JP2005091420A - 表示装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】分光スペクトルを波長に対してフラットにすると、発光領域の中で色の再現範囲を確保できなくなるため、正しい色再現性が得られなくなる。
【解決手段】単一母体（同一有機ＥＬ材料）に異なる発光色を示す複数の発光中心を添加した構造を持つ有機ＥＬ素子を画素に含む有機ＥＬ表示装置において、分光放射輝度−電流特性のテーブルをあらかじめメモリ部５２に格納しておき、データ処理部５１およびタイミング処理部の制御の下に、分光放射輝度−電流特性に合わせて、入力される映像データのレベルに応じて有機ＥＬ素子に流す電流値と発光時間の組み合わせを調整することにより、表示装置ごとの輝度ばらつきや色度ばらつきを軽減し、画素に流す電流によって電流−分光放射輝度特性が変わる材料においても、良好な発光スペクトル特性を得るようにする。
【選択図】図６

Description

本発明は、表示装置およびその制御方法に関し、特に発光素子（電気光学素子）を含む画素が配置されてなる表示装置および当該表示装置の制御方法に関する。

表示装置の画素を構成する発光素子として、例えば、有機材料のエレクトロルミネッセンス(以下、有機ＥＬ(electroluminescence)と記す)素子が知られている。有機ＥＬ素子は、有機材料を陽極・陰極の２つの電極で挟み込む構造を持ち、電極間に電圧が印加されることにより、陰極から電子が、陽極から正孔が有機層（発光部）に注入され、当該有機層で電子・正孔が再結合することによって発光するものである。この有機ＥＬ素子は、１０Ｖ以下の駆動電圧で数１００〜数１００００ｃｄ／ｍ²の輝度を得ることができる。したがって、この有機ＥＬ素子を画素の発光素子として用いた有機ＥＬ表示装置は、次世代のフラットパネルディスプレイとして有望視されている。

有機ＥＬ表示装置では、その発光素子となる材料の特性として、電流−輝度特性が線形性に優れ、電流−発光効率特性が一定で、かつ電流−分光放射輝度特性が変化しない特性のものでなければ、入力信号に対する輝度のガンマ（γ）特性がＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の材料ごとに変化したり、あるいは階調ごとにＲ，Ｇ，Ｂ単色ごとの色度が変化したりするという問題が発生する。

特に、同一有機ＥＬ材料（単一母体）にてＲ，Ｇ，Ｂの発光を実現する有機ＥＬ素子、例えば白色有機ＥＬ素子においては、有機ＥＬ材料の開発の難しさから上記の問題が特に顕著に現れる。このため、従来は、白色有機ＥＬ素子における発光部を、主色を発光するホスト材料と、このホスト材料の発光色の補色を発光するドーパント材料と、ホスト材料の発光を吸収してホスト材料の発光中心波長よりも可視領域の長波長側の光を発光する波長変換物質との少なくとも３つの有機蛍光体を含む単一もしくは複数の層からなるものとすることで、波長に対してフラットな分光スペクトルを得るようにしていた（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−２４３５６５号公報

しかしながら、上述したように、分光スペクトルを波長に対してフラットにしてしまうと、発光領域の中で色の再現範囲を確保できなくなるため、特にテレビを用途とした有機ＥＬ表示装置ではホワイトバランスがとりにくくなって、正しい色再現性が得られなくなる。このため、実際には、有機ＥＬ材料を作る際に発光領域の中で色の再現範囲を確保できるように工夫することになるが、それを優先させると、画素に流す電流によって分光放射輝度特性が擬似的に変わる場合が生ずる。画素に流す電流によって分光放射輝度特性が変わると、先述したように、入力信号に対する輝度のγ特性がＲ，Ｇ，Ｂの材料ごとに変化したり、あるいは階調ごとにＲ，Ｇ，Ｂ単色ごとの色度が変化したりする。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、電流−分光放射輝度特性が変わっても、発光領域の中で色の再現範囲を確保し、正しい色再現性を得ることが可能な表示装置およびその制御方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明では、単一母体に異なる発光色を示す複数の発光中心を添加した構造を持つ発光素子を含む画素が配置されてなる表示装置において、前記発光素子の電流−分光放射輝度特性のテーブルを格納しておき、当該電流−分光放射輝度特性に基づいて、入力される映像信号のレベルに応じて前記発光素子の電流値または電圧値と発光時間を制御する。

