JP2007529778A - 低輝度での画素間の非均一性改善を伴うアクティブマトリクスディスプレイ - Google Patents
低輝度での画素間の非均一性改善を伴うアクティブマトリクスディスプレイ Download PDFInfo
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Abstract
アクティブマトリクスディスプレイ(1)は、サブピクセル(10)を有する画素(P)と、画素(P)の所望の輝度(BR)及び所望の色(AC)を決定する入力信号(IV)を受信する駆動回路(6)とを有する。駆動回路(6)は、所望の輝度(BR)が所定レベル(VT)を下回るか否かを判断するレベル検出器(3)と、所望の輝度(BR)が所定のレベル(VT)を下回る場合に、(i)所望の輝度(BR)に寄与する多数のサブピクセル(10)を、所望の色(AC)を得るために最適に必要とされるよりも少ない数に変更し、(ii)前出の寄与サブピクセル(10)のうちの少なくとも1つのレベルを増大させ、前出の寄与サブピクセル(10)のうちのこのサブピクセルに関して、所望の色(AC)を得るために必要とされる全てのサブピクセル(10)が所望の輝度(BR)に寄与する場合よりも高い輝度を得る制御装置とを有する。
Description
本発明は、アクティブマトリクスディスプレイと、アクティブマトリクスディスプレイに画像を表示させる方法とに関する。
特開平11−15437号(公報)は、赤、緑、及び青の素子の表示データに対して輝度補正を実行することによりLED素子間の輝度特性の差を補正するLED表示装置を開示する。輝度補正係数は、各LED素子に関して記憶されている。
特開平11−15437号(公報)
本発明は、低輝度での画素間の非均一性が、各LED素子に関して補正係数を記憶する必要性を伴わずに改善されるところのアクティブマトリクスディスプレイを提供することを目的とする。
本発明の第1の態様は、請求項1に記載されるアクティブマトリクスディスプレイを提供する。本発明の第2の態様は、請求項10に記載されるアクティブマトリクスディスプレイに画像を表示させる方法を提供する。有利な実施形態は、従属請求項で定義される。
当該アクティブマトリクスディスプレイは、サブピクセルを有する画素を有する。前記サブピクセルは、夫々、前記画素の輝度に寄与する所望の光量を発生させるよう駆動される。通常、画素の異なったサブピクセルは、異なった色を有する。例えば、フルカラーディスプレイでは、前記画素は、青、赤及び緑の光を夫々発生させる3つのサブピクセルを有しうる。代替的に、前記画素は、青、赤、緑及び白の光を発生させる4つのサブピクセルを有しても良い。また、赤、緑、青のサブピクセルをイエロー、シアン、及びマゼンタの画素によって置換すること、又は、イエロー、シアン及びマゼンタの画素を加えることも可能である。
駆動回路は、前記画素の所望の輝度及び所望の色を決定する入力信号を受信する。更に詳細には、前記駆動回路は、前記画素の所望の輝度及び色が前記サブピクセルによって放射された光の結合によって得られるように、前記画素のサブピクセルを駆動する。前記サブピクセルの駆動は、用いられるサブピクセルの数及び形式に依存する。
前記画素の所望の輝度が所定レベルを下回るか否かが判断される。通常、前記画素の輝度は、表示されるべき映像入力信号から計算可能である。この映像入力信号は、コンポジット信号、YUV信号又はRGB信号でありうる。前記映像入力信号がYUV信号(Yは輝度、U及びVは色情報を表す。)である場合には、輝度信号が使用されうる。前記映像入力信号がRGB信号(赤(R)、緑(G)、青(B))である場合には、R、G及びBの成分は、対応する輝度値を得るよう、適切な重み付け係数を用いて足し合わされうる。また、前記画素の輝度を決定するために前記サブピクセルの駆動信号を使用することも可能である。画素の前記所望の輝度が前記所定レベルを下回る場合には、前記駆動回路は、この画素の所望の色を得るために必要とされる前記サブピクセルのサブセットのみを駆動するよう制御される。または、言い換えると、前記画素の輝度に寄与するサブピクセルの数は、前記画素の所望の色を得るために寄与すべきサブピクセルの数よりも少ない。前記画素の所望の色は、表示されるべき画像によって決定される。従って、より少ないサブピクセルが、前記画素の輝度が所定レベルを下回る場合に駆動される。同一輝度又は輝度を発生するための、より少ないサブピクセルの使用は、用いられるサブピクセルでの電流密度を増大させ、ひいては、非均一性を低減する。たとえ正確な輝度が得られるとしても、前記画素の色は、前記所望の色から外れる。しかし、低輝度で、人間の目は、表示されている実際の色に対しては感受性が低いが、輝度に対しては依然として非常に感受性が高い。通常、色誤りが低輝度で発生したかどうかは、それほど顕著ではない。前記所望の色を得るために必要とされるよりも少ないサブピクセルが駆動されるところの輝度の所定レベルは、画像コンテンツと、前記画素の構造とに依存する。前記画素の特定の構造の実際的な実施形態では、この所定レベルは、最大輝度の0.5%から6%の間で最適に選択される。前記輝度が前記所定レベル(閾値画素とも呼ばれる。)を下回るところの画素の色が、白色光に置き換えられる(白色サブピクセルのみが駆動される)場合に、特定のレベルは、飽和色のうちの1つのみが使用される(赤、緑、又は青のサブピクセルのみ駆動される)場合よりも高く選択されうる。後者の場合には、前記所定レベルは、前記所望の色が前記飽和色の1つに最も近い場合に、より高く選択されうる。
多原色ディスプレイに関して、所望の画素色、例えば白を得るための、最適に必要な色の数は、最低限必要な色、例えば、RGB若しくはCMY又は唯一のGMなどの数よりも高くなりうる(例えば、RGBCMY)。
