JP2006284399A - 温度分布検出方法、表示装置、温度分布検出装置及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】表面温度を測定するには、表示装置に温度検出素子を実装する必要がある。
【解決手段】自発光素子がマトリクス状に配置された発光領域内の温度分布を検出する装置を、（１）表示信号を、対応画素の属するブロックエリア別に領域化する表示信号領域化部と、（２）領域化後の表示信号に基づいて、ブロックエリア別の発光量を算出する発光量算出部と、（３）発光量を各ブロックエリアの温度情報に変換する温度変換部とで構成する。この装置を用いれば、ブロックエリア別の温度分布を表示信号だけから検出することができる。
【選択図】図１

Description

発明の一つの形態は、自発光素子がマトリクス状に配置された発光領域内の温度分布を検出する方法に関する。また、発明の一つの形態は、温度分布検出装置及びこれを搭載した表示装置に関する。また、発明の一つの形態は、コンピュータに温度分布検出機能を実行させるプログラムに関する。

フラットパネルディスプレイは、コンピュータディスプレイ、携帯端末、テレビなどの製品で広く普及している。現在、主に液晶ディスプレイパネルが多く採用されている。しかし、依然として、液晶ディスプレイパネルの視野角の狭さや応答速度の遅さが指摘され続けている。
一方、自発光素子で形成された有機ＥＬディスプレイは、前述した視野角や応答性の課題を克服できるのに加え、バックライト不要の薄い形態、高輝度、高コントラストを達成できる。このため、液晶ディスプレイに代わる次世代表示装置として期待されている。

ところで、有機ＥＬ素子その他の自発光素子は、その発光量や発光時間に応じて劣化する特性があることが知られている。また同時に、これらの素子の劣化速度は、素子自体の温度によって変わることが知られている。
自発光素子は、自発光型であるため動作時に発熱する。そして、より高輝度を実現するほど多くの電流量が必要となり、より高温で発熱する。結果的に、高温になるほど劣化を加速させる。
従って、有機ＥＬディスプレイの長寿命化を実現する上では、適切な温度制御が必要となる。

現在、提案されている温度制御手法の一例を以下に示す。
特開２００３−２９５７７６号公報 この文献には、発光素子から検出した温度と、温度上昇の推移を想定した情報とに基づいて温度調節器を制御する技術が開示されている。すなわち、領域化された部分を温めたり、冷やしたりして発光面内の温度を均一に調整する技術が開示されている。 特開２００３−３３０４１９号公報 この文献には、検出した周囲の環境温度に基づいて、発光素子の電圧電流特性の温度特性を参照し、適正な輝度が得られるように表示データ値を補正する技術が開示されている。

ところが、これらの技術は、表面温度を検出する素子構造や環境温度を検出する素子構造を表示パネルに搭載する必要がある。このため、表示パネルの構造が複雑になる問題がある。

発明者らは、これらの素子構造を用いずに、自発光素子がマトリクス状に配置された発光領域内の温度分布を検出する方法を提案する。
すなわち、以下の処理機能を有する方法を提案する。
（１）表示信号を、対応画素の属するブロックエリア別に領域化する処理
（２）領域化後の表示信号に基づいて、ブロックエリア別の発光量を算出する処理
（３）発光量を各ブロックエリアの温度情報に変換する処理
なお、この技術は、ハードウェアとして実現できる他、ソフトウェアとしても実現できる。勿論、処理の実行は、一部処理をハードウェアとして実行し、残る処理をソフトウェアとして実行することもできる。

この発明を用いれば、温度検出素子を搭載しなくても、発光領域内の温度分布を検出することができる。このため、発光領域や表示装置の構造を単純化できる。また、温度検出素子を搭載しない表示装置についても、その発光領域内の温度分布を検出することが可能になる。

以下、発明に係る技術手法を採用する温度分布検出技術の実施形態例を説明する。ここでは、有機ＥＬパネルの面内温度の分布を算出する場合について説明する。
なお、本明細書で特に図示又は記載されない部分には、当該技術分野の周知又は公知技術を適用する。
また以下に説明する実施形態は、発明の一つの実施形態であって、これらに限定されるものではない。

