JP2006512608A - ｌｉｎｅ−ａｔ−ａ−ｔｉｍｅアドレス式ディスプレイ及び駆動方法 - Google Patents

Abstract

非画素選択電極（１ａ，１ｂ）の集合と画素選択電極（２ａ，２ｂ，２ｃ）の集合とを有する表示装置であって、このため、画素（１５）はこれら電極の交差部によって規定される。表示装置は、振幅変調された（ＡＭ）信号を非画素選択電極（１ａ，１ｂ）に印加するための手段（３，４ａ，４ｂ，５，６，７）、及びパルス幅変調された（ＰＷＭ）信号を画素選択電極（２ａ，２ｂ，２ｃ）に印加するための手段（１０ａ，１０ｂ，１１，１３）を更に有する。電極間の電圧差は、放出されることができる光強度を規定し、利用可能強度はＡＭ信号に従って時間により変化する。画素選択電極上のパルスの幅は発光期間、それ故に対応する画素のグレーレベルを表す。２つの組合せは指数的に分布する発光強度を発生し、ガンマ補正を可能にする。

Description

本発明は、非画素選択電極の集合と画素選択電極の集合とを有する表示装置であって、画素がこれら電極の交差部により規定される表示装置に関する。本発明は、斯かる表示装置を駆動する方法にも関する。

上記の種類のディスプレイにおいて、各「非画素選択」電極は幾つかの画素、典型的にはライン全体（又は行）の画素に接続され、一方、「画素選択」電極は非画素選択電極と交差し、従ってそのラインの複数の画素のうちの１つを選択することができる。斯かるディスプレイは、一般に「line-at-a-time」又は「row-at-a-time」アドレスされていると呼ばれる。
上記の種類のディスプレイの例は、電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ）である。斯かるディスプレイに対して、既知の駆動方法は、パルス幅変調（ＰＷＭ）及びパルス振幅変調（ＰＡＭ）として分類することができる。

パルス幅変調では、正の電圧パルスを一つの行に印加することによって、一度にその１つの行の画素が選択される。このパルスの長さは、全ての行に対して等しく、しばしばライン時間に等しい。行電極上の正のパルスの間、負のパルスは全ての列電極に印加される。これらのパルスの幅は、対応する画素のグレーレベルを表す。パルス幅変調の利点は、それが実現するのが比較的簡単且つ安価であるということである。しかし、純然たるパルス幅変調で全範囲のガンマ補正を実現することは不可能である。その理由は、これがナノ秒のオーダーのパルス幅を必要とし、これは物理的に不可能だからである。

パルス振幅変調では、行はパルス幅変調と同様の方法で選択される。しかし、列電極において、固定された幅のパルスが印加される。パルスの振幅は、異なるグレーレベルを作るために調整される。このようにして、エミッタのＩＶ−特性（これはガンマ曲線に近い）が使用され、このため、ガンマ補正は実現しやすい。しかし、純然たるパルス振幅変調は各列に対してデジタルアナログコンバータを必要とし、それは高価である。

改良された変調技術がＵＳ５，７０１，１３４号に開示された。この技術によれば、列電極上のパルスは、所定の振幅調整された形状（例えば、減少関数（descending function））を有し、パルス幅変調される。列電極上のパルス幅変調及び振幅変調の組合せは、１つのＤＡコンバータしか必要としない一方、ガンマ補正を達成することを可能にする。

しかし、ＵＳ５，７０１，１３４号に記載された技術は、上部が切られ振幅変調された信号を全ての列に印加する必要がある。従って、ディスプレイ全体の容量が、ライン時間の少なくとも前半の間（どのパルスも上部が切られた後で）、信号発生器によって駆動されなければならない。

本発明の目的は、上記の問題を克服するために、line-at-a-timeアドレスディスプレイのパルス幅変調と振幅変調との組合せの改良方法を提供することにある。

この目的は、導入パラグラフで言及された種類の表示装置であって、振幅変調された（ＡＭ）信号を非画素選択電極に印加するための手段、及びパルス幅変調された（ＰＷＭ）信号を画素選択電極に印加するための手段を更に有する表示装置によって達成される。

この目的は、導入部で言及された種類の方法であって、振幅変調された（ＡＭ）信号が非画素選択電極に印加され、及びパルス幅変調された（ＰＷＭ）信号が画素選択電極に印加される方法によっても達成される。