請求項2で請求される実施形態では、前記画素は、異なった色を有する光を発生させる3つのサブピクセルを有する。望ましくは、前記色は、原色、即ち、赤、緑、及び青の夫々である。前記画素の輝度が前記所定レベルを下回ることが検出される場合には、前記3つのサブピクセルのうちの1又は2しか駆動されない。前記サブピクセルは、正確な所望の輝度を得るよう駆動される。これは、更なるサブピクセルが前記所望の色を得るために必要とされる場合に、前記所望の色からのずれを生じさせうる。例えば、3つのサブピクセルが全て、正確な所望の輝度及び色を得るよう駆動されるべき場合に、前記画素の輝度が前記所定レベルを下回るならば、1つ又は2つのサブピクセルのみが、前記所望の輝度が誤った色で表示されるように駆動される。代替的に、2つのサブピクセルが正確な所望の輝度及び色を得るよう駆動されるべき場合に、前記画素の輝度が前記所定レベルを下回るならば、1つのサブピクセルのみが、前記所望の輝度が誤った色で表示されるように駆動される。1つのサブピクセルのみが正確な所望の輝度及び色を得るよう駆動される場合には、輝度の均一性の改善は可能ではない。また、前記所定レベルを下回る前記画素の輝度では、やはり、1つのサブピクセルが駆動される。
請求項4で請求される実施形態では、前記制御するための手段は、前記所望の輝度が前記所定レベルを下回る場合に、前記サブピクセルの1つのみを駆動するよう前記駆動回路を制御するように配置される。単一のサブピクセルしか駆動されない場合に、最大電流はこのサブピクセルで得られ、輝度の均一性は改善されうる。
請求項5で請求される実施形態では、前記所望の輝度に寄与するよう選択されたサブピクセルの数は、前記画素の輝度のレベルに依存して徐々に減少する。
請求項6で請求される実施形態では、前記制御するための手段は、前記所望の色に最も近い、少なくとも1つの画素の色を得るよう利用可能なサブピクセル色の中から駆動されるべきサブピクセルを決定するための手段を有する。例えば、前記所望の色のカラーコーディネートが決定され、原色は、前記所望の色のカラーコーディネートにより、前記カラーコーディネートが最小の差を有するものの中から選択される。
請求項7で請求される実施形態では、前記画素は、そのうちの1つが白色光を発生させるサブピクセルを有する。望ましくは、他のサブピクセルは、赤、緑、青である光を夫々発生させる。このようなマトリクスディスプレイで、特別に白い画素は、白の輝度レベルを高めることを可能にする。
請求項8で請求される実施形態では、前記制御するための手段は、前記白色光を発生させるサブピクセルのみを駆動するよう前記駆動回路を制御するように配置される。これは、目の感度が低輝度の黒/白へ移行するので、それほど顕著な外乱をもたらさない。従って、低輝度レベルで、原色を有する光の代わりに白色光を発生させることが可能である。
請求項9で請求される実施形態では、当該アクティブマトリクスディスプレイは、更なるサブピクセルを有する更なる画素を有する。前記更なる画素は、最初に述べられた画素の隣に配置される。前記駆動回路は、最初に述べられたサブピクセルのサブセットのみと、前記更なるサブピクセルのサブセットのみとを駆動するよう制御される。前記最初に述べられた画素又は前記更なる画素のうちの少なくとも1つの所望の輝度が所定レベルを下回る場合に、前記最初に述べられた画素のサブセット及び前記更なるサブピクセルのサブセットは、前記最初に述べられた画素の所望の色と、前記更なる画素の所望の色との実質的に平均である色を得るよう選択される。このアプローチは、低解像度であるが、正確な色を発生させることが可能であるという利点を有する。
請求項11で請求される実施形態では、当該アクティブマトリクスディスプレイは、3つの隣り合う画素を有する。前記3つの画素の夫々1つは、赤、緑及び青のサブピクセルを有する。前記画素又は前記サブピクセルの所望の輝度が前記所定レベルを下回る場合に、前記制御するための手段は、前記3つの画素の第1の画素の赤色サブピクセル、前記3つの画素の第2の画素の緑のサブピクセル、及び前記3つの画素の第3の画素の青色サブピクセルのみを駆動するよう前記駆動回路を制御する。先と同じく、正確な輝度に加えて、前記所望の色は、前記駆動されるサブピクセルの最大電流で得られる。正確な所望の色及び正確な所望の輝度を一緒に生じさせる画素は、3よりも多いサブピクセルを有しうる。画素のこの組合せは、3よりも多い画素を有しうる。
請求項13で請求される実施形態では、前記画素は、赤、緑、青、マゼンタ、イエロー、及びシアンのサブピクセルを有する。前記制御するための手段は、このサブピクセルの輝度が関連する所定レベルを上回る場合に、前記画素のサブピクセルのみを駆動するよう前記駆動回路を制御する。
本発明の上記及び他の態様について、後述する実施形態を参照して明らかとなるよう説明する。
図1は、マトリクスディスプレイ装置の一部の詳細図を示す。4つのサブピクセル10を有する1つの画素Pしか示されない。実際の実施においては、マトリクスディスプレイ装置は、通常、行及び列で配置された、より多数の画素Pを有する。通常、4つのサブピクセル10を有する画素Pでは、サブピクセル10は、赤色R、緑色G、青色B、及び白色Wを夫々有する光を発生させる。代替的に、画素Pは、また、赤色R、緑色G、青色Bを有する光を夫々発生させる3つのサブピクセルを有しても良い。実際には、画素Pは、所望の色を再生することができるよう適切な色を有するサブピクセルを幾つでも有することができる。
夫々のサブピクセル10は、LED L1、L2、L3、L4(Lと総称される。)と、画素駆動回路PDとを有する。LEDのLは、例えば、無機電界発光(EL)デバイス、有機ELデバイス、冷陰極、又は、高分子若しくは小分子LEDのような有機LEDであっても良い。特に、高分子及び小分子LEDは、高品位のディスプレイを作るための新しい道を開いてきた。これらのディスプレイの有利な点は、自発光技術、高輝度、完璧に近い視野角、及び高速な応答時間である。これらの有利な点は、OLED技術が、LCDディスプレイよりも良好なスクリーン前面性能をもたらす可能性を秘めていることを示す。異なるLEDは、異なった色を発生させ、あるいは、LEDは、例えば、白色光を発生させ、且つ、適切な色フィルタが実施される。図1では、LEDのL1、L2、L3、L4は、赤R、緑G、青B、及び白Wの光を発生させる。特定のLEDの輝度は、それを流れる電流Idによって決定される。
