(57)【要約】【課題】昇圧回路の動作方式を効率的に切り替えて動作する画像表示装置およびその制御方法を提供する。【解決手段】直流の電源電圧を複数の動作方式で昇圧する昇圧回路(12)と、昇圧回路からの出力電圧で駆動する、自発光素子から構成される画素を複数配列してなる表示部(13)と、自発光素子のオフ区間中に、前記複数の動作方式の間で動作方式を切り替えるよう前記昇圧回路を制御する制御部(14)とを有することを特徴とする画像表示装置を提供する。【選択図】図１
2007226096.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流の電源電圧を複数の動作方式で昇圧する昇圧回路と、
前記昇圧回路からの出力電圧で駆動する、自発光素子から構成される画素を複数配列してなる表示部と、
前記自発光素子のオフ区間中に、前記複数の動作方式の間で動作方式を切り替えるよう前記昇圧回路を制御する制御部と、
を有することを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像表示装置において、
前記複数の動作方式が、パルス幅変調方式、バースト方式、および、周波数変調方式を含み、
前記制御部が、前記自発光素子のオフに連動して、前記パルス幅変調方式から、前記バースト方式または前記周波数変調方式に切り替える、
ことを特徴とする画像表示装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の画像表示装置において、
前記複数の動作方式が、パルス幅変調方式、バースト方式、および、周波数変調方式を含み、
前記制御部が、前記自発光素子がオンになる直前に、前記バースト方式または前記周波数変調方式から、前記パルス幅変調方式に切り替える、
ことを特徴とする画像表示装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像表示装置において、
前記複数の動作方式が、少なくともパルス幅変調方式を含み、
前記制御部が、前記自発光素子がオンになる前に、前記表示部に表示されるべき画面の輝度データに対応する周波数設定の前記パルス幅変調方式に切り替える、
ことを特徴とする画像表示装置。
【請求項５】
直流の電源電圧を昇圧する昇圧回路からの出力電圧で駆動される自発光素子から構成される画素を複数配列してなる表示部を持つ画像表示装置の制御方法であって、
前記自発光素子のオフ区間中に、前記昇圧回路の動作方式を複数の動作方式の間で切り替えるステップ、
を含む画像表示装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、昇圧回路を用いた画像表示装置およびその制御方法に関し、特に、昇圧回路の動作方式を効率的に切り替えて動作する画像表示装置およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話装置において、有機ＥＬディスプレイが注目されている。有機ＥＬディスプレイは自発光型のディスプレイであり、高輝度、広視野角、超薄型および省電力といった特徴を持っている。有機ＥＬ素子は単色で緑色、青色、赤色等の色に発光するものがあり、これらを組み合わせることでマルチカラーディスプレイを作成することができる。また、自発光型であるが故に、バックライトを必要としないために、電力の消費を抑えることができる。ところが、有機ＥＬディスプレイは表示の行われる画素の発光輝度が高い程、電力を消費し、輝度値の高い画素が全画素中に占める割合が高ければ高い程、電力消費が大きくなる。また、携帯電話装置など、有機ＥＬディスプレイに電力を供給する場合、１セル電池電圧では、駆動できないため、バッテリの電圧を昇圧する昇圧電源が必須となる。
【０００３】
従来、昇圧電源においては、DC-DCコンバータ（昇圧回路）を使用する。DC-DCコンバータの出力電流と効率から、昇圧回路を構成するコイルなどに流す電流をスイッチング素子などでオンオフさせて所望の昇圧を得るべく動作する。この動作方式の代表的なものには、パルス幅を調整するパルス幅変調方式、昇圧が必要な分だけの時間にわたってオン動作を行うバースト式、周波数を調整する周波数変調方式などが用いられている。またこれらの方式を選択可能な電源デバイスや、出力電流によって自動で変調方式を切り替えることが可能な電源デバイスが提案されている。
【０００４】
