意して、入力さ
れた信号の振幅が、信号以上か否かを比較器（コンパレ
ータ）により比較し、その出力信号を利用する手段が一
般的である。その際、入力信号がパルス性、あるいは交
流信号である場合、必要な信号成分を抽出するための手
段として、フィルター回路、サンプリング回路等を介し
て入力するようにしてもよい。また、比較器の出力信号
を、ゲートやフリップフロップ（ＦＦ）を介してあるタ
イミングで出力したり、保持したりしてもよい。

【００２８】また、Ａ／Ｄ変換、あるいはコーダー等に
より、入力信号をデジタル符号に変換し、これを演算回
路、プロセッサ等を用いて処理、判断するようにしても
よい。この場合、前記フィルター回路、サンプリング回
路等をデジタル理論による演算処理に置き換えることも
できる。

【００２９】判断手段１は、その判断結果により、出力
端のノードＮ２に与えられる出力信号を時間変調信号、
または振幅変調信号のいずれかに切り換える。この場
合、時間変調手段２、または振幅変調手段３のいずれか
に直接回路を切り換えるようにしてもよいし、いずれか
一方の出力を阻止するものでもよい。また、時間変調手
段２、または振幅変調手段３の入力側において同様な操
作を行うようにしてもよい。さらに、少なくとも時間変
調手段２、または振幅変調手段３のいずれか一方を能動
状態にする場合も含まれる。

【００３０】さらに、加算器のように、時間変調信号
に、振幅変調を加えてもよい。

【００３１】具体的には、判断手段１の制御信号により
動作する有接点スイッチや、半導体スイッチ、データ流
通方向制御機構等により両者の出力を切り換えるように
してもよいし、時間変調手段２、および振幅変調手段３
がプロセッサとソフトウエアにより実現されている場合
には、これらのソフトウエアを制御するためのソフトウ
エアであってもよい。なお、プロセッサを用いる場合、
ＣＩＳＣ、ＲＩＳＣ、ＤＳＰ等のいずれを用いてもよい
が、特に、動作速度の点でＲＩＳＣ、ＤＳＰタイプのプ
ロセッサが好ましい。

【００３２】このようにしてノード２に与えられた出力
信号は、直接、あるいは緩衝手段、増幅手段を介して発
光素子に与えられる。この場合、マトリクス駆動を行う
のであればそのような制御回路、あるいは制御装置と組
み合わされ、各画素に与えられる信号が上記のような出
力信号となる。

【００３３】本発明の多階調駆動装置は、ＬＥＤ、有機
ＥＬ素子等を用い、特に、高品位、高精細な画像表示を
必要とし、多階調の制御が必要なディスプレイに好まし
く用いることができる。

【００３４】なお、上記の装置の駆動方法をアルゴリズ
ムに展開し、これを記憶媒体状に制御プログラムとして
記憶させ、プログラムが記憶されている記憶媒体を、制
御用デバイスとして独立して用いることもできる。

【００３５】

【実施例】一画素の大きさが２５０μm ×２５０μm
で、画素数３４０×２６０ドットの有機ＥＬ表示装置を
本発明装置にて駆動した。このときの有機ＥＬ素子各画
素のしきい値電圧は、３．１〜３．６V 程度のバラツキ
を有していた。

【００３６】駆動条件としては、時間変調手段の駆動電
圧を前記しきい値より十分高い８Vとし、最小駆動パル
ス幅を１０μs とし、出力時間幅５０μm ｓとなる入力
レベルで、振幅変調に切り替わるように駆動した。この
とき振幅変調の最大電圧は１６V とした。この条件で、
最小輝度時の素子当たりの駆動電力は約２４０nW（１／
３sec で８nW）、最大輝度時の素子当たりの駆動電力は
約４８００nW（１／３sec で１６０nW）で、コントラス
ト比は２．０、階調数は６０であった。

【００３７】駆動された有機ＥＬ表示装置を観察したと
ころ、低輝度時にも発光のバラツキのない高品位な表示
が可能であることが確認できた。

【００３８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、階調数の
十分大きな階調制御を可能とする多階調駆動装置、およ
び駆動方法を提供することができる。

【００３９】また、発光しきい値のバラツキの多いディ
スプレイを駆動した場合でも、高品位の画像の得られる
多階調駆動装置、および駆動方法を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の多階調駆動装置の基本構成例を示すブ
ロック図である。

【図２】本発明の多階調駆動装置の出力波形を例示的に
示したパルス波形図である。

【符号の説明】

１ 判断手段 ２ 時間変調手段 ３ 振幅変調手段

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力信号に応じた時間変調信号を出力す
   る時間変調手段と、 入力信号に応じた振幅変調信号を出力する振幅変調手段
   と、 発光素子を駆動するための入力信号レベルの大きさを判
   断し、この判断結果により前記時間変調手段または振幅
   変調手段のいずれかの出力を出力信号とする判断手段と
   を有する発光素子の多階調駆動装置。
2. 【請求項２】 前記判断手段は、基準値と入力信号レベ
   ルとを比較し、入力信号レベルが基準値以下または基準
   値未満である場合には時間変調手段の信号を出力信号と
   し、入力信号レベルが基準値を超えるかまたは基準値以
   上である場合には出力幅が一定な振幅変調手段の信号を
   出力信号とする請求項１の発光素子の多階調駆動装置。
3. 【請求項３】 前記振幅変調手段は、時間変調手段の出
   力信号に対して振幅変調を行う請求項１または２の発光
   素子の多階調駆動装置。
4. 【請求項４】 前記基準値は、振幅変調手段の限界出力
   時間幅に対応している請求項１〜３のいずれかの発光素
   子の多階調駆動装置。
5. 【請求項５】 有機ＥＬ素子を駆動する請求項１〜４の
   いずれかの発光素子の多階調駆動装置。
6. 【請求項６】 発光素子を駆動するための入力信号レベ
   ルと基準値とを比較し、 入力信号レベルが基準値以下または基準値未満である場
   合には時間変調出力とし、 入力信号レベルが基準値を超えるかまたは基準値以上で
   ある場合には振幅変調出力とする発光素子の多階調駆動
   方法。
7. 【請求項７】 前記振幅変調出力は、時間変調出力に対
   し振幅変調を行ったものである請求項６の発光素子の多
   階調駆動方法。
8. 【請求項８】 前記基準値は、振幅変調手段の限界出力
   時間幅に対応している請求項６または７の発光素子の多
   階調駆動方法。
9. 【請求項９】 有機ＥＬ素子を駆動する請求項６〜８の
   いずれかの発光素子の多階調駆動方法。