パッシブマトリクス及びアクティブマトリクスアドレス指定を用いることが可能である。以下で検討される比較的大きなディスプレイ(>7”)に関して、アクティブマトリクスアドレス指定は、電力消費を低減するよう求められる。
一例として、図1では、アクティブマトリクスディスプレイは、行方向に延在するセレクト電極SEと、列方向に延在するデータ電極DEとを有する。また、セレクト電極SEが列方向に、データ電極DEが行方向に延在することも可能である。同じく、一例として、サブピクセル10に電流Idを供給する電源電極PEが列方向に延在する。電源電極PEは、行方向に延在しても良く、あるいは、グリッドを形成しても良い。
夫々の画素駆動回路PDは、その結合されたセレクト電極SEからセレクト信号を、その結合されたデータ電極DEからデータ信号Dを、その結合された電源電極PEから電源電圧VBを受けて、その結合されたLED Lへ電圧Vd及び電流Idを供給する。夫々の画素に関して同じ参照符号が同じ要素を示すよう用いられているが、信号、電圧及びデータの値は異なっても良い。
電流Idは、電源電極PE及び画素駆動回路PDを介してLED Lに流される。LEDの輝度は、LEDを流れている電流Idのレベルによって決定される。電流Idは、データ電極DE上のデータ信号レベルDによって決定される。(一般にアドレスラインとも呼ばれる)セレクト電極SEは、画素10の行を1つずつ選択(又はアドレス指定)するために用いられる。実際には、ディスプレイラインごとに更なるアドレスラインが、例えば、LEDのLへ供給される電流Idのデューティーサイクルを制御するために、用いられても良い。画素10の1よりも多い行を1度に選択することが可能である。
図2は、画素駆動回路の実施例を示す。画素駆動回路PDは、トランジスタT2の主要電流経路とLEL Lとの直列配置を有する。トランジスタT2は、薄膜トランジスタ(TFT)であるように示されているが、他のトランジスタ形式であっても良い。LED Lは、ダイオードとして表されているが、他の電流駆動型発光素子であっても良い。直列配置は、電源電極PEと接地(絶対接地又は局地接地、即ち、共通電圧)との間に配置されている。トランジスタT2の制御電極は、キャパシタCと、トランジスタT1の主要電流経路の端子との接点へ接続されている。トランジスタT1の主要電流経路の他の端子は、データ電極DEへ接続されており、トランジスタT1の制御電極は、セレクト電極SEへ接続されている。トランジスタT1は、TFTであるように示されているが、他のトランジスタ形式であっても良い。キャパシタCの依然として未接続の端子は、電源電極PEへ接続されている。
以下、回路の動作について明らかにする。画素の行が、画素のこの行が結合されたセレクト電極SE上の適切な電圧によって選択される場合に、トランジスタT1は導通する。LED Lの所要の輝度を示すレベルを有するデータ信号Dは、トランジスタT2の制御電極へ供給される。データ信号Dは、トランジスタT2のゲート−ソース間電圧Vgsを決定し、ひいては、電源電極PEからLED Lへ流れる所望の電流Idを決定する。画素の行のセレクト期間の後、セレクト電極SEでの電圧は、トランジスタT1が高抵抗となるよう変更される。キャパシタCに蓄えられたデータ電圧Dは、LED Lを流れる所望の電流Idを得るよう依然としてトランジスタT2を駆動する。電流Idは、セレクト電極SEが再び選択されて、データ電圧Dが変更される場合に変化しうる。
電流Idは、抵抗器Rtを介して電源電圧VBを受ける電源電極PEによって供給される。抵抗器Rtは、示されている画素10へ向かう電源電極の抵抗を表す。留意すべきは、同じ電源電極PEに結合される他の画素10も電流を伝送しうる点であり、この電流はIoによって表されている。電流Id及びIoは、両方とも、抵抗器Rtを流れるので、電源電極PEにおいて電圧降下を引き起こす。画素駆動回路PDは、トランジスタT2の主要電流経路とLED Lとの直列配置の両端の電圧Vpが電流Idを得られるほど十分に高い場合にのみ正確に機能しうる。抵抗器Rt及びその作用は、本発明とは無関係である。
ディスプレイ1に画像を表示するために画素Pのサブピクセル10をどのように駆動するかが、一般的に知られる。要するに、表示されるべき画像を表す入力信号IV(図7参照。)は、フレームメモリFBに格納される。入力信号IVから、画素Pの夫々の1つのサブピクセル10の夫々1つに対するデータDは、サブピクセル10の所望の輝度を得るよう決定される。画素Pの中の特定の画素の所望の輝度及び所望の色は、関連するサブピクセル10によって発生する光の混合によって得られる。例えば、サブピクセル10が赤R、緑G、及び青Bの光を放射する場合に、サブピクセル10のカラーコーディネートによって範囲を決められた色三角CT(図6参照。)内の全ての色は、サブピクセル10の適切な輝度比を選択することによって実現可能である。画素Pの輝度は、サブピクセル10の輝度の和によって決定される。
画素駆動回路PDの構造は、本発明に不可欠というわけではない。例えば、ある代わりの画素駆動回路PDは、SID02ダイジェスト、968〜971ページ、D.フィッシュ等著、刊行物「アクティブマトリクス高分子/有機LEDディスプレイ用画素回路の比較(A Comparison of Pixel Circuits for Active Matrix Polymer/Organic LED Displays)」に開示されている。
以下の図面に関して説明するように、本発明は、画素Pの輝度が所定の閾値を下回るか否かが夫々の画素Pに関して決定される点で、画素Pの既知の駆動法とは異なる。これが本当ならば、この画素Pの所望の色を得るために必要とされるよりも少ない、この画素Pのサブピクセル10が、画素Pの輝度に寄与するよう選択される。望ましくは、駆動されるサブピクセル10のサブセットにより、やはり、画素Pの所望の輝度が得られる。従って、寄与するために用いられるサブピクセル10のうちの少なくとも1つの輝度は、実質的に所望の輝度を作ることが依然としてできるよう増大すべきである。画素Pの色は、所望の色から外れうる。低輝度レベルでの所望の色からのずれは、それほど顕著ではない。しかし、所望の輝度からのずれは、更に可視的でありうる。用いられるサブピクセル10の輝度が高いほど、サブピクセル10を流れる電流Idは高くなる。結果として、以下で説明するように、画素Pの輝度の非均一性は低減する。従って、輝度の均一性は、色ずれを犠牲にして改善される。しかし、この色ずれは、関連する低輝度レベルではほとんど可視的でない。所望の輝度に実質的に等しい輝度レベルを維持することが、より重要である。
