JP2006038967A - Display device and driving method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、有機ELなどの発光素子の集合で構成される画面を備えたフラット型の表示装置に関する。より詳しくは、発光素子の経時的な劣化を回路的に抑制して、発光寿命の改善を図る技術に関する。 The present invention relates to a flat display device having a screen configured by a set of light emitting elements such as organic EL. More specifically, the present invention relates to a technique for improving a light emission lifetime by suppressing a temporal deterioration of a light emitting element in a circuit.
発光素子を画素にしたフラットパネル型の表示装置として、例えば有機ELディスプレイが盛んに開発されている。有機ELディスプレイは、広視野角特性、高応答速度、広い色再現性、高コントラストと言う高い画質を実現可能である。又、有機ELディスプレイはパネル形態が薄いという利点を有する。これらの特徴から有機ELディスプレイは、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイの次の世代のフラットパネルディスプレイとして最有力視されている。 For example, organic EL displays have been actively developed as flat panel display devices using light emitting elements as pixels. The organic EL display can realize high image quality such as wide viewing angle characteristics, high response speed, wide color reproducibility, and high contrast. Further, the organic EL display has an advantage that the panel form is thin. From these characteristics, the organic EL display is regarded as the most promising flat panel display of the next generation of liquid crystal displays and plasma displays.
有機ELディスプレイの画素に使われる発光素子は、その累積発光量に応じて劣化する特性があることは一般的に知られている。換言すると、発光時間に比例して輝度が低下していく傾向にある。この発光素子の寿命の改善が現在有機ELディスプレイの大きな開発課題となっている。 It is generally known that a light emitting element used for a pixel of an organic EL display has a characteristic of deteriorating according to its accumulated light emission amount. In other words, the luminance tends to decrease in proportion to the light emission time. Improvement of the lifetime of this light emitting element is now a major development issue for organic EL displays.
この様な状況の中で、有機ELディスプレイを例えばテレビジョンセットのモニタとして使用する場合には、発光素子の発光寿命特性を更に改善する必要がある。しかしながら、有機EL発光素子を構成する有機EL材料の開発には多大な時間と費用が掛かり、まだ劇的な改善に至ってはいない。このことから、有機ELディスプレイを早期に実用化する為、発光素子の寿命改善を材料開発のみに依存するのではなく、発光素子の駆動方法を改善することにより、実用レベルまで発光寿命を速やかに改善することが望まれている。 In such a situation, when the organic EL display is used as a monitor of a television set, for example, it is necessary to further improve the light emission life characteristics of the light emitting element. However, development of the organic EL material that constitutes the organic EL light emitting element takes a lot of time and cost, and has not yet improved dramatically. From this, in order to put organic EL displays into practical use at an early stage, rather than relying solely on material development to improve the lifetime of light-emitting elements, the light-emitting elements can be improved to a practical level by improving the driving method of the light-emitting elements. Improvement is desired.
有機ELディスプレイの寿命の回路的な改善技術が、例えば以下の特許文献1〜8に記載されている。
有機ELディスプレイはブラウン管ディスプレイと同様に、画面輝度やコントラストをユーザーがコントロールすることができる。具体的には、デューティ比を可変調整することで画面輝度をコントロールできる様にしている。デューティ比は、1フレーム期間に占める発光素子の発光時間の比率を規定する量である。特許文献6及び7は、このデューティ制御を利用して発光素子の長寿命化を図っている。デューティ比を制御することで、1フレームの画像が明るい時は発光素子の発光時間を短くすることで寿命を延ばし、1フレームの画像が暗い時は発光素子の発光時間を長くすることで高コントラストを図っている。この従来方法は、デューティ比の制御のみを行なって、発光素子の発光時間をコントロールすることで発光材料の寿命を延ばすことしかできず、実用的なレベルまで発光素子の寿命を改善することはできなかった。 The organic EL display can control the screen brightness and contrast in the same manner as the cathode ray tube display. Specifically, the screen brightness can be controlled by variably adjusting the duty ratio. The duty ratio is an amount that defines the ratio of the light emission time of the light emitting element to one frame period. Patent Documents 6 and 7 use this duty control to extend the life of the light emitting element. By controlling the duty ratio, when the image of one frame is bright, the lifetime is shortened by shortening the light emission time of the light emitting element, and when the image of one frame is dark, the light emission time of the light emitting element is lengthened to increase the contrast. I am trying. This conventional method can only extend the life of the light emitting material by controlling the light emission time of the light emitting element only by controlling the duty ratio, and can improve the life of the light emitting element to a practical level. There wasn't.