自発光型素子の典型的な用途である有機ＥＬディスプレイでは、上述のように表示画像の輝度によって消費電流が変動する。有機ＥＬディスプレイでは、点灯期間と消灯期間があり、かつ点灯期間の消費電流について、表示する画面の輝度によって、輝度が高い場合は消費電流が多く、輝度が低い場合は消費電流が少なく、黒では理論上電流は流れないことになる。よって、有機ＥＬディスプレイの消費電流は、オフ期間による無負荷状態とオン期間による電流可変状態がある。オン期間では、消費電流が変化するため、パルス幅変調方式のDC-DCコンバータでは、低負荷時の効率が悪くなる。また、動作周波数と消費電流によって、昇圧の停止と開始とを繰り返す不連続状態となりノイズ成分が増えることになる。逆にバースト方式では、高負荷時の効率が悪く、出力電圧が降下することを検出してDC-DCコンバータを制御するために、出力電圧のリップル成分が大きくなる。また周波数変調方式については、周波数が変動するために、動作周波数によっては、有機ＥＬディスプレイにちらつきやノイズが発生する。
【０００５】
上記のように１つの動作方式で動作するものに対して、低負荷時と高負荷時にDC-DCコンバータの動作を切替え、効率を改善する手法もある。これは消費電流によってDC-DCコンバータが動作方式切り替え、低負荷時はバースト方式や周波数変調方式で動作し、高負荷時はパルス幅変調方式で動作するというものである。しかしながら、上記切り替え方式では、有機ＥＬディスプレイの動作電流が随時変化する場合、低負荷時においてバースト方式や周波数変調方式では、ノイズやちらつきの問題があり、また、パルス幅変調方式についても不連続動作状態では同様の問題がある。
【０００６】
これらの課題の解決を目指して、有機ＥＬディスプレイの電源を複数個（即ち、複数のDC-DCコンバータを使用して）用意し、有機ＥＬディスプレイ消費電流に対し、常に最も効率のよい電源回路を選択することで、効率を改善し、電源回路の低消費電力化を図る先行技術（特許文献１を参照されたい。）も提案されている。
【０００７】
【特許文献１】特開2003-280584号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記の複数の電源を利用する従来技術であっても以下の問題点がある。
(1)効率が異なるDC-DCコンバータを切替えて動作させるために、常にDC-DCコンバータが複数動作しているわけではないので、複数あるDC-DCコンバータの少なくとも１つは、課題としているDC-DCコンバータの効率ピークを最大駆動電流にあわせて設計する必要があるため、電流容量の大きい電源回路となる。
(2)複数個を必要としているので、電流容量の大きい電源回路に回路が追加されるため、結果として小型化にならない。
(3)また回路動作が電流検出のフィードバックによって動作しているため、前フレームが黒、次フレームの白といった画面では切り替えタイミングがずれるために回路は正常に動作せず、高負荷時に低負荷のDC-DCコンバータが動作することになる。オフ期間では、昇圧電源の自己損失により電流を消費している。オフ期間中に昇圧電源をオフする場合、有機ＥＬディスプレイがオンすると同時に電源をオンすると、必要な電圧になるまでの立ち上がりに時間がかかる問題があるため、結局は有機ＥＬディスプレイがオフ状態であっても出力電圧を維持する必要があり、パルス幅変調方式では、この期間が最も効率が悪くなるという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した諸課題を解決すべく、第１の発明による画像表示装置は、
直流の電源電圧を複数の動作方式で昇圧する昇圧回路と、
前記昇圧回路からの出力電圧で駆動する、自発光素子から構成される画素を複数配列してなる表示部と、
前記自発光素子のオフ区間中（消灯中）に、前記複数の動作方式の間で動作方式を切り替えるよう前記昇圧回路を制御する制御部と、
を有することを特徴とする。
【００１０】
また、第２の発明による画像表示装置は、
前記複数の動作方式が、パルス幅変調方式、バースト方式、および、周波数変調方式を含み、
前記制御部が、前記自発光素子のオフ（消灯）に連動して、前記パルス幅変調方式から、前記バースト方式または前記周波数変調方式に切り替える、
ことを特徴とする。
【００１１】
また、第３の発明による画像表示装置は、