図3は、画素の輝度の非均一性を表すための一例を示す。グラフの縦軸は、パーセンテージとして非均一性NUを示し、グラフの横軸は、ボルトでTFT T2のゲート−ソース間電圧Vgsを示す。ラインMEは移動度誤差を示し、ラインVEは閾値電圧誤差を示し、ラインTEは全ての誤差を示す。図3は、一例として、低輝度レベルで画像非均一性に特に悩まされる小分子及び高分子有機LEDに関して、これらの誤差を示す。図3では、非均一性は、約3.5ボルトより下にあるゲート−ソース間電圧Vgsで急に増大する。比較的低いゲート−ソース間電圧Vgsで、FET T2のインピーダンスは相対的に高く、LED Lを流れる電流Idは相対的に低く、従って、サブピクセル10の輝度は相対的に低い。
このようにして、電圧プログラム型電流駆動画素Pの非均一性は、トランジスタT2の閾値電圧及び移動度の変動により引き起こされる。通常使用される低温ポリシリコンTFTは、アニーリングの際に形成されるシリコン粒子におけるランダムな変化により、それらの閾値電圧及び移動度における次から次への変動に本質的に悩まされる。これらのパラメータの変動は、トランジスタT2の同じ所与のゲート−ソース間電圧で、異なるサブピクセル10において異なる電流Idを生じさせる。
サブピクセル10の電流Idは、式1に従って、TFT移動度μ及びTFT閾値に依存する。
Id〜μ(Vgs−Vt)2 式1
結果として、サブピクセルの輝度は、たとえ同じゲート−ソース間電圧が印加されたとしても、互いに対してランダムな変動を示す。これらの輝度のずれ、又は輝度の非均一性は、表示される画像において、ランダム雑音として目に見える。TFT T2を流れる電流Idのパーセンテージ変動は、その閾値電圧及び移動度に関して、目に見えないよう約2%を下回るべきである。図3は、均一な画像に関して、パーセンテージ値によって表される画像の平均輝度によって割られるサブピクセル10の輝度の標準的なずれを示す。閾値電圧の非均一性から派生する誤差は、データ電圧の減少に伴って急速に増大する。結果として、画像の輝度は、低輝度で極めて非均一となりうる。高輝度では、移動度の非均一性が明らかとなる。
Id〜μ(Vgs−Vt)2 式1
結果として、サブピクセルの輝度は、たとえ同じゲート−ソース間電圧が印加されたとしても、互いに対してランダムな変動を示す。これらの輝度のずれ、又は輝度の非均一性は、表示される画像において、ランダム雑音として目に見える。TFT T2を流れる電流Idのパーセンテージ変動は、その閾値電圧及び移動度に関して、目に見えないよう約2%を下回るべきである。図3は、均一な画像に関して、パーセンテージ値によって表される画像の平均輝度によって割られるサブピクセル10の輝度の標準的なずれを示す。閾値電圧の非均一性から派生する誤差は、データ電圧の減少に伴って急速に増大する。結果として、画像の輝度は、低輝度で極めて非均一となりうる。高輝度では、移動度の非均一性が明らかとなる。
幾つかの有利な画素設計は、このような輝度の非均一性を軽減するよう提案された。これらの設計の間では、デジタルディスプレイ、閾値電圧シフトディスプレイ、電流ミラーディスプレイ、及び光学フィードバック回路と呼ばれる解決法である。これらの解決法は、全て、非均一性を補償するための回路を加える。対照的に、本発明は、如何なる駆動回路、同様に、図2で示される簡単な駆動回路をも使用して良い。サブピクセル10の駆動しか、この画素Pの所望の色を得るために必要とされるよりもより少ないサブピクセル10が駆動されて、光を発生させる点で、適合されない。駆動されるサブピクセル10の電流が高くなるほど、閾値電圧の非均一性は低減される。
図4は、より低い非均一性で実質的に同じ輝度に到達するよう所望の色を表示するために必要とされるよりも少ない色を選択する例を示す。図4A及び図4Bは、両方とも、縦軸に沿って輝度BRを、横軸に沿って画素Pのサブピクセル10の色を示す。図4Aで、画素Pは、赤R、緑G、青B、白Wの色を有する4つのサブピクセル10を有する。図4Bで、画素Pは、赤R、緑G、及び青Bの色を有する3つのサブピクセル10を有する。破線領域は、どのサブピクセルが画素Pの輝度及び色に寄与しているかを示す。
人間の目は、低輝度レベルで、それほど色感受性が高くないことが知られる。認知研究から、画像コンテンツに依存して、色誤りは、最大輝度の0.5〜6%の輝度レベルより下方で容認できることが知られる。従って、この閾値より下で、画素色情報(x−y面でのカラーコーディネート。図6参照。)はそれほど関係がない。しかし、上述したように、画素強度の変動は、依然として目立つ。RGBWのサブピクセル10を有する画素Pを含むポリLEDを用いるアクティブマトリクスディスプレイの実際の実施において、画素Pの最も暗い20〜40段階に関して、RGBのサブピクセル10を駆動する代わりに、同じ光度を生じさせるよう白Wのサブピクセル10のみを駆動することが可能である。あるいは、更に一般的に言えば、この画素Pが所定の閾値を下回る場合に画素Pの光を発生させるために、低減された数のサブピクセル10を用いることが可能である。望ましくは、白色サブピクセル10が利用可能である場合に、RGBサブピクセル10の寄与は、白色サブピクセルによって置き換えられる。代替的に、所望の色を発生させるために必要とされるRGBサブピクセルのサブセットを駆動することが可能である。例えば、3つのサブピクセルRGBの全てが、所望の色を得るよう画素輝度に寄与すべきである場合に、サブピクセル10のうちの2又は1しか、実際には、実質的に同じ画素輝度を得るために寄与しない。これは、所望の色からのずれを引き起こしうる。望ましくは、画素輝度に寄与するよう選択されたサブピクセル10の色は、色ずれが最小となるよう選択される。