特許文献1は、発光素子の駆動電圧の変化量を検知し、その変化量に応じて定電流駆動信号を制御している。特許文献2は、EL素子が発光しない間、素子が劣化しない様に逆バイアスを掛けている。特許文献8は、映像信号の書込、発光、消去などEL素子の駆動と同期して、EL素子に逆方向バイアスを印加することで長寿命化を図っている。特許文献3は、画素の保持容量を積極的に放電可能な画素回路を使用して、不要な発光時間を削減し発光素子の劣化を防止するものである。特許文献4は、画像の表示位置をフレーム毎僅かずつずらすことにより、同一箇所を長時間点灯しない様にして、寿命劣化の一種である焼きつき現象を防止している。特許文献5はディスプレイに画像が表示されている時間を計測し、この計測情報を元に劣化計算を行ない、発光素子の輝度を落としてその劣化速度を減速させる様にしている。
しかしながら、上述した特許文献1〜8に記載の寿命改善技術は、未だ実用レベルに達しておらず、更なる改善が必要である。この様な従来技術の課題に鑑み、本発明は発光素子を画素とするフラットタイプの表示装置の寿命を回路技術的な手段で改善することを目的とする。係る目的を達成する為に以下の手段を講じた。即ち本発明は、画素アレイと情報検出部と寿命制御部とデューティ比伝達部と信号出力部とを有する表示装置であって、前記画素アレイは、発光素子からなる画素の集合で画面を構成し、画像信号のレベルに応じた輝度で発光して1フレームごとに画像を画面に表示するとともに、デューティ比で規定された発光時間だけ各フレーム内で画面の発光を持続し、前記情報検出部は、外部より入力された画像信号からフレーム単位で画像が動画か静止画かを示す情報を検出し、前記寿命制御部は、該検出された情報に基づいて、発光素子の寿命を延ばす様に、該画像信号の最大信号許容レベル及び該デューティ比を同時に調整し、前記信号出力部は、該調整された最大信号許容レベル内で該画像信号を該画素アレイに出力して画面を表示駆動し、前記デューティ比伝達部は、該調節されたデューティ比を該画素アレイに伝達しこれによって規定された発光時間だけ該画面を発光動作させることを特徴とする。
However, the lifetime improvement techniques described in
具体的には、前記寿命制御部は、検出した該情報が動画を示す場合フレーム当りの発光時間を規定する該デューティ比を小さくする一方該最大信号許容レベルを上げ、検出した該情報が静止画を示す場合フレーム当りの発光時間を規定する該デューティ比を大きくする一方該最大信号許容レベルを下げる、更に前記情報検出部は、入力された画像信号から更に画像の平均輝度を示す情報を検出し、前記寿命制御部は、該平均輝度が高くなる程フレーム当りの発光時間を規定するデューティ比を小さく調整すると同時に、該画像信号の最大信号許容レベルを下げる。 Specifically, when the detected information indicates a moving image, the lifetime control unit decreases the duty ratio that defines the light emission time per frame while increasing the maximum signal allowable level, and the detected information is a still image. The duty ratio that defines the light emission time per frame is increased while the maximum signal allowable level is decreased, and the information detection unit further detects information indicating the average luminance of the image from the input image signal. The life control unit adjusts the duty ratio that defines the light emission time per frame to be smaller as the average luminance is higher, and at the same time lowers the maximum signal allowable level of the image signal.
本発明は又表示装置の駆動方法を包含している。即ち、発光素子からなる画素の集合で画面を構成し、画像信号のレベルに応じた輝度で発光して1フレームごとに画像を画面に表示するとともに、デューティ比で規定された発光時間だけ各フレーム内で画面の発光を持続する表示装置の駆動方法であって、外部より入力された画像信号からフレーム単位で画像が動画か静止画かを示す情報を検出する情報検出過程と、該検出された情報に基づいて、発光素子の寿命を延ばす様に、該画像信号の最大信号許容レベル及び該デューティ比を同時に調整する寿命制御過程と、該調整された最大信号許容レベル内で該画像信号を該画素アレイに出力して画面を表示駆動する信号出力過程と、該調節されたデューティ比を該画素アレイに伝達しこれによって規定された発光時間だけ該画面を発光動作させるデューティ比伝達過程とを含むことを特徴とする。 The present invention also includes a method for driving a display device. That is, a screen is composed of a set of pixels composed of light emitting elements, light is emitted with luminance according to the level of the image signal, and an image is displayed on the screen for each frame, and each frame is displayed for the light emission time specified by the duty ratio. A method for driving a display device that continues to emit light within a screen, and an information detection process for detecting information indicating whether an image is a moving image or a still image in frame units from an image signal input from the outside, and the detected Based on the information, a life control process of simultaneously adjusting the maximum signal allowable level and the duty ratio of the image signal so as to extend the life of the light emitting element, and the image signal within the adjusted maximum signal allowable level A signal output process for outputting and driving the screen to the pixel array, and transmitting the adjusted duty ratio to the pixel array, thereby causing the screen to emit light for a specified light emission time. That it is characterized in that it comprises a duty ratio transduction process.
以上説明した様に、本発明によれば、比較的小規模な回路の改善で、発光素子の寿命を実用レベルまで延ばすことができる。具体的には、入力された画像信号から抽出された情報に基づき、フレーム当りの発光時間を規定するデューティ比だけでなく、画像信号の最大信号許容レベル(ダイナミックレンジ)を相乗的に調整することで、発光素子の寿命を劇的に改善している。特に、デューティ比と最大信号許容レベルを同時に制御することで、動画応答性を維持したまま信頼性の改善が可能である。本発明では、入力した画像信号から動画か静止画かを判定することで、より効果的且つ最適なデューティ比及び最大信号許容レベルの制御が可能である。例えば静止画の場合、デューティ比を100%近くまで上げる一方、その分最大信号許容レベルを下げることで発光素子の信頼性を大幅に上げることができる。フレーム当りの発光量は発光時間と発光強度で決まる。発光時間はデューティ比によって規定されている。発光強度は最大信号許容レベルに対応している。この場合、発光時間を長くして発光強度を低く抑えた方が、発光時間を短くして発光強度を高くするよりも寿命が短くなることが、有機EL材料の一般的な傾向である。この傾向に合わせ、静止画を表示している時にはデューティ比を高くし、その分最大信号許容レベルを抑えることで、発光寿命を延ばすことができる。但し、動画を表示する時にはデューティ比を高くすると、動画応答性が悪くなるので、デューティ比を比較的低く抑えて発光時間を短くする一方、最大信号許容レベルを大きくして短時間で大きな発光量が得られる様にしている。 As described above, according to the present invention, it is possible to extend the lifetime of the light emitting element to a practical level by improving a relatively small circuit. Specifically, based on the information extracted from the input image signal, synergistically adjust the maximum signal allowable level (dynamic range) of the image signal as well as the duty ratio that defines the light emission time per frame. Thus, the lifetime of the light emitting element is dramatically improved. In particular, by simultaneously controlling the duty ratio and the maximum signal allowable level, it is possible to improve the reliability while maintaining the moving image response. In the present invention, it is possible to control the duty ratio and the maximum signal allowable level more effectively and optimally by determining whether the input image signal is a moving image or a still image. For example, in the case of a still image, the reliability of the light-emitting element can be greatly increased by increasing the duty ratio to nearly 100% while decreasing the maximum signal allowable level accordingly. The amount of light emission per frame is determined by the light emission time and the light emission intensity. The light emission time is defined by the duty ratio. The emission intensity corresponds to the maximum signal allowable level. In this case, it is a general tendency of the organic EL material that the lifetime is shortened when the light emission time is lengthened and the light emission intensity is kept lower than when the light emission time is shortened and the light emission strength is increased. In accordance with this tendency, when a still image is displayed, the light emission life can be extended by increasing the duty ratio and suppressing the maximum allowable signal level accordingly. However, if the duty ratio is increased when displaying a moving image, the response to the moving image becomes worse. Therefore, the duty ratio is kept relatively low to shorten the light emission time, while the maximum signal allowable level is increased to increase the amount of light emission in a short time. Is obtained.