前記複数の動作方式が、パルス幅変調方式、バースト方式、および、周波数変調方式を含み、
前記制御部が、前記自発光素子がオン（点灯）になる直前に、前記バースト方式または前記周波数変調方式から、前記パルス幅変調方式に切り替える、
ことを特徴とする。
これは概念的にはオン動作と連動した切り替え、即ち、オン（点灯）になる直前の切り替えであるが、実際には、オフ区間において、立ち上げ時間を考慮してオンにするための準備を昇圧回路が十分に実行できる期間だけオン動作より前に切り替える。これを満たす同期信号として垂直同期信号を用いることが好適である。
【００１２】
また、第４の発明による画像表示装置は、
（前記表示部に表示されるべき画面の画像データの各画素の輝度値の合計輝度値または平均輝度値を含む輝度情報を演算する輝度情報演算部と、
演算した輝度情報から消費電流を演算する消費演算手段と、をさらに有し、）
前記複数の動作方式が、少なくともパルス幅変調方式を含み、
前記制御部が、前記自発光素子がオン（点灯）になる前に、前記表示部に表示されるべき画面の輝度データに対応する周波数設定の前記パルス幅変調方式に切り替える（そしてオン区間では、輝度データに対応する周波数設定を持つパルス幅変調方式で動作する）、
ことを特徴とする。
上記のように輝度データとしては、例えば、画像データのフレームに含まれる幾つか或いは全ての画素データから平均輝度値や合計輝度値を求めこれを使う。或いは、この求めたものから、さらに消費電流に変換したものを用いるのが好適である。
【００１３】
上述したように本発明の解決手段を装置として説明してきたが、本発明はこれらに実質的に相当する方法としても実現し得るものであり、本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。
一例を挙げれば、本発明を方法として実現させた第５の発明は、
直流の電源電圧を昇圧する昇圧回路からの出力電圧で駆動される自発光素子から構成される画素を複数配列してなる表示部を持つ画像表示装置の制御方法であって、
前記自発光素子のオフ区間中（消灯中）に、前記昇圧回路の動作方式を複数の動作方式の間で切り替えるステップ、を含むものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、表示装置を構成する自発光型素子（有機ＥＬディスプレイ）がオフ区間において、昇圧回路の動作方式を、オフ区間に最適な動作方式に切り替えて動作させることができるようになる。例えば、パルス幅変調方式から、オフ区間のような低電流時に効率が良いバースト方式や周波数変調方式に切り替えることで、効率を改善し消費電力を削減することが可能になる。また、動作方式の切り替えを自発光型素子のオフ区間で行うことにより、表示画面に影響を与えずに効率改善と消費電力改善を達成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以降、諸図面を参照しながら、本発明の実施態様を詳細に説明する。自発光型素子を使った画像表示装置の典型例として携帯電子機器（携帯端末装置）に本発明を適用して説明する。図１は、本発明を適用した携帯電子機器の画像表示機能ブロックを示すブロック図である。図に示すように、画像表示機能ブロック（装置）は、リチウム・イオン電池等のバッテリ１１、このバッテリ１１の電源電圧を昇圧するＤＣ−ＤＣコンバータを有する昇圧回路１２、その出力電圧により有機ＥＬ素子をマトリックス状に多数配列してなる自発光ディスプレイを駆動して画像を表示する有機ＥＬディスプレイ１３、入力画像データを受けフレーム単位にデコードするＣＰＵ１４、このデコードされた画像データを受信して所要の信号処理を行い有機ＥＬディスプレイ１３に供給する信号処理部１５から構成される。なお、図示しないが、有機ＥＬディスプレイ１３は駆動回路を有している。
【００１６】
信号処理部１５は、有機ＥＬディスプレイ１３に対して順次のフレームの画像データの表示タイミングに同期して昇圧回路１２の出力電圧をオン・オフして印加するとともに、垂直同期信号をＣＰＵ１４に供給する。
【００１７】