通常の正確な色再生モードでは、所望の色を得るために必要とされる全てのサブピクセル10は、画素Pの輝度に寄与するよう駆動される。低輝度モードで、これらのサブピクセル10のサブセットは、画素Pの輝度に寄与するよう駆動される。低輝度モードの間に作動するサブピクセル10の数は、画素Pの輝度に依存しうる。正確な色再生モードから低輝度モードへの移行は、単一のステップで、又は、代替的に、多数の連続なステップで実現可能である。この場合に、輝度の低減に伴って、より少ないサブピクセル10が、画素Pの輝度に寄与する。
図4Aは、RGBWディスプレイでの多段ステップ移行の一例を示す。輝度レベルVT10より上で、赤R、緑G、青B、及び白Wの色を有する全てのサブピクセル10は、所望の輝度を伴って正確な所望の色を表示することができるよう、画素Pの輝度に寄与する。輝度レベルVT10とVT11と間では、赤R、緑G、及び白Wの色を有するサブピクセル10のみが、画素Pの輝度に寄与する。画素Pの所望の色に依存して、赤R及び緑Gの色を有するサブピクセル10以外の他のサブピクセル10は、所望の色が最も良く近似されるように駆動される。同じ輝度を生じさせるよう、赤R、緑G又は白Wの色を有するサブピクセル10のうちの少なくとも1つの輝度は、移行前より移行後の方が高い。赤R及び緑Gの色を有するサブピクセル10によって生ずる輝度の最適な比は、実現される色のカラーコーディネートが画素Pの所望の色に最も近いように、色三角から決定されうる。輝度レベルVT11とVT12との間では、赤R及び白Wの色を有するサブピクセル10のみが画素Pの輝度に寄与する。同じ輝度を生じさせるよう、赤R又は白Wの色を有するサブピクセル10のうちの少なくとも1つの輝度は、移行前より移行後の方が高い。輝度レベルVT12より下では、白Wの色を有するサブピクセル10のみが画素Pの輝度に寄与する。従って、比較的小さな電流Idにより4つのサブピクセル10を駆動することにより正確な所望の色を作る代わりに、この場合には、サブピクセル10のただ1つのサブピクセルのみが、非均一性を最小限とするよう、比較的高い電流により駆動される。正確な輝度が、誤った色であるが、実現される。
図4Aで示される3つの輝度レベルの移行は、一例に過ぎない。代替的に、例えば、所定の輝度レベルより下で、白Wのサブピクセル10又は原色R、G、Bを有するサブピクセルのうちの1つのみが画素Pの輝度に寄与する場合には、単一の移行しか実施され得ない。どのサブピクセル10が選択されるかは、表示されるべき実際の色に依存しうる。例えば、実際の色が原色の赤Rに非常に近い場合には、赤色サブピクセル10のみが、画素Pの輝度に寄与するよう選択される。更に一般的には、所望の色のカラーコーディネートが知られるので、サブピクセル10のうちの1つのみを作動させることによって表示可能な、図6の色三角で最も近い色を見つけることが可能である。
図4Bは、RGBディスプレイでの多段ステップ移行の一例を示す。輝度レベルVT1より上で、赤R、緑G、及び青Bの色を有する全てのサブピクセル10は、所望の輝度を伴って正確な所望の色を表示することができるよう、画素Pの輝度に寄与する。輝度レベルVT1とVT2と間では、赤R及び緑Gの色を有するサブピクセル10のみが、画素Pの輝度に寄与する。望ましくは、最も良く所望の色に近似するのに適した色を有するサブピクセル10が、画素Pの輝度に寄与するよう選択される。示される例では、赤R及び緑Gのサブピクセル10は、最も良く所望の色に近似するように、且つ、得られ輝度が所望の輝度に実質的に等しいように、駆動されるべきである。所望の輝度を生じさせるよう、赤R又は緑Gの色を有するサブピクセル10のうちの少なくとも1つの輝度は、移行前より移行後の方が高い。赤R及び緑Gの色を有するサブピクセル10によって生ずる輝度の最適な比は、色三角から決定されうる。これについては、図6に関して詳細に説明する。輝度レベルVT2より下では、赤Rの色を有するサブピクセル10のみが画素Pの輝度に寄与する。従って、比較的小さな電流Idにより3つのサブピクセル10を駆動することにより正確な所望の色を作る代わりに、この場合には、サブピクセル10のただ1つのサブピクセルのみが、非均一性を最小限とするよう、比較的高い電流により駆動される。先と同じく、実質的に、正確な輝度が、誤った色であるが、実現される。当然、他のサブピクセル10のうちの1つのみが、関連する色が所望の色をより良く近似する場合には駆動されても良い。多くの他の移行が可能であり、例えば、画素Pの輝度に寄与する3つのサブピクセル10から、レベルVT1とVT2との間の輝度レベルで寄与する1つのサブピクセル10への唯一の移行が可能である。
入力信号IVの夫々のフレーム期間の間に、移行は、輝度が、最も高い又は単一の閾値レベルVT1又はVT10を下回るところの、夫々の画素Pに関して計算されるべきである。一般に、及び、OLEDディスプレイに関して特に、様々なサブピクセル10の開口と、TFT T2の寸法とが、サブピクセル10の異なった色の発光物質の効率及び寿命に関して最適化される。最も適切な閾値及び移行ステップ方法は、これらのパラメータの全てを考慮しながら、ディスプレイ上で達成される効果に目を向けることによって経験的に決定可能である。
図5は、所望の色を得るために必要とされるよりも少ない色を選択する、非均一性における効果の一例を示す。縦軸はパーセンテージとして非均一性を示し、横軸は、Cd/m2で輝度BRを示す。図5で示される例では、単一の閾値レベルVTが、10Cd/m2の輝度で実施されている。この閾値レベルVTより上で、画素Pの全てのサブピクセル10が、画素Pの輝度に寄与するよう駆動される。この閾値レベルVTより下では、サブピクセル10のうちの1つしか、画素Pの輝度に寄与するよう駆動されず、一方、他のサブピクセル10は寄与しない。閾値レベルVTの直下で実質的に同じ輝度を達成するよう、単一のサブピクセル10での電流は、閾値レベルVTの直上で駆動されるサブピクセル10の夫々1つでの電流よりもずっと大きくなるべきである。従って、単一の駆動されるサブピクセル10のゲート−ソース間電圧Vgsは、より一層高くなり、従って、関連する輝度誤差は低減される(図3参照。)。結果として、画像均一性は、閾値レベルVTより下の低輝度レベルで改善される。