単一母体に異なる発光色を示す複数の発光中心を添加した構造を持つ発光素子を含む画素が配置されてなる表示装置において、分光放射輝度−電流特性に合わせて、入力される映像信号のレベルに応じて発光に流す電流値または電圧値と発光時間を制御することで、発光素子の材料に関係なく、表示装置ごとの輝度ばらつきや色度ばらつきを軽減できる。

本発明によれば、発光素子の材料に関係なく、表示装置ごとの輝度ばらつきや色度ばらつきを軽減できることにより、画素に流す電流によって電流−分光放射輝度特性が変わる材料においても、良好な発光スペクトル特性を得ることができるため、電流−分光放射輝度特性が変わったとしても、駆動系でその調整を行うことができるとともに、パネル化によって起こるパネルごとの特性差を駆動系で調整することができる。また、材料の発光効率特性を活かすことができるので、パネルの省電力化を図ることもできる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る表示装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態に係る表示装置は、表示パネル１１、垂直駆動回路１２およびパネル駆動回路１３を有するアクティブマトリクス型表示装置の構成となっている。これら構成要素の各々について、以下に具体的に説明する。

先ず、表示パネル１１は、図２に示すように、水平方向（横方向）の画素数ｎ分だけデータ線２１−１〜２１−ｎが垂直方向（縦方向）に配線されるとともに、垂直方向の画素数ｍ分だけ走査線２２−１〜２２−ｍが配線され、データ線２１−１〜２１−ｎの各々と走査線２２−１〜２２−ｍの各々との各交差部分に発光素子を含む画素２３が所定の色配列でアレイ状に多数配置されて画素アレイ部を構成している。なお、走査線２２−１〜２２−ｍと並行に、消灯線２４−１〜２４−ｍも配線されている。この表示パネル１１の各画素２３には、パネル駆動回路１３からデータ線２１−１〜２１−ｎを通して輝度情報が例えば電流で書き込まれる。

図３は、本実施形態に係る表示装置が画素２３の発光素子として例えば有機ＥＬ素子を用いてなる有機ＥＬ表示装置における画素２３の具体的な回路構成の一例を示す回路図である。本例では、画素２３の能動素子として電界効果トランジスタ、例えばポリシリコンＴＦＴ(Thin Film Transistor;薄膜トランジスタ)を用いるものとする。なお、ここでは、画素２３の回路構成の一例を示しているに過ぎず、画素２３の回路構成としては、以下に説明する回路構成のものに限られるものではなく、ＴＦＴの導電型などを含めて種々の改変が可能である。

図３に示すように、本例に係る画素回路は、カソードが第１の電源（例えば、グランドＧＮＤ）に接続された有機ＥＬ素子３１と、ドレインが有機ＥＬ素子２１のアノードに、ソースが第２の電源（例えば、正電源ＶＣＣ）にそれぞれ接続されたＰチャンネルＴＦＴ３２と、このＴＦＴ３２のゲートと第２の電源との間に接続されたキャパシタ３３と、ソースがデータ線２１（２１−１〜２１−ｍ）に、ゲートが走査線２２（２２−１〜２２−ｎ）にそれぞれ接続されたＮチャンネルＴＦＴ３４と、ドレインおよびゲートがＴＦＴ３４のドレインに、ソースが第２の電源にそれぞれ接続されたＰチャンネルＴＦＴ３５と、ソースがＴＦＴ３５のドレインおよびドレインに、ドレインがＴＦＴ３２のゲートに、ゲートが消灯線２４（２４−１〜２４−ｎ）にそれぞれ接続されたＮチャンネルＴＦＴ３６とを有する構成となっている。

