JP2008176115A - 表示装置、制御演算装置、表示駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】有機ＥＬ素子等の自発光素子を用いた表示装置において外光照度の変化に対して視認性を維持する。
【解決手段】発光輝度情報と外光照度情報を検出し、これらに基づいて表示部の各画素の発光期間の調整値を算出する。そして各画素の発光期間の調整により、外光に応じて適切な視認性が得られるように表示輝度を制御する。発光期間の調整のために、各画素の発光期間を決定する発光制御信号のパルスデューティを調整制御する。
【選択図】図１０

Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンス（Electroluminescence）素子（以下、有機ＥＬ素子）などの自発光素子を用いた画素が配列された表示部を有する表示装置、及びその表示装置に用いられる制御演算装置、さらには表示装置の表示駆動方法に関する。

特開２００１−１００６９７号公報 特開２００２−０６２８５６号公報

従来より、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）、レーザ・ダイオード（ＬＤ：Lazer Diode）、有機ＥＬ素子などの自発光素子を用いた表示装置（ディスプレイ）の開発がなされている。
この種の表示装置は、一般に、自発光素子をマトリクス状に複数個配置して画面部（表示パネル）が構成され、各素子を映像信号に応じて選択的に発光させることにより、映像表示が行われる。
例えばテレビジョン受像機、コンピュータ用モニタディスプレイ、携帯情報端末等においてこれらの表示装置が利用され、情報システムの進展に伴い、ユーザインターフェースとしての表示装置の重要性は大きくなっている。特には、目に優しく、高精細な画面で見やすく、かつ動画が遅れなしにくっきりと綺麗に見える高解像度、高速応答のディスプレイが要求されている。

自発光素子を用いた表示装置は、例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）のようなバックライトが不要なため、薄型、軽量化を実現でき、消費電力の面でも有利といわれている。
特に有機化合物を発光材料とする有機ＥＬ素子を用いた有機ＥＬディスプレイは、視野角が広く、コントラストが高く、視認性に優れている。また、直流低電圧駆動が可能であり、応答速度も速く、更に振動に強く、使用温度範囲も広いなどの特徴があり、次世代の表示素子として注目されている。

有機ＥＬ素子は、例えば、駆動用基板の上に、第１電極，発光層を含む有機層および第２電極が順に積層された構造を有している。このような有機ＥＬ素子では、発光層で発生した光は、ディスプレイのタイプにより、駆動用基板の側から取り出される場合もあるが、第２電極の側から取り出される場合もある。

ところで有機ＥＬ素子等を用いた表示装置を、例えば携帯端末用ディスプレイなどとして用いる場合、使用する周囲環境によって、周囲の明るさが異なるため、表示内容が認識しづらくなるという問題が生じる。
このため、多種の環境下でも視認性を高めるために、例えば据置型の表示装置などにおける通常の輝度より、表示輝度を高く設定しておくということが想定される。
しかし単に輝度を高く設定しておく手法では、逆に暗い場所では必要以上の明るい表示のために、表示内容が見づらくなる場合もあり、また消費電力の増大、素子への劣化促進といった性能劣化を招くことがある。

そこで周囲の明るさに応じて、表示輝度を制御することようにし、使用環境に左右されることなく、表示内容の視認性を確保することが提案されている。
このような周囲環境の明るさと連動して表示輝度を制御する技術として、例えば上記特許文献１では、情報を表示するための複数からなる表示部と、この表示部を制御駆動する駆動部と、表示部に対する照度を検出する照度検出手段と、この照度検出手段の検出結果に基いて表示部の輝度を制御する輝度制御手段とを備えた表示装置が開示されている。
これは、周囲の明るさを照度検出手段にて検出し、その検出結果に対応して各画素の輝度制御信号を輝度制御手段によって演算することで表示輝度調整を行うものである。

しかしながらこの場合、輝度制御信号に対する輝度の制御と、照度検出手段により検出される照度に対応する輝度の制御とを、上記輝度制御手段により共通に行うようにしているので、映像信号と照度信号とを混同した上での複雑な演算処理機能を必要としなければいけないという問題がある。

また、周囲の明るさを検出する手段としてフォトトランジスタを用い、その検出結果に応じて駆動電圧を制御する手法が上記特許文献２に開示されている。
ところがこの手法では、照度検出用にパネル外部に受光素子を設ける構成をとり、部品増加によってコストアップにつながりる。またパネル外部に配置された受光素子による一点位置での検出では、表示領域に対して明るさ検出できる位置に偏りが生じてしまうために環境照度を的確に検出することが難しいといった問題がある。

そこで本発明は、有機ＥＬ素子などの自発光素子を用いた表示装置において、環境によって外光照度が変動しても良好な視認性を維持するとともに、簡易な演算処理や適切な照度検出による適切な制御を実現することを目的とする。