この効果は、図5に表される。図5で、非均一性NUは、画素Pの所望の輝度を発生させるよう全てのサブピクセル10の代わりに1つのみを用いることにより、10Cd/m2の輝度閾値レベルで段階的に低減される。
図6は、色空間における色三角を示す。一般的に知られるように、例えば陰極線管及びマトリクスディスプレイなどのような光発生システムでは、異なった色が、有限な量の基本色又は原色を混合することによって生成可能である。図6は、固定輝度又は輝度での色空間の2次元表示である色空間(xy)を示す。この(xy)色空間での軌跡VCは、人間とって可視的である全ての色を示す領域の境界線である。100%飽和色は、この軌跡VC上に位置する。軌跡VCに隣接する数字は、関連する色の長さをナノメータで示す。明らかであるように、約450nmの長さは完全に飽和した青色BLに、520nmは完全に飽和した緑色GRに、700nmは完全に飽和した赤色REに対応する。不飽和色は、軌跡VC内に位置する。完全に飽和した色を原色として用いることは、商業的に実際的ではない。実際の実施では、原色R、G、Bは、図6に一例として示されるように選択される。これらの原色R、G、Bを用いることによって表現可能な全ての色は、三角形CTによって示される。三角形上及び中の全ての色は、これらの原色R、G、Bを使用するディスプレイ装置によって表現可能である。
あらゆる色は、そのx及びyのカラーコーディネートによって、これらのカラーコーディネートが色の色合い及び彩度を決定するので、完全に決定される。原色R、G、Bの特定の比(原色R、G、Bのカラーコーディネートに依存して、この比は、例えばNTSC規格では、30:59:11である。)において、白Wが得られる。色三角CT内の点ACの色の色合いは、この点AC及び白色点Wを通る線と、軌跡VCとの接点ACとして見られる。この点ACの色の彩度は、一方で点ACとWとの間及び他方で点ACとSCとの間の距離の比によって決定される。
示される三原色R、G、Bを用いる代わりに、例えば、軌跡VCの、三角形CTよりも大きな領域を覆う多角形を得るよう、更なるパラメータを用いることが可能である。また、原色の白Wを加えることも可能である。論じられるマトリクスディスプレイにおいて、サブピクセル10は、どの色が表示可能であるかを示す多角形を決定する様々な色を有する。
図7は、アクティブマトリクスディスプレイの一実施形態を示す。アクティブマトリクスディスプレイは、交差しているセレクト電極SE及びデータ電極DEに結合された画素10(図1及び8参照。)を有するアクティブマトリクスディスプレイ1を有する。セレクト駆動部SDは、セレクト電極SEを1つずつ選択するよう、セレクト電極SEへセレクト電圧又はセレクトデータを供給する。これは、選択されたセレクト電極SEに結合された画素10が、データ電極DEに対してデータ駆動部DDによって供給されたデータDによって決定される光量を生成しうる。次のセレクト電極SEが選択される場合に、前に選択されたセレクト電極SEに結合された画素10の状態は保たれる。先と同じく、現在選択されているセレクト電極SEに結合された画素10の状態は、データ電極DE上のデータDによって決定される。全てのセレクト電極SEは、完全な画像を表示するよう、フレーム期間の後、1度は選択されている。次の画像は、次のフレーム期間の間に表示されうる。電力供給源PSは、ディスプレイ装置1の電源電極PE(図1参照。)へ電源電圧VBを供給する。
図7は、単一の輝度閾値VTを供給する駆動回路を有するアクティブマトリクスディスプレイの一実施形態を示す。変換回路2は、入力映像IVのNTSC又はPAL R、G、B信号を、周知のY、U、V信号に変換する。Yは、輝度を決定する輝度信号であり、U及びVは、色を決定するクロミナンス信号と呼ばれる。閾値回路3は、輝度信号Y及び閾値レベルVTを受けて、輝度Yが閾値レベルVTを下回る画素Pを検出する。閾値回路3は、画素Pの輝度が閾値レベルVTを下回っているか否かを適応回路4へ示す制御信号CAを供給する。
適応回路4は、更にY、U、V信号を受信し、受信したY、U、V信号及び制御信号CAに依存する、適応したY’、U’、V’信号を供給する。適応したY’信号は、輝度が、画素Pの輝度に寄与するサブピクセル10の数とは実質的に無関係であるように、受信したY信号に実質的に等しい。制御信号CAが、画素Pの輝度Yが閾値レベルVTを下回ることを示す場合に、適応したU’、V’信号は、望ましくは、今なお、サブピクセル10が画素Pの輝度に寄与するように、受信したU、V信号から決定され、結果として生ずる色は、可能な限り所望の色に近い。例えば、適応回路4は、ディスプレイの原色R、G及びBに対してU’及びV’の値を有する参照テーブルと、原色R、G、Bのうちのどれが所望の色のU’及びV’の値に最も近いU’及びV’の値を有するかを決定する決定回路とを有しても良い。輝度Yが閾値レベルVTを上回る画素Pに関して、適応回路4は、受信したY、U、V信号を適応させず、Y、U、V信号と同一である、適応したY’、U’、V’信号を供給する。U’及びV’の値の決定は、例えば処理装置により、実行されても良い。処理装置は、例えば、U及びV信号のゲインを制御するために用いられるゲイン係数を計算する。その場合に、Y、U、V信号のレベルの適応は、ゲイン制御増幅器により実行されても良い。変換回路5は、Y’、U’、V’信号をR’、G’、B’信号に変換する。R’、G’、B’信号は、フレームメモリFBに格納され、ディスプレイ1に表示されるよう既知の方法で処理される。