具体的な手法では、動画及び静止画の判定を前後のフレームにて画素毎に二値判定し、これを全画素加算して情報を得ている。この情報を利用することで、回路規模をかなり抑えながら、より効果的な動画/静止画判定を行なうことができる。特に上述したデューティ比及び最大信号許容レベルの同時且つ相乗的な制御はテレビジョンセットのモニタなどの場合に劇的に寿命を改善することができる。この様な長寿命化機能を基板上に実装する際、タイミングジェネレータなどICの一部分に長寿命化機能を追加することで、特別な周辺システム回路を要することなく且つ既存のディスプレイシステムの機構に影響を与えることなく、発光素子の長寿命化を達成することが可能である。 In a specific method, the determination of a moving image and a still image is binary-determined for each pixel in the previous and subsequent frames, and all pixels are added to obtain information. By using this information, more effective moving image / still image determination can be performed while considerably reducing the circuit scale. In particular, the simultaneous and synergistic control of the duty ratio and maximum signal tolerance level described above can dramatically improve the lifetime in the case of television set monitors and the like. When mounting such a long-life function on a board, adding a long-life function to a part of the IC, such as a timing generator, does not require a special peripheral system circuit and affects the mechanism of an existing display system. It is possible to achieve a long lifetime of the light emitting element without imparting.
以下図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図1は本発明に係る表示装置の全体構成を示す機能ブロック図である。図示する様に、本表示装置は画素アレイ12と情報検出部16Aと寿命制御部16Bとデューティ比伝達部13Dと信号出力部14Aとで構成されている。画素アレイ12は、有機ELなど発光素子からなる画素の集合で発光画面を構成し、画像信号のレベルに応じた輝度で発光して1フレーム毎に画像を表示するとともに、デューティ比で規定された発光時間だけ各フレーム内で画面の発光を持続する。換言すると、画素アレイ12はデューティ比で画面のブライトネスを制御する様になっている。デューティ比が大きい程発光時間が長くなるので、画面全体の明度(ブライトネス)が高くなる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a functional block diagram showing the overall configuration of a display device according to the present invention. As shown in the figure, the display device includes a
情報検出部16Aは、外部より入力されたビデオ信号などの画像信号からフレーム単位で画像に関する情報を検出する。寿命制御部16Bは、情報検出部16Aによって検出された情報に基づいて、画素アレイ12の発光素子の寿命を延ばす様に、画像信号の最大信号許容レベル及びデューティ比を同時に調整する。ここで画像信号の最大信号許容レベルは高くなる程画面コントラストが高くなる。例えば、最小信号レベルが黒表示に対応し、最大信号許容レベルが白表示に対応すると、最大信号許容レベルが高くなる程黒表示と白表示の差が大きくなるので、コントラストが良くなる。
The
信号処理部14Aは、寿命制御部16Bで調整された最大信号許容レベル内で階調化された画像信号を画素アレイ12に出力して画面を表示駆動する。一方デューティ比伝達部13Dは、同じく寿命制御部16Bで調整されたデューティ比を画素アレイ12に伝達し、これによって規定された発光時間だけ画面を発光動作させる。この様に、入力画像信号から得られた情報を元に、デューティ比(ブライトネス)及び最大信号許容レベル(コントラスト)を同時且つ適応的に自動調整することで、画素アレイ12で構成される発光画面の長寿命化を図っている。
The
具体的には、情報検出部16Aは、入力された画像信号から画像の平均輝度(1フレームを構成する画面の平均階調)に関する情報を検出する。これに応じて寿命制御部16Bは、検出された平均輝度が高くなる程フレーム当りの発光時間を規定するデューティ比を小さく調整すると同時に、画像信号の最大信号許容レベルを下げる様にしている。長寿命化のためには画面の平均輝度が高くなる程、各発光素子の発光量を低くする必要がある。発光量を下げる手段として、デューティ比を下げて発光時間を短くする手段と、画像信号の最大信号許容レベルを下げて発光強度を小さくする手段がある。従来は画面の平均輝度(平均階調)に応じてデューティ比のみを制御していたが、本発明ではデューティ比と最大信号許容レベルを同時に制御することで一層の長寿命化を図っている。一般に有機ELなどの発光素子は、累積発光量が大きくなる程劣化が進む。この場合、発光時間よりも発光強度の方が寿命の劣化に対する影響が大きい。従って、発光時間に加え発光強度も低く抑えることで、発光素子の長寿命化を図ることができる。
Specifically, the
情報検出部16Aは、前述した平均階調情報に加え、本発明の特徴事項として画像信号から画像が動画か静止画かを示す情報も検出する。寿命制御部16Bは、検出した情報が動画を示す場合、フレーム当りの発光時間を規定するデューティ比を小さくする一方最大信号許容レベルを上げ、検出した情報が静止画を示す場合逆にフレーム当りの発光時間を規定するデューティ比を大きくする一方最大信号許容レベルを下げる。動画の場合は、なるべくデューティ比を小さくして発光時間を短くした方がパルス発光に近くなり、CRTと同じ様に動画表示特性が良くなる。この場合、発光量を補う為、最大信号許容レベルを上げる。逆に静止画の場合特に発光時間を長くしても表示特性に影響はない。従ってデューティ比を比較的大きく取る一方最大信号許容レベルを下げることで、発光素子の長寿命化を図っている。前述した様に、発光時間よりも発光強度を下げた方が寿命に有効であり、この観点から静止画像の場合、デューティ比よりも最大信号許容レベルを優先的に下げて適応制御を行なっている。
In addition to the above-described average gradation information, the
