JP2006284974A - 面内温度調整方法、表示装置、面内温度調整装置及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】表示パネルの面内温度を調整するために検温構造を追加する必要がある。
【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の面内温度調整装置を、（１）入力表示信号に基づいて、フレーム単位の発光量を測定する発光量測定部と、（２）発光量を一定期間について累積し、算出された累積発光量と基準値とを比較する面内温度判定部と、（３）累積発光量が基準値を越えるとき、フレーム毎に設定する点灯時間を最大点灯時間に比して短縮する点灯時間制御部とで構成する。
【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の面内温度を調整する方法に関する。また、発明の一つの形態は、面内温度調整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、表示装置に搭載されたコンピュータに面内温度調整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、特許文献１に記載の技術は、表面温度の検出構造や温度調節器等の構造を表示パネルに搭載する必要がある。このような表示パネルは、構造が複雑になる上に製造コストも高くなる問題がある。
一方、特許文献２に記載の技術は、環境温度の検出構造を必要とすると共に、環境温度を面内温度とみなして表示データ値を補正する補正器を搭載する必要がある。この表示パネルも、構造が複雑となる上に、表示画像の階調情報が損なわれる問題もあった。

発明者らは、自発光素子がマトリクス状に配置された発光領域の面内温度を調整する方法として、以下の処理機能を有する方法を提案する。
（１）入力表示信号に基づいて、フレーム単位の発光量を測定する処理
（２）発光量を一定期間について累積し、算出された累積発光量と基準値とを比較する処理
（３）累積発光量が基準値を越えるとき、フレーム毎に設定する点灯時間を最大点灯時間に比して短縮する処理
なお、この技術手法は、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、温度検出構造を用いた温度監視を不要にでき、発光領域又は表示装置の構造を単純化できる。また、この発明により、面内温度が高温状態のまま推移するのを回避でき、面内温度の上昇に起因する自発光素子の劣化を予防できる。

以下、発明に係る技術手法を採用する面内温度調整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調整に使用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）形態例
（ａ）装置構成
図１に、面内温度調整装置の構成例を示す。この面内温度調整装置１は、入力表示信号として入力される色別に配置する。なお、カラー画像の再現には、光の三原色であるＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）を使用し、必要に応じて補色も使用する。従って、面内温度調整装置１は、これら色別に配置する。
面内温度調整装置１は、発光量測定部３、面内温度判定部５、点灯時間制御部７を主要な構成要素とする。

発光量測定部３は、入力表示信号に基づいて、一定期間内の発光量を測定する処理デバイスである。
この形態例の場合、１フレーム当たりの発光量を色別の平均階調値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。
面内温度判定部５は、発光量を一定期間について累積し、算出された累積発光量と基準値とを比較する処理デバイスである。
この形態例の場合、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。
ここでの変数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、面内温度判定部５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２に、累積発光量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、面内温度判定部５は、累積発光量Ｓと基準値Ｒをフレーム単位で比較し、累積発光量Ｓが基準値Ｒを越えるとき、面内温度が高温状態になる又はなったと判定する。
基準値Ｒは、面内温度が有機ＥＬ素子の劣化に与える影響を考慮して決定する。例えば、基準値Ｒは、有機ＥＬパネルで発生する熱量と廃熱能力とを考慮して決定する。
面内温度判定部５は、基準値Ｒとの比較結果を点灯時間制御部７に与える。なお、累積発光量Ｓが基準値Ｒを越えるとき、面内温度判定部５は、その際の累積発光量Ｓも点灯時間制御部７に与える。

点灯時間制御部７は、面内温度の判定結果に基づいて、各フレームの点灯時間を制御する処理デバイスである。すなわち、点灯時間制御部７は、フレーム内での有機ＥＬ素子の点灯時間を規定するデューティパルスを発生する処理デバイスである。
図３に、フレームパルス（図３（Ａ））とデューティパルス（図３（Ｂ））との関係を示す。フレーム期間内における点灯期間は、デューティパルスのオン時間（Ｈレベルの期間）として与えられる。