本発明によれば、ＡＭ信号は１つの電極に接続され、ＰＷＭパルスはその電極に交差する別の電極に印加され、これによってこれら電極の交差部において画素が活性化する。

ＡＭ信号は、一回につき、複数の非画素選択電極のうちの１つにのみ印加され、信号発生器はディスプレイの１つの行（又は列）の容量負荷を駆動すればよいだけである。

電極間の電圧差は発することができる光強度を規定し、利用できる強度はＡＭ信号によって時間とともに変化する。画素選択電極上のパルスの幅は、発光期間、従って対応する画素のグレーレベルを表す。２つの組合せは指数的に分布する発光強度を発生し、ガンマ補正を可能にする。

ＵＳ５７０１１３４号に記載された技術は、単一電極上のＡＭとＰＷＭとの乗算として記載されるようなものであるが、本発明は、２つの交差電極上のＡＭとＰＷＭとのインピクセルの畳込みとして、よりよいものとして記載されている。

上記ＡＭ信号を印加するための手段は、電極への印加のために、所定の振幅曲線を記憶するためのメモリユニットを有することができる。それは、線形ランプ又は指数ランプ、サインカーブ等のようなアナログ電子回路を有することもできる。

好ましくは、非画素選択電極はディスプレイの行電極であり、このため、ＡＭ信号は行電極に印加される。振幅変調はＤＡ変換を必要とするので、それは２値変調（binary modulation）よりも高価であり、従って、行を振幅変調することが有利であり、行は（特に縦横比が大きいカラーディスプレイでは）列よりも少ない。この場合も、列ドライバは本質的には通常のＰＷＭ列ドライバとすることができ、大規模な再設計を必要としない。

好適実施例によれば、各画素は画素選択電極に接続されるフィールドエミッタを有し、上記非画素選択電極はゲート電極として作用する。

ＡＭ信号はライン期間の間に、しきい値から最大値に増加することができる。画素選択電極上のＰＷＭパルスは、ライン期間の開始から始まる所定の時間の間、画素を活性化する。しきい値は画素からの発光を生じさせる最も低い値であり、最大値は信号の振幅曲線の形状によって、及びＰＷＭパルス振幅によって決定される。

あるいは、ＡＭ信号は最大値で開始し、しきい値に減少する。それに応じて、画素選択電極上のパルスはライン期間の終端にシフトされる。

振幅変調された信号の振幅曲線は連続するライン期間の間で更に交番させることができ、例えば、最大値が異なるようにすることができる。他の例のように、信号は一つのライン期間の間は増加し、次のライン期間では減少することができる。これは、ＵＳ５６８９２７８号に記載されたback-to-back方式のように、電力消費を低減する実現を可能にする。

振幅変調された信号の振幅曲線は、異なるフレーム間で更に交番させることができる。ライン交番及びフレーム交番を適切な方法で組み合わせることによって、ラインディザーを達成することができ、付加的なグレーレベルを発生する。

本発明の一実施例によれば、ＰＷＭ信号は先ず画素選択電極に印加され、パルス幅変調された信号の立上り時間を過ぎたときに、ＡＭ信号は短時間後に非画素選択電極に印加される。これによって、パルス幅変調された信号は画素が活性化する前に、そのピークレベルに到達することができ、非常に短いパルスで、パルス立上り時間とは無関係とすることができる。

本発明のこれら及び他の態様は、添付図面を基準にして更に明確に記載された好適実施例から明らかである。

本発明の一般的な原理が図１に示されており、これは、本発明の第１の実施例によるディスプレイを駆動するときの行電圧及び列電圧の挙動を示す。図から明らかなように、非画素選択信号（図示されているものは、行電圧である）は、しだいに増加する正の電圧である。画素選択信号（図示されているものは、列電圧である）は、ライン期間の開始時においてスタートし所望のグレーレベルに対応する期間を伴なう負の電圧パルスである。

電流制御された場合の振幅変調された信号の形は、以下に規定されるＦＥＤ画素の必要なエミッタ電流から出発することによって求めることができる。

ここで、Ｑは、ライン期間の開始時からｔまでの間の時間において蛍光スクリーンに到達する電荷の総量である。ガンマ補正が使用される場合は、Ｑは以下のように書くことができる。

ここで、Ｑmaxは最も高いグレーレベルに対する電荷を示し、Ｔlineはライン時間である。時間でこの式を微分すると、以下のエミッタ電流が得られる。

一例として、図２は最大グレーレベルの場合の式（３）のグラフを示す。このグラフにおいて、ライン時間は４０μｓ（即ち、５０Ｈｚで５００行）に等しいものであった。Ｑmaxは８０．１０^−１２Ｃであり、ガンマは２．８に等しいものであった。