図2は、図1に示した情報検出部の具体的な構成を示すブロック図である。図示する様に、情報検出部16Aは、第1フレームメモリ161、第2フレームメモリ162、平均輝度算出部163及び静止画判定部164を備えている。第1フレームメモリ161は現在のフレームの画像信号を全画素分格納する。画素データは多階調である。第2フレームメモリ162は前のフレームの入力画像信号を全画素分格納してある。平均輝度算出部163は、第1フレームメモリ161に格納された全画素分の多階調データを平均して、当該フレームの画面の平均輝度を算出する。算出された平均輝度は制御用の情報として寿命制御部に出力される。静止画判定部164は第1フレームメモリ161に格納された画素データと第2フレームメモリ162に格納された画素データを比較し、両者で変化の有無を検出することで、静止画/動画を判定している。現在のフレームと前のフレームとの間で画素データに変化がなければ、静止画と判定され、変化が大きければ動画と判定される。この判定結果も制御情報として寿命制御部に出力される。
FIG. 2 is a block diagram showing a specific configuration of the information detection unit shown in FIG. As illustrated, the
図3は、図2に示した情報検出部16Aの静止画判定動作を模式的に示したブロック図である。(1)は現在のフレームデータを表わしており、各画素11毎に階調データが格納されている。(2)は前のフレームデータを表わしており、同じく各画素11毎に階調データが格納されている。(3)は静止画判定後における各画素の二値データを表わしている。現在のフレームデータと前のフレームデータとで対応する画素の階調データに変化がない場合、静止画判定後の各画素の二値データは1となる。逆に現在のフレームデータと前のフレームデータとの間で対応する画素間に階調変化があった場合、静止画判定後の二値データは0となる。各画素の二値データを合算したデータが静止画/動画判定情報として使われる。合算値が高くなる程静止画としての度合いが強くなることを表わしている。
FIG. 3 is a block diagram schematically showing the still image determination operation of the
図4は、図1に示した寿命制御部16Bの機能を示す模式図である。図示する様に、寿命制御部16Bは、前述した情報検出部16Aから制御情報として、静止画判定データと平均輝度データを受け入れる。これらの制御情報に基づき、発光素子の長寿命化を主たる目的として、デューティ比算出処理及び最大信号許容レベル算出処理を行なう。寿命制御部16Bはその処理結果をデューティ信号として後段のデューティ比伝達部13Dに出力するとともに、最大レベル制御信号を同じく後段の信号出力部14Aに供給する。
FIG. 4 is a schematic diagram showing functions of the
以下、図5〜図9を参照して、寿命制御部16Bで行なわれる算出処理を詳細に説明する。図5は、寿命制御処理の基本的な原理を示すグラフである。このグラフは発光素子の寿命を縦軸に取り発光量を横軸に取ってある。又3段階でデューティ比をパラメータに取ってある。ここでデューティ比75%は、1フレームの内75%の時間発光し、残りの時間は非発光状態にあることを意味している。逆にデューティ比25%は、1フレーム期間の内25%分の時間発光し、残りの75%は非発光状態にあることを表わしている。グラフから明らかな様に、いずれのデューティ比であっても、発光素子は発光量に応じて寿命が短くなることが明らかである。ここである発光量L1に着目すると、デューティ比の高い方が寿命が長いことが分かる。デューティ比を長くすると発光時間が長くなるので、その分発光強度を下げることができる。逆にデューティ比を小さくすると発光時間が短くなるので、その分所定の発光量L1を得る為に発光強度を高めなければならない。同様に高い発光量L2でも、デューティ比が高い方が寿命が長くなっている。この様に、本発明における発光素子の長寿命化の原理は、発光素子に流す電流を小さくして発光強度を抑える一方1フレームに発光する時間を長くする場合と、発光素子に流す電流を大きくして発光強度を高くする一方1フレームに発光する時間を短くする場合とを比較すると、発光素子に瞬時に流れる電流量が小さい方が素子劣化の進行を抑えることができるということである。この原理に着目して、本発明はデューティ比と最大信号許容レベルの適応的な制御を行なっている。
Hereinafter, the calculation process performed by the
図6は情報検出部から送られる画面平均輝度(平均階調)と寿命制御部が調整するデューティ比との関係を示すグラフである。比較の為、本発明のデューティ特性ラインと従来のデューティ特性ラインを示してある。いずれの場合も画面平均輝度が高くなる程デューティ比を下方調整して発光量を抑え、発光素子の長寿命化を図っている。全体的に画面が明るい場合にはデューティ比を下げてブライトネスを落としても、画質にさほどの影響は出ない。画面が明るい時はブライトネスを落として発光量を抑え、長寿命化を図っている。しかしグラフから明らかな様に、本発明は従来に比べデューティ比の下方調整の傾斜は緩くなっている。尚本実施例ではデューティ特性ラインは直線であるが、必ずしもこれに限られるものではなく、デバイスの特性に合わせて最適なデューティ特性ラインを決めればよい。 FIG. 6 is a graph showing the relationship between the average screen brightness (average gradation) sent from the information detection unit and the duty ratio adjusted by the life control unit. For comparison, the duty characteristic line of the present invention and the conventional duty characteristic line are shown. In any case, as the screen average brightness increases, the duty ratio is adjusted downward to suppress the light emission amount, thereby extending the life of the light emitting element. If the screen is bright overall, reducing the duty ratio and reducing the brightness will not significantly affect the image quality. When the screen is bright, the brightness is reduced to reduce the amount of light emitted, thereby extending the life. However, as is apparent from the graph, the inclination of the downward adjustment of the duty ratio is gentler in the present invention than in the prior art. In this embodiment, the duty characteristic line is a straight line. However, the duty characteristic line is not necessarily limited to this, and an optimum duty characteristic line may be determined in accordance with the characteristics of the device.