さらに、信号処理部１５は、次画面の表示画像を記憶するフレームバッファ１９を有している。ＣＰＵ１４は、画像データを信号処理部に渡すのみならず、画像データを元に、昇圧回路１２への周波数設定信号と、動作方式を設定するモード設定信号とを生成する。即ち、昇圧回路１２に信号処理部１５からディスプレイのオン／オフや垂直同期信号と同期を取った周波数設定信号とモード設定信号を出力し、ディスプレイの駆動回路に供給する昇圧回路の設定を制御することで、動作状態を最適化し、バッテリ端での消費電力を削減する。このように、本発明の用途としては、バッテリの消費電力を抑え、できるだけ充電せずに長時間使用できることが必要とされる携帯電子機器が最適である。
【００１８】
また、ＣＰＵ１４では、入力画像データの輝度情報をフレーム単位で順次演算し、そのフレームの表示タイミングに同期して、当該フレームにおける輝度情報の演算結果に基づいて昇圧回路１２に電圧制御信号（図示せず）を送出してその出力電圧を制御する。なお、このＣＰＵ１４からの電圧制御信号による昇圧回路１２の出力電圧制御は、信号処理部１５からの電圧印加タイミング信号による有機ＥＬディスプレイ１３への電圧印加のオフ期間または垂直同期信号に同期して実行する。
【００１９】
さらに、ＣＰＵ１４は、輝度情報演算手段１６、消費電流演算手段１７、およびＲＡＭ１８を備える。信号処理部１５には１フレーム分のフレームバッファ１９を設けて、輝度情報演算手段１６において入力画像データの輝度情報をフレーム単位で順次演算し、その輝度情報が演算されたフレームの画像データをフレームバッファ１９に一旦格納してから、有機ＥＬディスプレイ１３に表示する。
【００２０】
また、ＲＡＭ１８には、輝度情報と設定電圧との対応関係を示す設定電圧テーブル（図示せず）を格納し、このＲＡＭ１８から輝度情報の演算結果に対応する設定電圧を読み出して、当該フレームの表示タイミングに同期して、昇圧回路１２の出力電圧をＲＡＭ１８から読み出した設定電圧となるように、ＣＰＵ１４からの電圧制御信号（図示せず）により制御する。したがって、本実施の形態では、ＣＰＵ１４および信号処理部１５を含んで表示制御手段を構成している。
【００２１】
本実施の形態では、ＣＰＵ１４の輝度情報演算手段１６において、輝度情報としてフレーム単位で画像データの輝度平均値を演算する。また、ＲＡＭ１８には、例えば図５に示すような輝度平均値から算出された消費電流値に対する最適スイッチング周波数を示す電流値―周波数設定テーブルを格納しておく。この電流値―周波数設定テーブルを参照して、輝度情報演算手段１６で演算された輝度平均値に対応する最適な周波数を求め、この求めた周波数を使ったパルス幅変調方式で動作するように昇圧回路１２を制御する。
【００２２】
なお、同期する画面と電圧制御信号とがＣＰＵにて制御されている場合、垂直同期信号をとる必要はなく、また、ＣＰＵが信号処理部の動作を兼用してもよいし、有機ＥＬパネル内に信号処理部やフレームバッファがあってもよい。さらにフレームバッファについては１つではなく複数あってもよい。
【００２３】
このような構成で、有機ＥＬディスプレイがオン区間（点灯中）においては、パルス幅変調方式で駆動し、また画面データの輝度平均から有機ＥＬディスプレイの消費電流を算出し、算出した電流から昇圧回路の動作周波数を変更して、表示画像に対して消費電流が少ない場合は、昇圧回路が連続状態になる様に周波数を設定することでノイズやちらつきを改善し、消費電流が増大した場合には連続状態を維持するとともに、周波数を下げることで効率を改善する。
【００２４】
図２は、本実施例で用いた有機ＥＬディスプレイの消費電流と効率との関係を示すグラフである。図に示すように、周波数変調方式は低負荷においても効率がよい。一方、パルス幅変調方式では低負荷においては効率が悪く、高負荷において効率が改善している。本発明は、このようなＥＬ素子の特性を利用して、低負荷となるＥＬ素子のオフ区間（消灯区間）に連動して、昇圧回路の動作方式を、「バースト方式やパルス幅変調方式」から「周波数変調方式」に切り替え、さらにオン区間になる直前に「周波数変調方式」から「バースト方式やパルス幅変調方式」に切り替えて、効率的な動作を図るものである。また、負荷が同じ場合は、動作周波数が低い方が効率はよい。しかしながら、連続状態と不連続状態の電流閾値は、動作周波数が高い場合には、低負荷においても連続状態を維持している。
【００２５】
図３は、DC-DCコンバータが連続状態（ａ）と不連続状態（ｂ）の図を示している。不連続状態では、周波数成分が増えることにより、ノイズの発生や、出力電圧に電圧変動によるリップルが発生する。本発明では、動作方式の切り替えおよび最適な周波数の設定によって不連続状態が発生するのを防止する。