電圧制御の場合には、同じ電流が流れなければならない。この電流を流すのに必要とされるゲート−エミッタ電圧Ｖgeは、以下の式のＶgeを解くことによって計算できる。

この式において、ａ及びｂはエミッタの定数である。図３は、最大グレーレベルに対する時間関数としてのＶgeの例を示す。このグラフに対して、ａ及びｂはそれぞれ１．１０^−４Ａ／Ｖ^２及び９００Ｖに設定されたものである。図３は、図１の電圧信号の一般的な形を示す。

図１に示される実施例は、図４に示すように実現することができる。この図は、２つの行電極１ａ、１ｂ及び３つの列電極２ａ、２ｂ、２ｃを有するＦＥＤの部分を示す。電極は誘電層１８によって分離される。電極の各交差部において、画素１５が、電極の間に位置するフィールドエミッタ先端部（field emitter tip）のアレイ（以下、フィールドエミッタ１６と呼ぶ。図４に１つの先端部（tip）として概略的に示されている）により形成される。エミッタ１６は、列電極２ｂに接続され、アノード（図示せず）により集められる電子を放出する。アノードは、電子がそのアノードにぶつかるとき光を発生するように、典型的には蛍光体で覆われる。行電極１ｂがゲート電極として作用し、このため、電圧が行電極１ｂに印加され、列電極２ｂに印加される電圧を越えると、エミッタ１６は電子を放出する。

行電極１ａ、１ｂをスイッチ４ａで増幅器３の出力部に接続することによって行電極１ａ、１ｂはハイに設定され、行電極１ａ、１ｂをスイッチ４ｂでグランドに接続することによって行電極１ａ、１ｂはローに設定されることができる。図３に示す曲線はメモリ５に記憶されており、ＤＡコンバータ６はメモリ５の出力をアナログ信号に変換し、それは増幅器３で増幅される。カウンタ７が、メモリ５のメモリセルにアドレスするために使用され、このため、ＤＡコンバータ６の出力は、図３のように見える。

同様の方法で、列電極２ａ、２ｂ、２ｃは、スイッチ１０ａを使用してグランドに接続することによってローに設定され、電圧源１１に接続することによってハイに設定されることができる。

上記のように、エミッタ１６の列電極がローに設定され、一方、同じエミッタ１６の行電極がハイに設定されると、画素はオンになり、行−列の電圧に依存した強度を伴なう光を発する。エミッタ１６がハイに設定されると、画素は行の設定に関わらずオフになる（もちろん、行電極に印加される振幅変調された電圧が電圧源１１の電圧を決して越えないと仮定する）。

スイッチ４ａ及び４ｂ並びにスイッチ１０ａ及び１０ｂは、タイミングコントローラ１３によって制御される。タイミングコントローラ１３は、ビデオ情報１４に基づいて、どの画素がオン又はオフにならなければならないか、そしていつなのかを、決定する。

ガンマ曲線の近似のみが必要な場合は、構成要素５、６及び７は、アナログランプ又は単純なＲＣネットワークのようなアナログ回路に置き換えることができる。この場合、ガンマ曲線の大まかな近似はネットワークで実現することができ、一方、正確なガンマ補正は、単純なgray-to-grayルックアップテーブルを用いて、デジタルドメインでビデオ補正を使用することによって達成できる。

図４では、各エミッタ１６は列電極２ａ、２ｂ、２ｃに接続され、一方、行電極１ａ、１ｂは、ゲート電極として作用する。もちろん、逆も可能であり、それは（非画素選択の）エミッタ電圧の振幅変調及び（画素選択の）ゲート電圧のパルス幅変調をもたらす。

更に、図４において、行電極が振幅変調された信号に接続され、一方、列電極がパルス幅変調された信号に接続される。また、逆も可能であるが、これは（振幅変調された信号を用いて）一回に１つの列を選択し、次にパルス変調された行電圧を用いて当該列の画素を選択する従来とは異なる駆動方式になるだろう。また、パルス幅変調を用いた列ドライバが既に利用可能である。従って、列上にパルス幅変調を維持することが好ましい。更に、振幅変調は各行又は列に対してＤＡコンバータを必要とする。典型的なディスプレイは列よりもかなり少ない行を含むので（例えば、規格ＸＧＡ解像のカラーディスプレイでは３０７２に対して７６８）、従って振幅変調を行に備えることは、それほど高価ではない。