代替的に、NTSC規格から、ディスプレイのRGB原色のカラーコーディネートへの補正後、R、G、B信号は、それらをY、U、V信号に変換することなく、直接的に処理されても良い。通常、ディスプレイのRGB色は、NTSC RGBとは異なる。即ち、色補正が、いずれにせよ必要とされる。R、G、B信号の輝度は、加重和として計算可能である。加重和が閾値レベルを上回る場合には、R、G、B信号は適応されない。加重和が閾値レベルを下回る場合には、R、G、B信号のレベルは、信号のうちの少なくとも1つが零レベルを得、一方、他の信号のうちの少なくとも1つは、輝度が実質的に同じに保たれるほどに増大したレベルを得るように、適応される。非零信号の増大したレベルは、所望の色に最も近い色を得るよう選択される。R、G、BからY、U、Vへの変換及びその逆の変換は、目下必要とされないが、余分の計算力が、R、G、及びBのレベルから輝度Y及びカラーコーディネートを計算するために必要とされる。処理装置は、加重和を決定し、加重和が閾値レベルを下回るか否かを検出し、適応レベルR’、G’、B’、若しくはR、G、B信号に適用されるべき補正係数を計算し、又は参照テーブルで見つけるために、用いられても良い。このようにして、処理装置は、直接的に適応レベルR’、G’、B’を計算しても良く、あるいは、ゲイン制御増幅器に供給される補正係数を計算しても良い。ゲイン制御増幅器は、R、G、B信号を受信し、補正係数に夫々依存してR’、G’、B’信号を供給する。
制御装置COは、入力映像IVのライン同期信号Hs及びフレーム同期信号Vsを受信して、入力処理装置へ制御信号CPRを、セレクト駆動部SDへ制御信号CRを、データ駆動部DDへ制御信号CCを、電力供給源PSへ制御信号CPを供給する。
入力処理装置は、変換回路2と、閾値回路3と、適応回路4と、変換回路5とを有する。駆動回路6全体は、入力処理装置と、フレームメモリFBと、セレクト駆動部SDと、データ駆動部DDと、電力供給源PSと、制御装置COとを有する。制御信号CPRは、水平同期信号Hs及び垂直同期信号Vsに同期して、入力信号IVのR、G、B信号又は値を取り出し、処理し、記憶するよう、変換回路2を制御する。制御信号CR、CC及びCPは、画素10の行の選択と、画素10の選択された行へのデータDの供給と、電源電圧VBの供給とを同期させる。電源電圧VBは、制御信号CPを不必要とするよう、固定されても良い。
許容可能な閾値VTは、画像コンテンツと、用いられるアルゴリズムとに依存することが知られている。許容可能な閾値VTは、最大輝度の0.5%から6%の間で変化する。所謂閾値下画素Pの色が白Wによって置換される場合に、閾値VTは、色が赤R、緑G、又は青Bによって置換される場合よりも高く選択可能である。後者の場合に、閾値VTは、画素Pの色の飽和に依存しうる。即ち、閾値VTは、更なる飽和色で、より高く選択される。
図8は、画素構造の実施形態を示す。図8Aは、画素Pi(P1〜P4)の画素構造を示す。画素Piは、夫々、赤R、緑G、青Bの色を有する3つの四角形のサブピクセルLj(L10〜L21)を有し、また、ナブラ構造で配置されている。図8Bは、四角形の画素Pi(P10〜P15)の画素構造を示す。画素Piは、夫々、赤R、緑G、青Bの色を夫々有する3つの細長いサブピクセルLj(L110〜L117)を有する。図8Cは、四角形の画素P100の画素構造を示す。画素P100は、赤R、緑G、青B、シアンC、マゼンタM、イエローY、及び白Wの色を夫々有する7つの細長いサブピクセルを有する。
本発明の従う実施形態は、多数の隣り合う画素Piが閾値VTを下回る輝度を有するところの状況に向けられている。これは、しばしば、画像の暗い領域で生ずる。この場合に、隣り合う画素Piのグループの平均輝度及び色が決定される。例えば、このようなグループは、3つの隣り合う画素Piを有する。平均輝度及び色は、グループの隣り合う画素Piの夫々1つの中からサブピクセルLjの1つのみを使用することによって表される。用いられるサブピクセルLjは、異なる色を有する。例えば、図8A又は8Bに示されるように、画素Piの夫々1つが赤R、緑G、及び青BのサブピクセルLjを有し、画素Piの夫々のグループが3つの画素Piを有する場合には、グループの画素Piのうちの1つの画素の赤Rサブピクセルしか使用されず、グループの画素Piのうちの他の1つの画素の緑Gサブピクセルしか使用されず、グループの画素Piのうちの残りの1つの画素の青Bサブピクセルしか使用されない。この場合に、寄与しているサブピクセルLjにおいて、より高い電流により正確な輝度及び正確な色を生成することが可能であるが、空間解像度は、より低くなる。しかし、これは問題であると思われない。なぜなら、人間の目は、低輝度レベルで、空間ディテールにそれほど感受性が高くないためである。
均一性の更なる改善は、図2に示されるよりも複雑な駆動回路を実施することによって得られる。例えば、閾値電圧補正回路が白色サブピクセルを作動させ、一方、R、G、Bサブピクセル10は、図2の標準的な2つのトランジスタ回路によって駆動される。これは、より少ない部品点数で、サブピクセルの夫々に対する閾値補償を、RGB画素Pと同様に、同じ均一性能に提供する。
本発明に従う更なる他の実施形態では、多原色ディスプレイは、たとえ、より大きな自由が、均一性を改善するように画素Pの中から低輝度レベルにあるサブピクセル10のサブセットを選択するよう存在するとしても、7つのサブピクセルR、G、B、C、M、Y、Wを有する画素P100を有する。例えば、明らかに可視的となる非均一性を回避するよう、閾値輝度より下で、如何なるサブピクセル10をも駆動することが回避されても良い。従って、輝度が閾値を上回るサブピクセル10は光を発生させ、一方、輝度が閾値を下回るサブピクセル10はオフに切り替えられる。
留意すべきは、上述した実施例が本発明を限定するのではなく説明しているのであって、当業者は添付の特許請求の範囲の適用範囲を損なうことなく多数の代わりの実施例を設計することができるであろう点である。
特許請求の範囲において、括弧内の如何なる参照符号も、請求を限定するように解釈されるべきではない。動詞「有する」及びその活用形の使用は、請求項に列挙された以外の要素又はステップの存在を認めないわけではない。要素の前に置かれた冠詞「1つの」は、このような要素の複数個の存在を認めないわけではない。本発明は、幾つかの個別素子を有するハードウェアを用いて、また、適切にプログラムされたコンピュータを用いて、実施されても良い。幾つかの手段を列挙する装置クレームにおいて、これらの手段の幾つかは、ハードウェアの同一の物品によって具現化されても良い。ある手段が相互に異なる従属請求項に列挙されているという事実は、これらの手段の組合せが有利に使用され得ないことを示しているわけではない。