点灯時間制御部７は、累積発光量Ｓが基準値Ｒを越えないとき、点灯時間ＤＵＴＹｉを最大点灯時間に設定する。この形態例の場合、最大点灯時間はフレーム期間に設定する。
一方、点灯時間制御部７は、累積発光量Ｓが基準値Ｒを越えるとき、点灯時間ＤＵＴＹｉを最大点灯時間に比して短縮するように制御する。
この形態例の場合、点灯時間ＤＵＴＹｉは、次式に従って設定する。
点灯時間＝最大点灯時間＊（１−（Ｓｉ−Ｒ）／Ｓｍａｘ）
ここで、Ｓｍａｘは、累積発光量Ｓが採り得る最大値である。この場合、点灯時間は、累積発光量Ｓが基準値Ｒを越えた量を累積発光量の最大値Ｓｍａｘで割った比だけ、最大点灯時間に対して短縮される。

（ｂ）補正処理動作
図４に、前述した面内温度調整装置１で実行される処理手順を示す。
まず、面内温度調整装置１は、フレーム毎に累積発光量Ｓを算出する（Ｐ１）。
図５に、累積発光量Ｓとデューティパルスの算出タイミングを示す。例えば、第１ＡＰＬ保存期間の累積発光量Ｓ１は、ｎ＋１番目のフレームの入力タイミングに算出される。また例えば、第２ＡＰＬ保存期間の累積発光量Ｓ２は、ｎ＋２番目のフレームの入力タイミングに算出される。

ここで、累積発光量Ｓ１は、フレーム１〜フレームｎに算出されたｎ個の平均階調値ＡＰＬ１〜ＡＰＬｎについて算出される。また、累積発光量Ｓ２は、フレーム２〜フレームｎ＋１に算出されたｎ個の平均階調値ＡＰＬ２〜ＡＰＬｎ＋１について算出される。
次に、面内温度調整装置１は、累積発光量Ｓが基準値Ｒより大きいか否かを判定する（Ｐ２）。
判定処理で肯定結果が得られた場合、面内温度調整装置１は、前述の式を満たすように、点灯時間を算出する（Ｐ３）。

例えば、以下の条件に従って、点灯時間を算出する。なお、平均階調値ＡＰＬの保存期間を６０フレーム、平均階調値ＡＰＬの最大値を２５５（全画素１００％白の場合）とする。また、基準値Ｒを最大輝度の７０％に設定する。
この場合、累積発光量Ｓの最大値Ｓｍａｘは、１５３００（＝２５５＊６０）として与えられる。また、基準値Ｒは、１０７１０（＝１５３００＊０．７）として与えられる。
すなわち、点灯時間は、最大点灯時間＊（１−（Ｓｉ−１０７１０）／１５３００）として算出される。

従って、全画素１００％白のフレームが６０フレーム連続する場合には、点灯時間は、最大点灯時間＊（１−０．３）に設定される。すなわち、点灯時間は、フレーム期間の７０％として算出される。
同様に、全画素９０％白のフレームが６０フレーム連続する場合には、点灯時間は、最大点灯時間＊（１−０．２）に設定される。すなわち、点灯時間は、フレーム期間の８０％として算出される。
また、全画素８０％白のフレームが６０フレーム連続する場合には、点灯時間は、最大点灯時間＊（１−０．１）に設定される。すなわち、点灯時間は、フレーム期間の９０％として算出される。

なお、全画素７１％白のフレームが６０フレーム連続する場合には、点灯時間は、最大点灯時間＊（１−０．０１）に設定される。すなわち、点灯時間は、フレーム期間の９９％として算出される。
一方、判定処理で否定結果が得られた場合、面内温度調整装置１は、点灯時間を最大点灯時間に設定する（Ｐ４）。すなわち、点灯時間を、１フレーム期間に設定する。
面内温度調整装置１は、設定された点灯時間の間、全画素を点灯制御する（Ｐ５）。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
この面内温度調整装置１を用いて各色の点灯時間を制御すれば、フレーム内での点灯時間を調整することができる。
すなわち、発熱効果の高い画像（明るい画像）が連続する場合には、点灯時間そのものを短縮して面内温度の上昇又は高温状態の継続を回避できる。結果的に、面内温度を低下できる。
また、発熱効果が低い画像が連続する又は発熱効果の高い画像が一時的に発生する場合には、フレーム期間を最大限に使用して画像を表示できる。