図7は、情報検出部から送られる画面平均輝度(平均階調)と寿命制御部が調節する最大出力レベル(最大信号許容レベル)との関係を示すグラフである。比較の為、本発明の最大出力レベル特性ラインに加え従来の最大出力レベル特性ラインを示してある。グラフから明らかな様に、従来は最大出力レベルを固定していた。換言すると、従来は画面の明るさに関わらず、コントラストは一定にしていた。従って、従来は寿命対策として専らデューティ比のみを可変調整していた。これに対し、本発明は画面平均輝度が高くなる程最大出力レベルを下方調整している。これにより発光量を抑えて発光素子の長寿命化を図っている。画面全体が明るい時には、多少コントラストを落としても、画質に影響を与えない。その分長寿命化に寄与することができる。従来は画面が明るい時発光時間を抑えて発光量を少なくし以って長寿命化を図っている。これに対し本発明は画面が明るい時発光時間と発光強度の両方を抑えて発光量を少なくし、以って長寿命化を図っている。同じ発光量の場合、発光時間を落とすよりも発光強度を落とした方が寿命の長期化に効果的である。尚、最大出力レベル特性ラインについても本実施例は直線となっているが、必ずしもこれに限られるものではない。ディスプレイデバイスの特性に合わせて最大出力レベル特性カーブが決められる。 FIG. 7 is a graph showing the relationship between the average screen brightness (average gradation) sent from the information detection unit and the maximum output level (maximum signal allowable level) adjusted by the life control unit. For comparison, a conventional maximum output level characteristic line is shown in addition to the maximum output level characteristic line of the present invention. As is apparent from the graph, the maximum output level is conventionally fixed. In other words, conventionally, the contrast is constant regardless of the brightness of the screen. Therefore, conventionally, only the duty ratio is variably adjusted as a measure against the life. In contrast, the present invention adjusts the maximum output level downward as the screen average brightness increases. This suppresses the amount of emitted light and extends the life of the light emitting element. When the entire screen is bright, even if the contrast is slightly reduced, the image quality is not affected. This can contribute to longer life. Conventionally, when the screen is bright, the lifetime is extended by suppressing the light emission time and reducing the light emission amount. On the other hand, the present invention suppresses both the light emission time and the light emission intensity when the screen is bright to reduce the light emission amount, thereby extending the life. In the case of the same light emission amount, it is more effective for extending the life to reduce the light emission intensity than to reduce the light emission time. Although the present embodiment is also a straight line for the maximum output level characteristic line, it is not necessarily limited to this. The maximum output level characteristic curve is determined according to the characteristics of the display device.
信号階調平均値の変化によって出力輝度を200nit〜600nitまで可変させた場合における、デューティ信号、出力電圧及び発光素子材料の寿命特性の関係を図8に示す。このグラフで出力データ最大値の情報を出力電圧としたのは、表示装置のデータ書込駆動方式が電圧方式の場合である。表示装置のデータ書込駆動方法が電流方式であれば電流値に置き換えられる。発光素子を構成する有機EL材料に流す最大電流を可変させることがこの技術の基本となっているので、画素回路における信号電圧及び信号電流の相違は本技術に影響を与えない。尚、グラフに示した特性ラインはあくまでも一例である。輝度を200nit〜600nitまで可変させた場合、従来の技術では専らデューティ可変線だけを使用することによって、輝度の可変調整を行なっていた。この為、発光素子の寿命はレベルAからレベルBまでしか改善できなかった。これに対し本発明では、デューティ信号で発光素子が発光する時間を従来よりは長くし、発光時間を長くした分データの出力電圧を抑えることで発光強度を低くしている。これにより、発光素子の寿命はレベルAからレベルCまで大きく改善される。但し、図8のデューティ可変線及び出力電圧線は、入力画像が動画と判定された場合である。 FIG. 8 shows the relationship between the duty signal, the output voltage, and the lifetime characteristics of the light emitting element material when the output luminance is varied from 200 nit to 600 nit by changing the signal gradation average value. In this graph, the output data maximum value information is used as the output voltage when the data write driving method of the display device is the voltage method. If the data writing driving method of the display device is a current method, it is replaced with a current value. Since it is the basis of this technique to vary the maximum current that flows through the organic EL material constituting the light emitting element, the difference in signal voltage and signal current in the pixel circuit does not affect this technique. The characteristic line shown in the graph is merely an example. In the case where the luminance is varied from 200 nit to 600 nit, in the conventional technique, the luminance is variably adjusted by using only the duty variable line. For this reason, the lifetime of the light emitting element could be improved only from level A to level B. On the other hand, in the present invention, the light emission element emits light with a duty signal longer than before, and the light emission intensity is lowered by suppressing the data output voltage by the amount of light emission. Thereby, the lifetime of the light emitting element is greatly improved from level A to level C. However, the duty variable line and the output voltage line in FIG. 8 are when the input image is determined to be a moving image.