（Ａ）温度分布検出装置
（ａ）装置構成
図１に、温度分布検出装置の構成例を示す。温度分布検出装置１は、グレースケール変換部３、領域化部５、発光量算出部７、温度算出部９を主要な構成要素とする。
グレースケール変換部３は、カラー画像信号をグレースケール信号に変換する処理デバイスである。
この形態例の場合、カラー画像信号は、光の三原色に対応するＲ（赤）信号、Ｇ（緑）信号、Ｂ（青）信号とする。なお、これらの他に補色信号も用いる場合には、それらの色信号も含む。カラー画像信号は、ディジタル信号とする。

グレースケール変換は、白色表示時に表示上の１画素を構成する各単色画素に流れる電流比（温度比）を重み付け係数とする重み付け演算により実現する。
図２に、表示上の１画素の構成例を示す。図２は、表示上の１画素が、赤色画素（Ｒ）、緑色画素（Ｇ）、青色画素（Ｂ）の三色で構成される場合を示している。
図３に、グレースケール変換の算出原理を示す。図３（Ａ）は、表示上の１画素で輝度情報（白色成分）を表す場合に各単色画素に流れる電流比を示す。図に示すように、赤色画素（Ｒ）に流れる電流値：緑色画素（Ｇ）に流れる電流値：青色画素（Ｂ）に流れる電流値は、５：３：２で与えられる。

なお、この電流比は、各画素の温度比にも対応する。有機ＥＬ素子の温度は、電流量に比例するためである。
図３（Ｂ）は、グレースケール信号の算出式である。図３（Ｂ）に示すように、グレースケール信号は、表示上の１画素を構成する各単色画素の表示信号（例えば、階調値）を、５：３：２の比率で重み付け演算することにより算出される。
この演算処理により、カラー画像信号は温度情報を反映するグレースケール信号へと変換される。

領域化部５は、グレースケール信号を対応画素の属するブロックエリア別に領域化する処理デバイスである。なお、対応画素は、表示上の１画素である。このブロックエリアが、温度情報の算出単位となる。
図４（Ａ）に、領域化例を示す。この例は、発光領域を５画素×５画素のブロックエリアに分割する場合を表している。
図４（Ａ）では、表示上の１画素を破線で囲んで示し、ブロックエリアを実線（太線）で示している。ここでは、階調値が８ビットで与えられる場合について表している。すなわち、階調値が０〜２５５までの値で与えられる場合について表している。従って、画素の数値は、グレースケール信号の階調値である。

図４（Ａ）は、図中左上隅を基点にブロックエリアを分割している。このため、図中の右端部分と下端部分に、３画素×５画素のブロックエリアと５画素×２画素のブロックエリアとが生じている。
発光量算出部７は、領域化後のグレースケール信号に基づいて、ブロックエリア別の発光量を算出する処理デバイスである。発光量算出部７は、各ブロックエリアの発光量を算出する演算器の集合で構成される。
この形態例の場合、演算器は、各ブロックエリアの発光量を、ブロックエリアを構成する各画素の平均階調値ＡＰＬｉとして算出する。なお、変数ｉは、フレームの識別番号である。
図４（Ｂ）に、平均階調値の算出結果を示す。図４（Ｂ）の各ブロックエリアは、図４（Ａ）の各ブロックエリアに対応する。
図４（Ｂ）の場合、最上段左端に位置するブロックエリアの平均階調値は“９２”、その右隣に位置するブロックエリアの平均階調値は“１０４”である。

図５に、発光量算出部７の基本的な構成例を示す。
図５は、ブロックエリア数だけ演算器を配置する例である。図５の場合、垂直方向に５個、水平方向にｎ個の計５×ｎ個の演算器を搭載する。
この構成の場合、１フレームを構成する全ブロックエリアについての平均階調値を一度に算出することができる。
ただし、図５に示す構成は、ブロックエリアの数によってはシステム規模が大きくなる。そのような場合には、図６に示すような改良型の発光量算出部７を使用する。
図６に示す発光量算出部７は、水平方向の１ライン分のブロックエリア数だけ演算器を配置し、ブロックエリア内の平均階調値を１ライン単位で算出する方式に対応する。
この例の場合、垂直方向のブロックエリア数は５個であるので、演算器の数を５分の１のｎ個に削減することが可能となる。
この構成を採用する場合、ライン単位で算出された平均階調値は、全ラインについての演算が完了するまで不図示のメモリに逐次保存される。