また、面内温度調整装置１は、入力表示信号から面内温度を推定することができ、従来装置のような検温構造を有機ＥＬパネル上に設けずに済む。
すなわち、有機ＥＬパネルの構造を従来に比して単純化できる。この結果、有機ＥＬパネルの製造コストの低減化を実現できる。
また、面内温度調整装置１は、入力表示信号に対する補正処理を加えないため、信号処理負担が少ないのに加え、階調情報が失わずに済む。すなわち、原画像が有する階調情報を保存できる。

（Ｂ）画素駆動回路の構造例
続いて、面内温度調整装置１を適用する上で前提となる画素駆動回路の構造例を説明する。
図６に、有機ＥＬパネル１１の構造例を示す。有機ＥＬパネル１１は、発光領域１３（有機ＥＬ素子１５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１７、１９、２１とで構成される。
画像駆動回路は、データドライバ１７、走査用ゲートドライバ１９、点灯時間制御用ゲートドライバ２１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。

各画素に対応する有機ＥＬ素子１５とその駆動回路（画素駆動回路）２３は、データ線２５と走査線２７の交点位置に配置されている。画素駆動回路２３は、データスイッチ素子Ｔ１、キャパシタＣ１、電流駆動素子Ｔ２、点灯スイッチ素子Ｔ３で構成される。
このうち、データスイッチ素子Ｔ１は、データ線２５を通じて与えられる電圧値の取り込みタイミングを制御するのに用いられる。取り込みタイミングは、走査線２７を通じて線順次で与えられる。
キャパシタＣ１は、取り込んだ電圧値を１フレームの間保持するのに用いられる。キャパシタＣ１を用いることで、面順次駆動が実現される。

電流駆動素子Ｔ２は、キャパシタＣ１の電圧値に応じた電流を有機ＥＬ素子１５に供給するのに用いられる。駆動電流は、電流供給線２９から供給される。
点灯スイッチ素子Ｔ３は、有機ＥＬ素子１５に対する駆動電流の供給を制御するのに用いられる。点灯スイッチ素子Ｔ３は、駆動電流の供給経路に対して直列に配置される。点灯スイッチ素子Ｔ３が閉じている間、有機ＥＬ素子１５が点灯する。一方、点灯スイッチ素子Ｔ３が開いている間、有機ＥＬ素子１５が消灯する。
この点灯スイッチ素子Ｔ３の開閉動作を制御するデューティパルス（図３（Ｂ））を供給するのが点灯制御線３１である。

図７に、画素駆動回路２３を形成した発光領域１３を搭載するパネルモジュール４１の構造例を示す。面内温度調整装置１は、タイミングジェネレータ４３の一部分として実装する。
図７に示すように、このパネル構造は一般的な構造であり、温度検出のための特別な構造を必要としない。
なお、発光領域１３の周辺回路（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）他の形態例
（ａ）前述の形態例では、面内温度調整装置１を色別に配置する場合について説明した。しかし、画面の発光量は、色信号から生成したグレースケール画像に算出する方式を採用しても良い。
（ｂ）前述の形態例では、最大点灯時間の短縮量を数式を用いて定義した。しかし、累積発光量Ｓと最大点灯時間との関係を予め求め、これをテーブル形式で格納しておいても良い。

（ｃ）前述の形態例では、累積発光量Ｓが基準値Ｒを越えた分量に比例して、点灯時間を最大点灯時間に対して短縮する場合について説明した。
しかし、累積発光量Ｓが基準値Ｒを越えた場合には、固定量を最大点灯時間に対して短縮する手法を採用しても良い。図８に、固定量だけ短縮したデューティパルスの例を示す。
なお、点灯時間を短縮する場合と短縮しない場合との輝度差が大きい場合には、その切替による輝度変化が視認され、画質を損なう場合もある。
そこで、このような場合には、累積発光量が基準値を越えた分量に比例した期間だけ点灯時間を短縮した状態を継続する手法を採用しても良い。
例えば、累積発光量が基準値を３０％越える場合に、短縮後の点灯時間がフレーム期間の９０％で与えられるとき、３フレームの間は９０％の点灯を継続するようにしても良い。