図9は、信号階調平均値の変化によって出力輝度を200nit〜600nitまで変化させた場合における、デューティ信号及び出力電圧の変化を表わしている。基本的に、図8のグラフと同じ表記となっている。但し、情報検出部から送られる静止画/動画判定情報をパラメータに取ってある。寿命制御部は、静止画/動画判定情報に基づいて、デューティ比及び出力電圧を制御している。前述した様に、情報検出部は、画素毎のバイナリデータ(二値データ)を加算した積算値として静止画/動画判定情報を供給している。積算値が小さければ画像は動画的であり、積算値が大きければ画像は静止画的である。図9のグラフは、典型的に動画の場合と静止画の場合とを比較して表わしている。実際の動作では、情報検出部から供給される積算値に応じて、連続的にデューティ及び出力電圧を調整している。積算値が大きくなるにつれ、デューティ曲線は上方に変化し、発光時間が長くなる。これと反比例する様にデータ出力電圧は下方にシフトする。つまり、積算値が多くなり静止画に近くなる程、動画応答性が不必要且つ焼きつき防止の観点から、発光素子の長期信頼性が要求される。従って静止画の場合デューティ比を相対的に長くする一方出力電圧を相対的に下げることで効果的な長寿命化を実現している。 FIG. 9 shows changes in the duty signal and the output voltage when the output luminance is changed from 200 nit to 600 nit by changing the signal gradation average value. Basically, it has the same notation as the graph of FIG. However, the still image / moving image determination information sent from the information detection unit is taken as a parameter. The life control unit controls the duty ratio and the output voltage based on the still image / moving image determination information. As described above, the information detection unit supplies still image / moving image determination information as an integrated value obtained by adding binary data (binary data) for each pixel. If the integrated value is small, the image is a moving image, and if the integrated value is large, the image is a still image. The graph of FIG. 9 typically shows a comparison between a moving image and a still image. In actual operation, the duty and output voltage are continuously adjusted according to the integrated value supplied from the information detection unit. As the integrated value increases, the duty curve changes upward and the light emission time becomes longer. The data output voltage is shifted downward so as to be inversely proportional to this. That is, as the integrated value increases and becomes closer to a still image, long-term reliability of the light emitting element is required from the viewpoint of unnecessary moving image response and prevention of burn-in. Therefore, in the case of a still image, the life is effectively extended by relatively increasing the duty ratio while relatively decreasing the output voltage.
図10を参照して、図1に示したデューティ比伝達部13Dの動作を説明する。前述した様にデューティ比伝達部は、画面を構成する画素アレイに対して寿命制御部から入力されたデューティ信号を発光素子の発光時間を制御するパルスに変換して出力する。図10は、垂直同期信号とデューティ信号を表わしている。デューティ比伝達部はシフトレジスタを備えており、垂直同期信号に合わせデューティ信号を順次転送することで、ライン毎に発光時間を制御するパルスを出力している。一般的な有機ELディスプレイは線順次走査を行なっている。この線順次走査ではライン単位でデータを表示させるのであるが、ラインを駆動するパルスを図示する様に1フレーム期間でオン/オフさせることで、ライン毎に発光時間を制御できる様になっている。このパルスを各ライン毎に走査していくことで、画面全体の発光時間を一つのデューティ信号にて制御している。つまりデューティ比とは、1垂直期間(1フレーム期間)中において、発光時間の占める割合を表わしている。図10のタイミングチャートでは、デューティ信号がハイレベルの時発光素子が発光し、ローレベルの時発光素子は非発光となる。このデューティ信号のパルスの時間幅を可変調整することで、画面輝度を調整することができる。
With reference to FIG. 10, the operation of duty
続いて図11を参照しながら、図1に示した信号出力部14Aの動作を説明する。信号出力部はD/Aコンバータを内蔵しており、入力画像信号に含まれる入力階調データを出力電圧に変換している。図11のグラフは、このD/Aコンバータの入出力変換特性を表わしている。信号出力部は、寿命制御部から送られてくる最大信号許容レベル情報を元に、デジタル階調データをD/Aコンバートし、発光素子に対して出力する。寿命制御部から送られてくる最大信号許容レベル情報とは、D/Aコンバートする際に最大階調が入力された場合に出力されるリミット電圧のことである。この情報は前述した様に1フレーム毎寿命制御部において可変調整されている。前述した様に、画面平均輝度が高い場合、寿命制御部はこの最大信号許容レベルを下方調整する。この結果、本発明に係るデータ信号出力部の入出力特性は、従来の入出力特性に比べ下方にシフトしている。
Next, the operation of the
図12は、図1の機能ブロックに対応するハードウェアブロック図である。図12と図1を比較すれば明らかな様に、本発明の要部を成す情報検出部16A及び寿命制御部16Bは、外部システム回路16で実現される。デューティ比伝達部13Dはゲートドライバ13で実現される。又信号出力部14Aはデータドライバ14で実現される。システム回路16は外部の回路基板上に構築されており、タイミングジェネレータ19及び電源回路20を備えている。タイミングジェネレータ19は可変調整されたデューティ信号をゲートドライバ13に送る。電源回路20は可変調整されたリミット電圧をデータドライバ14に送る。ゲートドライバ13はシステム回路16から入力されたデューティ信号を順次転送することで、画素アレイ部12の走査線を駆動する。データドライバ14はシステム回路16から入力されたデジタル画像信号をアナログデータ電圧に変換して画素アレイ部12の信号線に印加する。図12に示した表示装置は、通常のシステム回路16、ゲートドライバ13、データドライバ14及び画素アレイ部12で構成されている。ゲートドライバ13、データドライバ14は画素アレイ部12と一体的に一枚のパネル内に内蔵される場合がある。あるいは画素アレイ部12のみを一枚のパネルで構成し、ゲートドライバ13及びデータドライバ14は外付けのICとしてパネルに接続する場合もある。本発明は、一般的な表示装置のシステム回路16に、情報検出機能及び寿命制御機能を盛り込むことでハード的に容易に実現できる。比較的小規模な回路変更で発光素子の寿命を改善可能である。本発明の情報検出機能及び寿命制御機能を外部システム回路ICの一部に実装することで、特別な周辺回路を要することなく既存のディスプレイシステムをそのまま用いて本発明を実施可能である。
FIG. 12 is a hardware block diagram corresponding to the functional blocks of FIG. As is clear from comparison between FIG. 12 and FIG. 1, the