Claims (15)
- サブピクセルを有する画素,及び
該画素の所望の輝度及び所望の色を決定する入力信号を受信する駆動回路,
を有し、
前記駆動回路は、
前記所望の輝度が所定レベルを下回るか否かを判断するための手段,及び
前記所望の輝度が前記所定のレベルを下回る場合に、
前記所望の輝度に寄与する多数の前記サブピクセルを、前記所望の色を得るために最適に必要とされるよりも少ない数に変更し、
前記寄与サブピクセルのうちの少なくとも1つのレベルを増大させ、前記寄与サブピクセルのうちの前記1つに関して、前記所望の色を得るために必要とされる前記サブピクセルが全て前記所望の輝度に寄与する場合よりも高い輝度を得るための手段,
を有することを特徴とするアクティブマトリクスディスプレイ。 - 前記画素は、異なった色を有する光を発生させる3つのサブピクセルを有する、ことを特徴とする請求項1記載のアクティブマトリクスディスプレイ。
- 前記画素は、異なった色を有する光を発生させる3よりも多いサブピクセルを有する、ことを特徴とする請求項1記載のアクティブマトリクスディスプレイ。
- 前記サブピクセルの数を変更するための手段は、前記所望の輝度が前記所定レベルを下回る場合に、前記所望の輝度に寄与するよう前記サブピクセルの1つのみを選択するために配置される、ことを特徴とする請求項1記載のアクティブマトリクスディスプレイ。
- 前記所望の輝度が前記所定レベルを下回るか否かを判断するための手段は、前記所望の輝度が更なる所定レベルを下回るか否かを更に判断するために配置され、
前記所望の輝度に寄与する前記多数のサブピクセルを、前記所望の色を得るために最適に必要とされるよりも少ない数に変更するための手段は、前記更なる所定レベルより下での前記より少ない数を、最初に述べた所定レベルより下であるよりも小さくなるよう選択する、
ことを特徴とする請求項1記載のアクティブマトリクスディスプレイ。 - 前記サブピクセルの数を変更するための手段は、前記所望の色に最も近い色を得るよう、利用可能なサブピクセル色の中から前記寄与サブピクセルを決定するために配置される、ことを特徴とする請求項1記載のアクティブマトリクスディスプレイ。
- 前記サブピクセルの1つは、白色光を発生させるために配置される、ことを特徴とする請求項3記載のアクティブマトリクスディスプレイ。
- 前記サブピクセルの数を変更するための手段は、前記所望の輝度が前記所定レベルを下回る場合に寄与すべき、前記白色光を発生させるサブピクセルのみを選択するために配置される、ことを特徴とする請求項7記載のアクティブマトリクスディスプレイ。
- 更なるサブピクセルを有し、最初に述べられた画素の隣に配置される更なる画素を更に有し、
前記サブピクセルの数を変更するための手段は、最初に述べられたサブピクセルのサブセットのみと、前記更なるサブピクセルのサブセットのみとを駆動するために配置され、
前記最初に述べられた画素のサブセット及び前記更なるサブピクセルのサブセットは、前記最初に述べられた画素又は前記更なる画素のうちの少なくとも1つの所望の輝度が前記所定レベルを下回る場合に、前記最初に述べられた画素の所望の色と、前記更なる画素の所望の色との実質的に平均である知覚結合色を得るよう、且つ、実質的に前記所望の輝度を得るよう選択される、
ことを特徴とする請求項1記載のアクティブマトリクスディスプレイ。 - 前記最初に述べられたサブピクセルのサブセット及び前記更なるサブピクセルのサブセットは、異なった色を有する、ことを特徴とする請求項9記載のアクティブマトリクスディスプレイ。
- 前記最初に述べられた画素に隣接する第3の画素を更に有し、
前記最初に述べられた画素、前記更なる画素、及び前記第3の画素は、全て、赤、緑及び青のサブピクセルを有し、
前記サブピクセルの数を変更するための手段は、前記所望の輝度が前記所定レベルを下回る場合に、前記最初に述べられた少なくとも1つの画素の赤色サブピクセル、前記更なるサブピクセルの緑色サブピクセル、及び前記第3のサブピクセルの青色サブピクセルのみを駆動するために配置される、
ことを特徴とする請求項9記載のアクティブマトリクスディスプレイ。 - 前記最初に述べられた少なくとも1つの画素の赤色サブピクセル、前記更なるサブピクセルの緑色サブピクセル、及び前記第3のサブピクセルの青色サブピクセルは、白色光を得るよう駆動される、ことを特徴とする請求項11記載のアクティブマトリクスディスプレイ。
- 前記画素は、赤、緑、青、マゼンタ、イエロー、及びシアンのサブピクセルを有し、
前記サブピクセルの数を変更するための手段は、その輝度が関連する所定レベルを上回る場合に寄与すべき、前記サブピクセルのうちの1つのみを選択するために配置される、
ことを特徴とする請求項1記載のアクティブマトリクスディスプレイ。 - 高分子発光ディスプレイ、有機発光ディスプレイ、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ又は電界放出ディスプレイのうちの1つを有する、ことを特徴とする請求項1記載のアクティブマトリクスディスプレイ。
- サブピクセルを有する画素を有するアクティブマトリクスディスプレイに画像を表示させる方法であって、
前記画素の所望の輝度及び所望の色を決定する入力信号を受信する受信ステップを有し、
該受信ステップは、
前記所望の輝度が所定レベルを下回るか否かを判断するステップ,及び
前記所望の輝度が前記所定のレベルを下回る場合に、
前記所望の輝度に寄与する多数の前記サブピクセルを、前記所望の色を得るために最適に必要とされるよりも少ない数に変更し、
前記寄与サブピクセルのうちの少なくとも1つのレベルを増大させ、前記寄与サブピクセルのうちの前記1つに関して、前記所望の色を得るために必要とされる前記サブピクセルが全て前記所望の輝度に寄与する場合よりも高い輝度を得るステップ,
を有することを特徴とする方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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