上記構成の画素回路において、ＴＦＴ３４およびＴＦＴ３６はアナログスイッチとしての機能を持つ。ＴＦＴ３５は、書き込む輝度情報に応じた電流を電圧に変換する機能を持つ。キャパシタ３３は、ＴＦＴ３５で電流から電圧に変換された輝度情報を保持する機能を持つ。ＴＦＴ３２は、キャパシタ３３に保持された輝度情報を電圧から再び電流に変換し、この変換した電流を有機ＥＬ素子３１に流す機能を持つ。また、ＴＦＴ３５とＴＦＴ３２とはカレントミラー回路を形成している。なお、有機ＥＬ素子３１は、単一母体（同一有機ＥＬ材料）に異なる発光色（例えば、Ｒ，Ｇ，Ｂ）を示す複数の発光中心を添加した構造を持つ例えば白色有機ＥＬ素子である。

再び図１および図２において、垂直駆動回路１２は例えば書き込み用と消灯用の２系統のシフトレジスタを有する構成となっている。書き込み用のシフトレジスタは、図４のタイミングチャートに示すように、垂直スタートパルスＶＳ（Ａ）が与えられることで、垂直クロックパルスＶＣ（Ｂ）に同期して走査パルスＷＳ(Write Scan)−１〜ＷＳ−ｎを順次出力して走査線２２−１〜２２−ｎを駆動する。同様に、消灯用のシフトレジスタは、垂直スタートパルスＶＳ（Ａ）が与えられることで、垂直クロックパルスＶＣ（Ｂ）に同期して消灯パルスＥＳ(Erase Scan)−１〜ＥＳ−ｎを順次出力して消灯線２４−１〜２４−ｎを駆動する。

ここで、消灯パルスＥＳ−１〜ＥＳ−ｎは、走査パルスＷＳ−１〜ＷＳ−ｎによって行単位で画素２３に輝度情報Ｖｄａｔａが書き込まれてから次に新たな輝度情報Ｖｄａｔａが書き込まれる一走査サイクルの間に有機ＥＬ素子２１を点灯状態から消灯状態にするためのものである。すなわち、図４のタイミングチャートから明らかなように、消灯パルスＥＳ−１〜ＥＳ−ｎの発生タイミングをコントロールすることにより、画素２３の発光時間（点灯時間）をコントロールすることができる。

次に、パネル駆動回路１３の構成について説明する。パネル駆動回路１３は、必要なデータ処理を行うデータ処理部と、入力信号から表示パネル１１の駆動に必要な駆動信号を生成するタイミング処理部（タイミングジェネレータ系）の機能を持っている。図５に、パネル駆動回路１３の具体的な構成の一例を示す。

図５から明らかなように、本例に係るパネル駆動回路１３は、データ処理部５１、メモリ部５２およびタイミング処理部５３を有する構成となっている。データ処理部５１は、出力電流（あるいは、出力電圧）の変換を行うＲ，Ｇ，Ｂの各データ変換回路５１１ｒ，５１１ｇ，５１１ｂと、フレーム内画素輝度平均値計算回路５１２と、経時変化モニタ回路５１３とを有している。メモリ部５２にはあらかじめ、有機ＥＬ材料に対応して、表示パネル１１ごとに最適な分光放射輝度−電流特性のテーブルが格納されている。タイミング処理部５３は、Ｒ，Ｇ，Ｂごとにデューティ波形やパネル駆動波形を出力するデューティ比制御回路５３１ｒ，５３１ｇ，５３１ｂを有している。

このパネル駆動回路１３において、データ変換回路５１１ｒ，５１１ｇ，５１１ｂは、入力されたＲ，Ｇ，Ｂの各映像データのレベルに対応した特性データを、メモリ部５２に格納されている分光放射輝度−電流特性のテーブルから取り出し、当該特性データを入力されたＲ，Ｇ，Ｂの各映像データに対して付加して出力する。具体的には、入力されたＲ，Ｇ，Ｂの各映像データのレベルを検出し、この検出したレベルに対応する特性データを分光放射輝度−電流特性のテーブルから取り出して、入力されたＲ，Ｇ，Ｂの各映像データに付加する。これにより、分光放射輝度−電流特性に基づいて、入力された映像データのレベルに対応した出力電流（あるいは、出力電圧）が決まる。