図13は、図12に示した表示装置の具体的な構成例を示す回路図である。例えば各画素の表示素子として自発光素子である有機EL素子を用いた、アクティブマトリクス型有機EL表示装置である。本実施形態に係るアクティブマトリクス型有機EL表示装置は、画素11がマトリクス状に配置されてなる画素アレイ部12と、この画素アレイ部12を駆動するゲートドライバ13及びデータドライバ14とを有機ELパネル(基板)15上に形成してなり、当該有機ELパネル15の外部にゲートドライバ13及びデータドライバ14を駆動するシステム回路16を有する構成となっている。なお、場合によっては、ゲートドライバ13及びデータドライバ14をドライバICとして有機ELパネル(基板)15とは別体に設け、ドライバICとパネルをTABもしくはFPCで接続する形態としても良い。
FIG. 13 is a circuit diagram showing a specific configuration example of the display device shown in FIG. For example, an active matrix organic EL display device using an organic EL element which is a self-luminous element as a display element of each pixel. The active matrix organic EL display device according to this embodiment includes a
本発明にかかる画像表示装置は、基本的に画素アレイ部12と、データドライバ14と、ゲートドライバ13と、システム回路16とを含む。画素アレイ部12は、行状の走査線DSLと、列状のデータDTL線と、両者が交差する部分に配された行列状の画素11とを備えている。データドライバ14は、システム回路16から供給された画像信号を各データ線DTL−1〜DTL−mに分配する。ゲートドライバ13は、システム回路16から供給される制御信号DSに応じて動作し、各走査線DSL−1〜DSL−nに順次駆動パルスDS−1〜DS−nを出力して画素11を線順次で選択し、以って分配された画像信号に基き駆動パルスDSの時間幅だけ画素11を駆動して画素アレイ部12に画像を表示する。
The image display apparatus according to the present invention basically includes a
システム回路16はスタートパルスVS(垂直ライン制御信号)、クロック信号VCK(垂直クロックパルス)及び補正データDS(デューティ制御信号)をゲートドライバ13に供給する。またシステム回路16は水平走査信号及び画像信号をデータドライバ14に供給する。
The
引き続き図13を参照して本表示装置の各構成各部分を個別に説明する。図13において、画素11は、有機EL素子17を発光駆動する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 Trannsistor;薄膜トランジスタ)あるいはアモルファスシリコンTFT18を有し、これらTFT18が形成された基板上に有機EL素子17が形成された構成となっている。有機EL素子17は、基板上に設けられる透明導電膜からなる複数の第一電極を形成し、各第一電極上に正孔輸送層、発光層、電子輸送層及び電子注入層を順番に堆積させて有機層を形成し、当該有機層の上に金属からなる第二電極を形成した構造を持ち、第一電極と第二電極との間に直流電圧が印加されることで、発光層において電子と正孔とが再結合する際に発光するようになっている。
Next, each component of the display device will be described individually with reference to FIG. In FIG. 13, the
画素アレイ部12には、m列n行の画素配列に対して、走査線DSL−1〜DSL−nが各行に配線されている。また、データ線DTL−1〜DTL−mが各列に配線されている。走査線DSL−1〜DSL−nの各一端は、ゲートドライバ13の各行の出力端に接続されている。ゲートドライバ13は、システム回路16で生成される垂直ライン制御信号VS、出力時間設定用デューティ制御信号DS、及び垂直制御信号用電源が与えられることにより、同じくシステム回路16で生成される垂直クロックパルスVCKに同期して、垂直制御順次走査パルスDS−1〜DS−nを出力し、走査線DSL−1〜DSL−nを駆動する。
In the
データ線DTL−1〜DTL−mの各一端は、データドライバ14の各列の出力端に接続されている。データドライバ14は、データ線DTL−1〜DTL−mを通して画素11の各々に対して輝度情報を電流値または電圧値の形で書き込む、電流書き込み型または電圧書き込み型の駆動回路構成となっている。
One end of each of the data lines DTL-1 to DTL-m is connected to an output end of each column of the
システム回路16は、有機ELパネル15の外部に配置される外部基板上に形成される。このシステム回路16は、データドライバ14及びゲートドライバ13を制御するタイミング・ジェネレータ19と、データドライバ14から出力される画像信号のレベルを所望の電圧に設定する電源回路20とを備えている。
The
タイミング・ジェネレータ19は外部から供給される画像信号及び同期信号を受信し、ゲートドライバ13を制御する垂直クロックパルスVCK、垂直制御信号VS及び出力時間設定用デューティ制御信号DSと、データドライバ14を制御する水平走査制御信号及び画像信号を同期信号に基づいて発生し、それぞれゲートドライバ13及びデータドライバ14に供給する。
The
図14は、図13に示した有機ELパネルの構成例を示すブロック図である。この表示パネル15は、画素回路(PXLC)11がm×nのマトリクス状に配列された画素アレイ部12、データドライバ14、ゲートドライバ13及びその一部をなす追加ゲートドライバ13a、データドライバ14により選択され輝度情報に応じた信号が供給されるデータ線DTL−1〜DTL−m、追加のゲートドライバ13aにより選択駆動される走査線WSL−1〜WSL−n、及びゲートドライバ13により選択駆動される走査線DSL−1〜DSL−nを有する。ここでゲートドライバ13はデューティ駆動を行い、ゲートドライバ13aはデューティ駆動に先立って、各画素に対するデータの書き込み駆動を行なう。
FIG. 14 is a block diagram showing a configuration example of the organic EL panel shown in FIG. The
図15は、図14に示した有機ELパネルの回路構成を示す回路図である。図示する様に、この画素回路11は、基本的にpチャネル型の薄膜電界効果トランジスタ(以下、TFTと言う)で構成されている。すなわち画素回路11は、ドライブTFT111、スイッチングTFT112、サンプリングTFT115、有機EL素子17、保持容量C111を有する。係る構成を有する画素回路11は、データ線DTL−1と走査線WSL−1,DSL−1との交差部に配されている。データ線DTL−1はサンプリングTFT115のドレインに接続し、走査線WSL−1はサンプリングTFT115のゲートに接続し、他の走査線DSL−1はスイッチングTFT112のゲートに接続している。
FIG. 15 is a circuit diagram showing a circuit configuration of the organic EL panel shown in FIG. As shown in the figure, the
ドライブTFT111、スイッチングTFT112及び有機EL素子17は、電源電位Vccと接地電位GNDの間で直列に接続されている。すなわちドライブトランジスタ111のソースが電源電位Vccに接続される一方、有機EL素子(発光素子)17のカソードが接地電位GNDに接続されている。一般に、有機EL素子17は整流性がある為ダイオードの記号で表わしている。一方、サンプリングTFT115及び保持容量C111は、ドライブTFT111のゲートに接続している。ドライブTFT111のゲート・ソース間電圧をVgsで表わしている。
The
画素回路11の動作であるが、まず走査線WSL−1を選択状態(ここでは低レベル)とし、データ線DTL−1に信号を印加すると、サンプリングTFT115が導通して信号が保持容量C111に書き込まれる。保持容量C111に書き込まれた信号電位がドライブトランジスタ111のゲート電位となる。続いて、走査線WSL−1を非選択状態(ここでは高レベル)とすると、データ線DTL−1とドライブTFT111とは電気的に切り離されるが、ドライブTFT111のゲート電位Vgsは保持容量C111によって安定に保持される。続いて他の走査線DSL−1を選択状態(ここでは低レベル)にすると、スイッチングTFT112が導通し、電源電位Vccから接地電位GNDに向かって駆動電流がTFT111,TFT112及び発光素子17を流れる。DSL−1が非選択状態になるとスイッチングトランジスタ112がオフし、駆動電流は流れなくなる。スイッチングTFT112は発光素子17の発光時間を制御する為に挿入されたものである。