変形例
列電極上の最小限必要なパルス幅は以下の（５）に等しい。

ここで、ｎlevelsは、発生させるべきグレーレベルの数を示す。４０μｓのライン時間及び２５６のグレーレベルの場合、これは１５６ｎｓの最小のパルス幅をもたらす。これがかなり小さい場合（例えば、電子装置の性能のため）、ゲート−エミッタ電圧のスロープ、即ち、図３の行電圧信号のスロープは、ライン期間の開始において傾斜を小さくすることができる。このようにして、最小のグレーレベルのためのパルス幅を、より広くすることができる。この結果は、パルス幅の増加が全てのグレーレベルに対して必ずしも均等ではなく、それは急峻な傾斜の場合である。

列電極上のパルスの立上り時間の影響はＡＭ信号よりも早くパルスを開始することによって更に消すことができ、このため、行が振幅変調された信号に接続されるときピークパルス電圧が既に得られている。このことが図５に示されている。

上の記載では、ＡＭ信号は、全てのライン時間に対して同じ振幅曲線を有すると仮定した。これは必要なことではない。有利と思われるのであれば、連続ライン時間は異なる振幅曲線を有することができる。例えば、信号の最大値は異ならせることができ（図６ａ）、又は振幅曲線のスロープを交番することができる（図６ｂ）。

また、有利と思われるのであれば、ＡＭ信号は連続するフレームに対して異なっていてもよい。斯かるフレーム変更は、図６ｃに示すように、ライン時間変更と組み合わせることができる。斯かる振幅変調は、結果として追加のグレーレベルを伴なうラインディザーリングを可能にすることができる。

色順次駆動の場合、各ラインは３つのセグメントに分割され（各色に対して１つ）、振幅変調された信号は図７に示される形にすることができる。この場合、各セグメントが同一の振幅曲線、又は、さらに言えば、時間間隔を有する必要はない。

上の記載は、専ら電界放出ディスプレイに向けられた。しかし、これは本発明を制限するものではなく、本発明は、ＦＥＤと同じようなやり方で、即ちline-at-a-timeでアドレスされる任意のディスプレイに適用することができる。斯かるディスプレイの例は、パッシブマトリックスＰＬＥＤ／ＯＬＥＤディスプレイである。

本発明の第１の実施例による行電極及び列電圧の例を示す。 時間の関数としてのエミッタ電流の一例を示す。 時間の関数としてのゲート−エミッタ電圧の一例を示す。 本発明の第１の実施例による電界放出ディスプレイの概略ブロック図である。 ＰＷＭパルスと比較してＡＭ信号が遅延することを示す。 別の振幅曲線を示す。 別の振幅曲線を示す。 別の振幅曲線を示す。 色順次駆動の場合の振幅変調を示す。

Claims (11)

1. 非画素選択電極の集合と画素選択電極の集合とを有し、これら電極の交差部によって画素が規定される表示装置であって、振幅変調された信号を非画素選択電極に印加するための手段、及びパルス幅変調された信号を画素選択電極に印加するための手段、
   を有する表示装置。
2. 前記振幅変調された信号を印加するための手段は、所定の振幅曲線を記憶するためのメモリを有する、請求項１による表示装置。
3. 前記振幅変調された信号を印加するための前記手段が、アナログ電子回路を有する、請求項１による表示装置。
4. 前記非画素選択電極は、前記表示装置の行電極である、請求項１による表示装置。
5. 各画素は画素選択電極に接続されるフィールドエミッタを有し、前記非画素選択電極はゲート電極として作用する、請求項１乃至４のうちのいずれか１項による表示装置。
6. 非画素選択電極の集合と画素選択電極の集合とを有し、これら電極の交差部によって画素が規定される表示装置を駆動する方法であって、
   振幅変調された信号を非画素選択電極に印加するステップ、及び
   パルス幅変調された信号を画素選択電極に印加するステップ、
   を有する方法。
7. 前記ＡＭ信号は、ライン期間の間に、しきい値から最大値に増加する、請求項６による方法。
8. 前記ＡＭ信号の振幅曲線は、連続するライン期間の間で交番する、請求項６による方法。
9. 前記ＡＭ信号は、１つのライン期間の間に、しきい値から最大値まで増加し、次に続くライン期間の間に、前記最大値から前記しきい値まで減少する、請求項８による方法。
10. 前記ＡＭ信号の振幅曲線は、連続するフレーム間で交番する、請求項６乃至９のうちのいずれか１項による方法。
11. 前記ＰＷＭ信号が前記画素選択電極に先ず印加され、前記ＡＭ信号は、前記ＰＷＭ信号の立上り時間が過ぎたときに、前記非画素選択電極に印加される、請求項６乃至１０のうちのいずれか１項による方法。

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