本発明の表示装置は、自発光素子を用いた複数の画素が配列されるとともに、入力される映像信号に基づいて上記各画素の発光動作を制御して映像表示を実行させるスキャン回路を有する表示部と、上記表示部の発光輝度情報を得る輝度情報検出部と、上記表示部に対する外光照度情報を得る照度情報検出部と、上記発光輝度情報と上記外光照度情報に基づいて上記表示部の各画素の発光期間の調整値を算出し、該調整値に基づいて上記スキャン回路の動作を制御して表示部の表示輝度を調整する制御演算部とを備える。
例えば上記自発光素子は、有機エレクトロルミネッセンス素子である。
また上記制御演算部は、上記スキャン回路が上記各画素の発光期間を制御する発光制御信号のパルスデューティの調整値を算出して、上記スキャン回路を制御する。
また上記制御演算部は、外光照度に対する表示輝度設定値の対応情報を記憶し、入力される上記外光照度情報に基づいて上記対応情報を参照して表示輝度設定値を求め、表示輝度設定値と上記発光輝度情報に基づいて上記調整値を算出する。
また上記制御演算部は、外光照度に対する表示輝度の対応情報を記憶し、入力される上記発光輝度情報と上記外光照度情報に基づいて上記対応情報を参照し、上記調整値を算出する。

また上記輝度情報検出部は、上記表示部に供給する映像信号の各画素の輝度情報を記憶する第１のメモリ部と、上記表示部の各画素の発光光量を検出する受光センサと、上記受光センサで得られる各画素の光量を、各画素の輝度情報として記憶する第２のメモリ部とを有する。そして上記制御演算部は、上記第１のメモリ部に記憶された輝度情報と、上記第２のメモリ部に記憶された輝度情報とを、上記輝度情報検出部で得られる発光輝度情報として上記調整値の算出に用いる。
またこの場合、上記受光センサは、各画素の漏れ光の光量を検出するようにされ、上記第２のメモリ部は、上記受光センサで得られる各画素の漏れ光の光量を、各画素の輝度情報として記憶する。そして上記制御演算部は、上記第１のメモリ部に記憶された輝度情報に対して係数演算して得た値と、上記第２のメモリ部に記憶された輝度情報を用いて画素の発光輝度変化情報を検出する。
また上記受光センサは、表示面平面方向に見て、隣接する画素の各発光素子の間の領域に配置されている。
また上記照度情報検出部は、上記表示部において上記各画素が配列された画素領域の周縁部に積層形成されて外光光量を検出する受光センサを有する。
或いは上記照度情報検出部は、上記表示部の各画素領域に画素と共に積層形成されて外光光量を検出する受光センサを有する。

本発明の制御演算装置は、自発光素子を用いた複数の画素が配列されるとともに、入力される映像信号に基づいて上記各画素の発光動作を制御して映像表示を実行させるスキャン回路を有する表示部を備えた表示装置に用いられる制御演算装置であり、上記表示部の発光輝度情報と上記表示部に対する外光照度情報が入力されることに応じて、上記表示部の各画素の発光期間の調整値を算出し、該調整値に基づいて、上記スキャン回路が上記各画素の発光期間を制御する発光制御信号のパルスデューティを制御する。

本発明の表示駆動方法は、自発光素子を用いた複数の画素が配列されるとともに、入力される映像信号に基づいて上記各画素の発光動作を制御して映像表示を実行させるスキャン回路を有する表示部を備えた表示装置の表示駆動方法であり、上記表示部の発光輝度情報を得る輝度情報検出ステップと、上記表示部に対する外光照度情報を得る照度情報検出ステップと、上記発光輝度情報と上記外光照度情報に基づいて上記表示部の各画素の発光期間の調整値を算出し、該調整値に基づいて上記スキャン回路の動作を制御して表示部の表示輝度を調整する制御演算ステップとを備える。

即ち本発明では、発光輝度情報と外光照度情報を検出し、これらに基づいて上記表示部の各画素の発光期間の調整値を算出する。そして各画素の発光期間を調整することで、外光に応じて表示部の表示輝度を制御する。これにより表示部の表示内容について常に好適な視認性が得られるようにする。この場合、表示部の表示輝度は、画素の発光期間を制御することで、映像信号とは独立した制御となり、調整値の算出のために映像信号と関連づけて複雑な演算処理を行う必要はない。
また外光照度情報は、画素領域の周縁部又は画素部に積層して設けた受光センサを用いて検出することで、画素領域全体に対する外光照度を的確に検出できる。
また、表示部に供給する映像信号としての輝度信号値と、実際に画素での発光光量から発光輝度変化情報を検出し、これを調整値の算出に用いることで、有機ＥＬ素子等の輝度劣化にも応じて適切な調整値を算出できる。

本発明によれば、発光輝度情報と外光照度情報を検出し、これらに基づいて調整値を算出して表示部の各画素の発光期間を調整することで、外光に応じて表示部の表示輝度が適切に調整制御され、表示部の表示内容について常に好適な視認性が得られ、高品位な映像表示を実現できるという効果がある。
そしてさらに、表示部の表示輝度を、画素の発光期間により制御することで、映像信号映像信号と関連づけた複雑な演算処理を行わなくともよく、調整処理も簡易となる。映像信号の輝度値（信号値）を変化させるものではないため、表示映像のダイナミックレンジを低下させるということもない。
また外光照度情報は、画素領域の周縁部又は画素部に積層して設けた受光センサを用いて検出することで、画素領域全体に対する外光照度を的確に検出でき、これによって表示輝度の調整精度が向上される。
また、表示部に供給する映像信号としての輝度信号値と、実際に画素での発光光量から発光輝度変化情報を検出し、これを調整値の算出に用いることで、有機ＥＬ素子等の輝度劣化にも応じて適切な調整値を算出できるため、これも調整精度を向上させる。