温度算出部９は、算出された発光量を各ブロックエリアの温度情報に変換する処理デバイスである。
温度算出部９では、３つの処理が実行される。１つは、算出された発光量をブロックエリア単位で一定期間累積し、累積発光量Ｓｊを算出する処理である。別の１つは、累積発光量Ｓｊから温度上昇度を求める処理である。残る一つは、求められた温度上昇度を用いてブロックエリア別の温度を算出する処理である。
ここで、累積発光量Ｓｊは、各フレームについて算出された平均階調値の累積値ΣＡＰＬｉ（ｉ＝１、…ｎ）として求める。
なお、変数ｊは、平均階調値ＡＰＬの保存期間に付した通し番号である。また、変数ｎは、累積するフレーム数である。フレーム数は、数フレーム、数秒、数分等の単位で選択する。

このため、温度算出部９には、少なくともｎフレーム分の記憶容量を有する記憶デバイスを搭載する。
図７に、累積発光量Ｓｊの算出イメージを示す。例えば、第１ＡＰＬ保存期間では、第１〜第ｎフレームまでのｎ個の平均階調値ＡＰＬ１〜ＡＰＬｎについての累積発光量Ｓ１が算出される。また例えば、第２ＡＰＬ保存期間では、第２〜第ｎ＋１フレームまでのｎ個の平均階調値ＡＰＬ２〜ＡＰＬｎ＋１についての累積発光量Ｓ２が算出される。以下、同様である。

また、温度算出部９は、累積発光量Ｓｊと温度上昇度との関係を記憶した変換テーブルを参照し、ブロックエリア毎に求まった累積発光量Ｓｊを温度上昇度に変換する。ここでの温度上昇度は、現在の発光状態がある時間に亘って継続する場合にどれだけ温度が上昇するかを示す値である。
図８に、変換テーブル例を示す。この変換テーブルは、累積発光量Ｓｊが“０〜１０００”の状態が一定期間連続すると、温度が１度上昇することを示す。また、累積発光量Ｓｊが“１００１〜２０００”の状態が一定期間連続すると、温度が１．５度上昇することを示す。
温度算出部９は、変換後の温度上昇度に基づいて各ブロックエリアの温度を算出する。例えば、１フレーム当たりに換算した温度上昇度を積分し、発光期間に応じた温度を算出する。なお、発光領域全体の温度は、累積発光量Ｓｊをフレーム単位で算出することにより求める。

（ｂ）算出動作
図９に、温度分布検出装置１で実行される一連の処理手順を示す。
まず、温度分布検出装置１は、各フレームのカラー画像信号をグレースケール信号に変換する（Ｐ１）。グレースケール信号は、白色表示時に各単色画素に流れる電流比に基づいて、各色成分を重み付けた平均値として求める。
次に、温度分布検出装置１は、グレースケール信号をブロックエリアに領域化し、各ブロックエリアについて階調平均値ＡＰＬｉを算出する（Ｐ２，Ｐ３）。
続いて、温度分布検出装置１は、階調平均値ＡＰＬｉの累積発光量Ｓｊを算出し、各ブロックエリアの温度上昇度を求める（Ｐ４，Ｐ５）。
この後、温度分布検出装置１は、フレーム毎に得られる１フレーム当たりの温度上昇度を積分し、各ブロックエリアの温度を算出する（Ｐ６）。
この処理が、フレーム毎繰り返し実行される。

（ｃ）形態例の効果
この温度分布検出装置１を用いれば、温度検出素子を一切使わずに、発光領域内の温度分布を検出できる。すなわち、有機ＥＬパネルには汎用的な製品を使用できる。その分、製造コストの削減を実現できる。
また、温度分布検出装置１は、各ブロックエリアの発光量を算出する演算器の配置を工夫することで回路規模の一段の削減を実現できる。
なお、検出された温度分布をブロックエリア別の温度制御や発光領域全体の温度制御に用いれば、有機ＥＬパネルの長寿命化を実現できる。