【００２６】
図４は、本発明の画像表示装置における処理の一例を示すフローチャートである。図に示すように、ステップＳ２０で画像データを取得し、次にステップＳ２２に進み、１フレームの画像データからディスプレイが消費する電流値を算出する。ステップＳ２２で求めた電流値に基づき、図５の設定テーブルを参照して対応する動作周波数を決定する。画像データをフレームバッファに転送し（ステップＳ２６）、昇圧回路を設定し（ステップＳ２８）、画像を表示する（ステップＳ３０）。
【００２７】
図５は、図４のフローチャートの処理で使用する、輝度平均値から算出された消費電流値に対する最適スイッチング周波数を示す電流値―周波数設定テーブルである。ディスプレイのノイズと低消費電力を両立する最も良い条件は、図２の効率グラフから、ディスプレイの消費電流に対して、パルス幅変調方式のスイッチング周波数が、連続状態を維持できるような最低スイッチング周波数で動作することである。図５の設定テーブルでは、消費電流値に対して、連続状態を維持できる最低スイッチング周波数を設定しているため、消費電流が少ない場合はスイッチング周波数が高く、消費電流が多い場合はスイッチング周波数を低くすることで、ノイズの低減と効率の改善による低消費電力化を行っている。この値は回路構成や回路設計により利用者が設定することとなる。また、表には無いが温度変化によって自己損失が変化するために、温度条件を図５に追加してもよい。或いは、図５のデータを計測した装置温度などで補正する計算式を用いてもよい。
【００２８】
図６は、本発明における設定タイミングを示すタイミングチャートである。図に示すように、ＣＰＵが処理する画像から、ディスプレイに表示される画像まで、２フレーム遅延している。周波数及び動作モードの設定は、ディスプレイが発光するまでの期間に設定する必要がある。よって、画像１を例にすると、周波数の設定は、画像０の発光停止と同時に（即ち、オフに連動して）モードを周波数変調方式に設定しかつ周波数を画像１の設定にする。次にディスプレイの電源がオン（点灯）してからモードを変更しては回路追従できないために、垂直同期信号に同期してモードをパルス幅変調方式に設定することで、発光期間中は、画像の電流値に対応した周波数設定でパルス幅変調方式の動作が可能となる。
【００２９】
ここで、発光停止と同時にモードを周波数変調方式に設定し、周波数設定を変更するのは、ディスプレイがオフ区間であるため、電圧変動などがあっても画面上の表示に影響を与えることはない。また、周波数設定はパルス幅変調方式では有効だが、消費電流に対して周波数が変動する周波数変調方式では動作周波数が変更されても影響しない。
【００３０】
本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各部材、各手段、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段やステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明を適用した携帯電子機器の画像表示機能ブロックを示すブロック図である。
【図２】本実施例で用いた有機ＥＬディスプレイの消費電流と効率との関係を示すグラフである。
【図３】DC-DCコンバータが連続状態（ａ）と不連続状態（ｂ）の図である。
【図４】本発明の画像表示装置における処理の一例を示すフローチャートである。
【図５】輝度平均値から算出された消費電流値に対する最適スイッチング周波数を示す電流値―周波数設定テーブルである。
【図６】本発明における設定タイミングを示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００３２】
１１  バッテリ
１２  昇圧回路
１３  有機ＥＬディスプレイ
１４  ＣＰＵ
１５  信号処理部
１６  輝度情報演算手段
１７  消費電流演算手段
１８  ＲＡＭ
１９  フレームバッファ
【図１】
2007226096.tif 000003
【図２】
2007226096.tif 000004
【図３】
2007226096.tif 000005
【図４】
2007226096.tif 000006
【図５】
2007226096.tif 000007
【図６】
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