The operation of the
TFT111及び発光素子17に流れる電流は、TFT111のゲート・ソース間電圧Vgsに応じた値となり、発光素子17はその電流値に応じた輝度で発光し続ける。上記の様に、走査線WSL−1を選択してデータ線DTL−1に与えられた信号を画素回路11の内部に伝える動作を「書き込み」と呼ぶ。上述の様に、一度信号の書き込みを行なえば、次に書き換えられるまで、発光素子17はドライブトランジスタ112がオンしている間一定の輝度で発光を続ける。
The current flowing through the
12・・・画素アレイ、13D・・・デューティ比伝達部、14A・・・信号出力部、16A・・・情報検出部、16B・・・寿命制御部 12 ... Pixel array, 13D ... Duty ratio transmission unit, 14A ... Signal output unit, 16A ... Information detection unit, 16B ... Life control unit
Claims (4)
前記画素アレイは、発光素子からなる画素の集合で画面を構成し、画像信号のレベルに応じた輝度で発光して1フレームごとに画像を画面に表示するとともに、デューティ比で規定された発光時間だけ各フレーム内で画面の発光を持続し、
前記情報検出部は、外部より入力された画像信号からフレーム単位で画像が動画か静止画かを示す情報を検出し、
前記寿命制御部は、該検出された情報に基づいて、発光素子の寿命を延ばす様に、該画像信号の最大信号許容レベル及び該デューティ比を同時に調整し、
前記信号出力部は、該調整された最大信号許容レベル内で該画像信号を該画素アレイに出力して画面を表示駆動し、
前記デューティ比伝達部は、該調節されたデューティ比を該画素アレイに伝達しこれによって規定された発光時間だけ該画面を発光動作させることを特徴とする表示装置。 A display device having a pixel array, an information detection unit, a life control unit, a duty ratio transmission unit, and a signal output unit,
The pixel array constitutes a screen by a set of pixels composed of light emitting elements, emits light at a luminance corresponding to the level of an image signal, displays an image on the screen for each frame, and emits light at a time specified by a duty ratio Only keep the screen glowing within each frame,
The information detection unit detects information indicating whether an image is a moving image or a still image in frame units from an image signal input from the outside,
The lifetime control unit simultaneously adjusts the maximum signal allowable level of the image signal and the duty ratio so as to extend the lifetime of the light emitting element based on the detected information,
The signal output unit outputs the image signal to the pixel array within the adjusted maximum signal allowable level to display and drive the screen,
The duty ratio transmission unit transmits the adjusted duty ratio to the pixel array and causes the screen to emit light for a light emission time defined thereby.
前記寿命制御部は、該平均輝度が高くなる程フレーム当りの発光時間を規定するデューティ比を小さく調整すると同時に、該画像信号の最大信号許容レベルを下げることを特徴とする請求項1記載の表示装置。 The information detection unit further detects information indicating the average luminance of the image from the input image signal,
2. The display according to claim 1, wherein the life control unit adjusts a duty ratio that defines a light emission time per frame as the average luminance increases, and simultaneously reduces a maximum signal allowable level of the image signal. apparatus.
外部より入力された画像信号からフレーム単位で画像が動画か静止画かを示す情報を検出する情報検出過程と、
該検出された情報に基づいて、発光素子の寿命を延ばす様に、該画像信号の最大信号許容レベル及び該デューティ比を同時に調整する寿命制御過程と、
該調整された最大信号許容レベル内で該画像信号を該画素アレイに出力して画面を表示駆動する信号出力過程と、
該調節されたデューティ比を該画素アレイに伝達しこれによって規定された発光時間だけ該画面を発光動作させるデューティ比伝達過程とを含むことを特徴とする表示装置の駆動方法。 The screen is composed of a set of pixels composed of light emitting elements, emits light at a luminance according to the level of the image signal, displays an image on the screen for each frame, and within each frame for the light emission time specified by the duty ratio. A method of driving a display device that continues to emit light on a screen,
An information detection process for detecting information indicating whether the image is a moving image or a still image in frame units from an image signal input from the outside;
Based on the detected information, a lifetime control process for simultaneously adjusting the maximum signal allowable level of the image signal and the duty ratio so as to extend the lifetime of the light emitting element;
A signal output process for driving the display by outputting the image signal to the pixel array within the adjusted maximum signal allowable level; and
And a duty ratio transmission process for transmitting the adjusted duty ratio to the pixel array and causing the screen to emit light for a light emission time defined thereby.
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