（Ｂ）パネルモジュールへの搭載例
図１０に、温度分布検出装置のパネルモジュール１１への搭載例を示す。パネルモジュール１１は、発光領域１３（有機ＥＬ素子がマトリクス状に配列された領域）と、画像の表示を制御する画像駆動回路１５、１７、１９とで構成される。
画像駆動回路は、タイミングジェネレータ１５、データドライバ１７、ゲートドライバ１９で構成される。なお、画像駆動回路は、発光領域の周辺部に形成する。これらの画像駆動回路には既存の回路構成を適用する。
図１０は、温度分布検出装置１をタイミングジェネレータ１５の一部分として実装する場合について表している。この場合、出力端子２１を通じて各ブロックエリアの温度情報が外部装置に出力される。
なお、画像駆動回路は、半導体集積回路としてパネル基板上に搭載しても良いし、パネル基板上に半導体プロセスを用いて直接形成しても良い。

（Ｃ）温度分布検出装置の使用例
温度分布検出装置は、前述したように表示装置に搭載して使用する方法の他、表示装置に対して外付けで使用することもできる。
例えば、図１１に示すように、表示装置３１の出力端子３１Ａ経由で表示画像を与える入力表示信号を温度分布検出装置３３に取り込む手法を採用しても良い。この場合、温度分布検出装置１を搭載しない表示装置についても温度分布を検出することができる。
また例えば、図１２に示すように、表示装置３１に入力される入力表示信号を分岐して温度分布検出装置３３に入力する手法を採用しても良い。この場合にも、温度分布検出装置１を搭載しない表示装置について温度分布の検出を実現できる。
なお図示しないが、温度分布検出装置のみを単独で使用し、入力表示信号に応じた温度分布の変化を予測するシミュレータとして使用することもできる。

（Ｄ）他の形態例
（ａ）前述の形態例では、温度分布検出装置１にグレースケール変換部３を搭載する場合について説明した。
しかし、既にグレースケール変換された信号が入力される場合には、グレースケール変換部３を搭載しない構成でも良い。
（ｂ）前述の形態例では、温度分布検出装置が各ブロックエリアの温度（温度情報）を算出する処理まで実行する場合について説明した。
しかし、温度分布検出装置では温度上昇度（温度情報）の算出までを実行し、対応するブロックエリアの温度は他の回路部で算出する手法を採用しても良い。

（ｃ）前述の形態例では、階調値が８ビットで与えられる場合について説明した。
しかし、階調値を与えるビット数は、８ビット以外でも良い。例えば、１０ビット、１２ビットその他の場合にも適用できる。
（ｄ）前述の形態例では、温度分布算出部をタイミングジェネレータ１５の一部分として実装する場合について説明した。
しかし、温度分布算出部の実装位置はこれに限らない。
（ｅ）前述の形態例では、自発光素子が有機ＥＬ素子の場合について説明した。しかし、表示パネルの面内温度が画素に流れる電流量に比例する自発光素子であれば、有機ＥＬ素子以外で構成される表示パネルにも広く適用できる。

（ｆ）前述の形態例では、水平方向及び垂直方向のそれぞれに５つの画素で構成される計２５個の画素領域をブロックエリアに設定した。しかし、ブロックエリアを構成する水平方向及び垂直方向の各画素数は任意である。
（ｇ）前述の形態例では、温度分布検出装置を内蔵した表示装置について説明した。この表示装置は、単独の商品形態でも良いし、他の画像処理装置の一部として搭載されても良い。例えば、ビデオカメラ、デジタルカメラその他の撮像装置（カメラユニットだけでなく、記録装置と一体に構成されているものを含む。）、情報処理端末（携帯型のコンピュータ、携帯電話機、携帯型のゲーム機、電子手帳等）、ゲーム機の表示デバイスとしも実現できる。
（ｈ）前述の形態例では、温度分布検出装置を表示装置に内蔵する場合について説明した。しかし、温度分布検出装置は、表示装置に対して入力表示信号を供給する画像処理装置側に搭載しても良い。