（ｄ）前述の形態例では、階調値が８ビットで与えられる（すなわち、０から２５５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。
（ｅ）前述の形態例では、点灯スイッチ素子Ｔ３が電流駆動素子Ｔ２と有機ＥＬ素子１５との間に直列に接続される場合について説明した。しかし、この回路構成は一例であり、他の回路構成にも適用できる。例えば、点灯スイッチ素子Ｔ３は、電流駆動素子Ｔ２と電流供給線２９との間に接続されても良い。
（ｆ）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に応じて劣化の進行が認められる自発光素子に広く適用できる。
（ｇ）前述の形態例では、面内温度調整装置１をタイミングジェネレータ４３の一部分として搭載する場合について説明した。しかし、面内温度調整装置１は、他の周辺回路の一部分として搭載しても良い。

（ｈ）前述の形態例では、面内温度調整装置１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。
（ｉ）前述の形態例では、面内温度調整装置１を表示装置に内蔵する場合について説明した。しかし、面内温度調整装置１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。この場合、画像処理装置から表示装置にデューティパルスを供給する方式を採用しても良いし、デューティパルスのオン時間長を与える情報を画像処理装置から表示装置に与える方式を採用しても良い。

（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。

面内温度調整装置の形態例を示す図である。 累積発光量の算出イメージを示す図である。 フレームパルスとデューティパルスとの関係を示す図である。 面内温度調整装置で実行される処理手順を示すフローチャートである。 累積発光量とデューティパルスの算出タイミングを示す図である。 画素駆動回路の構造例を示す図である。 パネルモジュールの構造例を示す図である。 フレームパルスとデューティパルスとの関係を示す図である。

符号の説明

１ 面内温度調整装置
３ 発光量測定部
５ 面内温度判定部
７ 点灯時間制御部
１１ 有機ＥＬパネル
１３ 発光領域
２１ 点灯時間制御用ゲートドライバ
２３ 画素駆動回路
３１ 点灯制御線
４１ パネルモジュール
４３ タイミングジェネレータ
Ｔ３ 点灯スイッチ素子

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の面内温度調整方法であって、
   入力表示信号に基づいて、フレーム単位の発光量を測定する処理と、
   前記発光量を一定期間について累積し、算出された累積発光量と基準値とを比較する処理と、
   前記累積発光量が基準値を越えるとき、フレーム毎に設定する点灯時間を最大点灯時間に比して短縮する処理と
   を有することを特徴とする面内温度調整方法。
2. 請求項１に記載の面内温度調整方法であって、
   前記累積発光量は、フレーム単位で算出された平均階調値の累積加算値として求める
   ことを特徴とする面内温度調整方法。
3. 請求項１に記載の面内温度調整方法であって、
   前記累積発光量が基準値を越えた分量に比例するように、最大点灯時間に対する短縮量を決定する
   ことを特徴とする面内温度調整方法。
4. 請求項１に記載の面内温度調整方法であって、
   前記累積発光量が基準値を越えた分量によらず、最大点灯時間に対する短縮量を固定値に決定する
   ことを特徴とする面内温度調整方法。
5. 請求項４に記載の面内温度調整方法であって、
   点灯時間を短縮したフレームを、前記累積発光量が基準値を越えた分量に比例した期間出力する
   ことを特徴とする面内温度調整方法。
6. 自発光素子がマトリクス状に配置された発光領域と、
   入力表示信号に基づいて、フレーム単位の発光量を測定する発光量測定部と、
   前記発光量を一定期間について累積し、算出された累積発光量と基準値とを比較する面内温度判定部と、
   前記累積発光量が基準値を越えるとき、フレーム毎に設定する点灯時間を最大点灯時間に比して短縮する点灯時間制御部と
   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の面内温度調整装置であって、
   入力表示信号に基づいて、フレーム単位の発光量を測定する発光量測定部と、
   前記発光量を一定期間について累積し、算出された累積発光量と基準値とを比較する面内温度判定部と、
   前記累積発光量が基準値を越えるとき、フレーム毎に設定する点灯時間を最大点灯時間に比して短縮する点灯時間制御部と
   を有することを特徴とする面内温度調整装置。
8. 入力表示信号に基づいて、フレーム単位の発光量を測定する処理と、
   前記発光量を一定期間について累積し、算出された累積発光量と基準値とを比較する処理と、
   前記累積発光量が基準値を越えるとき、フレーム毎に設定する点灯時間を最大点灯時間に比して短縮する処理と
   をコンピュータに実行させることにより、自発光素子がマトリクス状に配置された発光領域の面内温度を制御することを特徴とするプログラム。
   

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