フレーム内画素輝度平均値計算回路５１２は、１フレームごとに当該フレーム内における全画素の輝度の平均値を計算して求める。このフレーム内画素輝度平均値計算回路５１２で求められた平均値は、メモリ部５２に順次更新する形で蓄積される。経時変化モニタ回路５１３は、メモリ部５２に蓄積されているフレーム内画素輝度平均値を常時監視し、初期値との間に差が生じた場合、即ち経時変化によって（時間の経過に伴って）フレーム内画素輝度平均値が変わった場合には、メモリ部５２に格納されている分光放射輝度−電流特性のテーブルを最新のフレーム内画素輝度平均値に対応したテーブルに変更する。

デューティ比制御回路５３１ｒ，５３１ｇ，５３１ｂは、入力された映像データ中に含まれる同期信号を基準にして、入力されたＲ，Ｇ，Ｂの各映像データのレベルに応じて、必要な有機ＥＬ素子の発光時間、換言すれば発光時間と消灯時間との比、即ちデューティ比を設定するためのタイミング制御を行う。具体的には、各単色に対して消灯パルスＥＳ（図４を参照）の発生タイミングをコントロールする。

ここで、分光放射輝度を画素２３に流す電流密度で割った特性について考える。その特性の模式図を図６に示す。Ｒ，Ｇ，Ｂの発光波長に注目すると、電流値を１０倍に設定するとＢ（波長が約４６０ｎｍ前後）の場合発光強度が２倍になる。Ｒ（波長が約６１０ｎｍ前後）の場合は、電流値を１／１０に設定すると発光強度が２倍になる。Ｇ（波長が約５００〜５５０ｎｍ前後）はほとんど変わらない。このような状況下において、Ｒ，Ｇ，Ｂの分光放射輝度の強度特性を全て同じにしようとする場合には、画素に流す電流値の比をＲ：Ｇ：Ｂ＝１：１：１０に設定する。また、発光時間をＲ：Ｇ：Ｂ＝１０：１５：１に設定する。

上述したように、単一母体（同一有機ＥＬ材料）に異なる発光色を示す複数の発光中心を添加した構造を持つ発光素子、例えば白色有機ＥＬ素子を画素２３に含む有機ＥＬ表示装置において、分光放射輝度−電流特性のテーブルをあらかじめ格納しておき、当該分光放射輝度−電流特性に合わせて、入力される映像データのレベルに応じて有機ＥＬ素子に流す電流値と有機ＥＬ素子の発光時間（デューティ比）の組み合わせを調整することで、表示装置ごとの輝度ばらつきや色度ばらつきを軽減できるため、画素２３に流す電流によって電流−分光放射輝度特性が変わる材料においても、良好な発光スペクトル特性を得ることができる。

したがって、材料開発が進み、電流−分光放射輝度特性が変わったとしても、駆動系でその調整を行うことができるとともに、パネル化によって起こるパネルごとの特性差を駆動系で調整することができる。また、材料の発光効率特性を活かすことができるので、パネルの省電力化を図ることもできる。さらに、現在のタイミングジェネレータＩＣにその機能を簡単に追加することが可能なので、大規模なシステムを構築しなくても、材料が必要とする最適な発光スペクトル特性を得ることができる。

また、１フレームごとに当該フレーム内における全画素の輝度の平均値を計算して求めて当該平均値を順次更新する形で蓄積しておく一方、この蓄積したフレーム内画素輝度平均値を常時監視し、経時変化によってフレーム内画素輝度平均値が変わった場合には、メモリ部５２に格納している分光放射輝度−電流特性のテーブルを最新のフレーム内画素輝度平均値に対応したテーブルに変更することで、経時変化によって有機ＥＬ素子２１の特性が変化したとしても、その経時変化を加味した上で、良好な発光スペクトル特性を得ることができる。