（ｉ）前述の形態例では、演算器をハードウェアとして搭載する場合について説明した。
しかし、この演算器の機能は、ソフトウェア処理で実現しても良い。
（ｊ）前述の形態例では、面内温度調整装置の機能構成を説明したが、言うまでもなく、同等の機能をハードウェアとして実現することも、ソフトウェアとして実現することも可能である。
また、面内温度調整装置を構成する全ての機能をハードウェア又はソフトウェアで実現するだけでなく、その一部はハードウェア又はソフトウェアを用いて実現しても良い。すなわち、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせ構成としても良い。
（ｋ）前述の形態例には、発明の趣旨の範囲内で様々な変形例が考えられる。また、本明細書の記載に基づいて創作される各種の変形例及び応用例も考えられる。

温度分布検出装置の形態例を示す図である。 表示上の１画素の構成例を示す図である。 グレースケール変換の手法を示す図である。 ブロックエリア例を示す図である。 発光量算出部の構成例を示す図である。 発光量算出部の構成例を示す図である。 累積発光量の算出イメージを示す図である。 累積発光量と温度上昇度との関係を示す図である。 温度算出手順を示す図である。 パネルモジュールの構造例を示す図である。 温度分布検出装置の使用例を示す図である。 温度分布検出装置の使用例を示す図である。

符号の説明

１、３３ 温度分布検出装置
３ グレースケール変換部
５ 領域化部
７ 発光量算出部
９ 温度算出部
１１ パネルモジュール
１３ 発光領域
１５ タイミングジェネレータ
２１ 出力端子
３１ 表示装置

Claims (8)

1. 自発光素子がマトリクス状に配置された発光領域内の温度分布を検出する方法であって、
   表示信号を、対応画素の属するブロックエリア別に領域化する処理と、
   領域化後の表示信号に基づいて、ブロックエリア別の発光量を算出する処理と、
   前記発光量を各ブロックエリアの温度情報に変換する処理と
   を有することを特徴とする温度分布検出方法。
2. 請求項１に記載の温度分布検出方法であって、
   前記表示信号は、カラー画像信号をグレースケール変換した信号である
   ことを特徴とする温度分布検出方法。
3. 請求項２に記載の温度分布検出方法であって、
   前記グレースケール変換は、白色表示時に各単色画素に流れる電流比を重み付け係数とする重み付け演算により実行する
   ことを特徴とする温度分布検出方法。
4. 請求項１に記載の温度分布検出方法であって、
   前記発光量は、フレーム単位の平均階調値を累積加算した値として求める
   ことを特徴とする温度分布検出方法。
5. 請求項１に記載の温度分布検出方法であって、
   前記温度情報は、温度上昇度を与える数値である
   ことを特徴とする温度分布検出方法。
6. 自発光素子がマトリクス状に配置された発光領域と、
   表示信号を、対応画素の属するブロックエリア別に領域化する表示信号領域化部と、
   領域化後の表示信号に基づいて、ブロックエリア別の発光量を算出する発光量算出部と、
   前記発光量を各ブロックエリアの温度情報に変換する温度変換部と
   を有することを特徴とする表示装置。
7. 自発光素子がマトリクス状に配置された発光領域内の温度分布を検出する装置であって、
   表示信号を、対応画素の属するブロックエリア別に領域化する表示信号領域化部と、
   領域化後の表示信号に基づいて、ブロックエリア別の発光量を算出する発光量算出部と、
   前記発光量を各ブロックエリアの温度情報に変換する温度変換部と
   を有することを特徴とする温度分布検出装置。
8. 表示信号を、対応画素の属するブロックエリア別に領域化する処理と、
   領域化後の表示信号に基づいて、ブロックエリア別の発光量を算出する処理と、
   前記発光量を各ブロックエリアの温度情報に変換する処理と
   をコンピュータに実行させ、自発光素子がマトリクス状に配置された発光領域内の温度分布を算出することを特徴とするプログラム。
   

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