なお、上記実施形態においては、Ｒ，Ｇ，Ｂの全ての色について、有機ＥＬ素子に流す電流値（あるいは、電圧値）と発光時間を制御する場合を例に挙げて説明したが、これに限られるものではなく、有機ＥＬ材料に合わせて少なくとも一色の有機ＥＬ素子に流す電流値（あるいは、電圧値）と発光時間を制御する構成を採ることも可能である。

本発明に係る有機ＥＬ表示装置は、電流−分光放射輝度特性が変わっても、駆動系でその調整を行うことができるため、有機ＥＬ材料を作る際に発光領域の中で色の再現範囲を確保できるようにすることができる。したがって、正しい色再現性を得ることができるため、例えば色再現性が重要視されるテレビなどを用途とした表示装置として用いることができる。

本発明の一実施形態に係る表示装置の構成例を示すブロック図である。 表示パネル（画素アレイ部）の構成例を示すブロック図である。 有機ＥＬ表示装置における画素の具体的な構成の一例を示す回路図である。 画素回路の駆動パルスのタイミング関係を示すタイミングチャートである。 パネル駆動回路の具体的な構成の一例を示す機能ブロック図である。 分光放射輝度を画素に流す電流密度で割った特性の模式図である。

符号の説明

１１…表示パネル（画素アレイ部）、１２…垂直駆動回路、１３…パネル駆動回路、２１（２１−１〜２１−ｎ）…データ線、２２（２２−１〜２２−ｍ）…走査線、２３…画素、２４（２４−１〜２４−ｍ）…消灯線、３１…有機ＥＬ素子、５１…データ処理部、５２…メモリ部、５３…タイミング処理部

Claims (8)

1. 単一母体に異なる発光色を示す複数の発光中心を添加した構造を持つ発光素子を含む画素が配置されてなる表示部と、
   前記発光素子の電流−分光放射輝度特性のテーブルを格納する格納手段と、
   前記電流−分光放射輝度特性に基づいて、入力される映像信号のレベルに応じて前記発光素子の電流値または電圧値と発光時間を制御する制御手段と
   を備えたことを特徴とする表示装置。
2. 前記発光素子は、赤、緑、青の色で発光するとともに、所定の色配列にて画素単位でアレイ状に配置されており、
   前記制御手段は、赤、緑、青の少なくとも一色を発光する発光素子の電流値または電圧値と発光時間を制御する
   ことを特徴とする請求項１記載の表示装置。
3. 前記制御手段は、１フレーム内の全画素の輝度平均値が時間の経過に伴って変化した際に、前記電流−分光放射輝度特性のテーブルを前記輝度平均値の最新の値に対応したテーブルに変更する
   ことを特徴とする請求項１記載の表示装置。
4. 前記発光素子が有機ＥＬ素子である
   ことを特徴とする請求項１記載の表示装置。
5. 単一母体に異なる発光色を示す複数の発光中心を添加した構造を持つ発光素子を含む画素が配置されてなる表示装置の制御方法であって、
   前記発光素子の電流−分光放射輝度特性のテーブルを格納する第１のステップと、
   前記電流−分光放射輝度特性に基づいて、入力される映像信号のレベルに応じて前記発光素子の電流値または電圧値と発光時間を制御する第２のステップと
   を含むことを特徴とする表示装置の制御方法。
6. 前記発光素子は、赤、緑、青の色で発光するとともに、所定の色配列にて画素単位でアレイ状に配置されており、
   前記第２のステップでは、赤、緑、青の少なくとも一色を発光する発光素子の電流値または電圧値と発光時間を制御する
   ことを特徴とする請求項５記載の表示装置の制御方法。
7. 前記第２のステップでは、１フレーム内の全画素の輝度平均値が時間の経過に伴って変化した際に、前記電流−分光放射輝度特性のテーブルを前記輝度平均値の最新の値に対応したテーブルに変更する
   ことを特徴とする請求項５記載の表示装置の制御方法。
8. 前記発光素子が有機ＥＬ素子である
   ことを特徴とする請求項５記載の表示装置の制御方法。
   

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