以下、本発明の実施の形態を以下の順序で説明する。
［１．有機ＥＬ素子を用いた表示パネル構成例］
［２．画素構造］
［３．表示装置の構成例］
［４．デューティ制御処理］
［５．他の表示パネル構成例］

［１．有機ＥＬ素子を用いた表示パネル構成例］

まず本実施の形態の表示装置に採用できる、有機ＥＬ素子を用いた表示パネルの構成例を図１，図２で説明する。
図１に示すように、表示パネルは、画素（画素回路）１０がｍ行×ｎ列のマトリクス状に配列された画素アレイ部２０を備えるとともに、この画素アレイ部２０の各画素１０の発光動作を、入力される映像信号に応じて制御して映像表示を実行させるスキャン回路として水平セレクタ１１、ドライブスキャナ１２、ライトスキャナ１３、第１ＡＺスキャナ１４、第２ＡＺスキャナ１５を備える。

そして水平セレクタ１１により選択され、輝度情報に応じた映像信号を画素１０に対する入力信号として供給する信号線ＤＴＬ１、ＤＴＬ２・・・が、画素アレイ部２０に対して列方向に配されている。信号線ＤＴＬ１、ＤＴＬ２・・・は、画素アレイ部２０においてマトリクス配置された画素１０の列数分だけ配される。
また画素アレイ部２０に対して、行方向に走査線ＷＳＬ１，ＷＳＬ２・・・、走査線ＤＳＬ１，ＤＳＬ２・・・、走査線ＡＺＬ１−１，ＡＺＬ１−２・・・、走査線ＡＺＬ２−１，ＡＺＬ２−２・・・、が配されている。これらの走査線はそれぞれ、画素アレイ部２０においてマトリクス配置された画素１０の行数分だけ配される。
走査線ＷＳＬ（ＷＳＬ１，ＷＳＬ２・・・）はライトスキャナ１３により選択駆動される。
走査線ＤＳＬ（ＤＳＬ１，ＤＳＬ２・・・）はドライブスキャナ１２により選択駆動される。
走査線ＡＺＬ１（ＡＺＬ１−１，ＡＺＬ１−２・・・）は第１ＡＺスキャナ１４により選択駆動される。
走査線ＡＺＬ２（ＡＺＬ２−１，ＡＺＬ２−２・・・）は第２ＡＺスキャナ１５により選択駆動される。
ドライブスキャナ１２、ライトスキャナ１３、第１ＡＺスキャナ１４、第２ＡＺスキャナ１５は、それぞれ入力されるスタートパルスｓｐとクロックｃｋを基準として、設定された所定のタイミングで各走査線に選択パルスを与える。

図２に画素１０の構成例を示している。なお、図２では簡略化のため、信号線ＤＴＬと走査線ＷＳＬ，ＤＳＬ，ＡＺＬ１，ＡＺＬ２が交差する部分に配される１つの画素回路１０のみを示している。
この画素１０は、発光素子である有機ＥＬ素子１と、１個の保持容量Ｃ１と、サンプリングトランジスタＴ１、ドライブトランジスタＴ５、スイッチングトランジスタＴ３、第１の検知トランジスタＴ４、第２の検知トランジスタＴ２からなる５個のｎチャネル薄膜トランジスタとで構成されている。

保持容量Ｃ１は、一方の端子がドライブトランジスタＴ５のソースに接続され、他方の端子が同じくドライブトランジスタＴ５のゲートに接続されている。図では、ドライブトランジスタＴ５のソースノードをノードＮｄ１、ドライブトランジスタＴ５のゲートノードをノードＮｄ２として示している。従って、保持容量Ｃ１はノードＮｄ１とノードＮｄ２の間に接続されていることになる。
画素１０の発光素子は例えばダイオード構造の有機ＥＬ素子１とされ、アノードとカソードを備えている。有機ＥＬ素子１のアノードはドライブトランジスタＴ５のソース（ノードＮｄ１）に接続され、カソードは所定のカソード電位Ｖｃａｔに接続されている。

第１の検知トランジスタＴ４は、そのソースが第１の固定電位Ｖｓｓに接続され、そのドレインがドライブトランジスタＴ５のソース（ノードＮｄ１）に接続され、ゲートが走査線ＡＺＬ１に接続されている。
第２の検知トランジスタＴ２は、そのソースが第２の固定電位Ｖｏｆｓに接続され、そのドレインがドライブトランジスタＴ５のゲート（ノードＮｄ２）に接続され、そのゲートは走査線ＡＺＬ２に接続されている。
サンプリングトランジスタＴ１は、その一端が信号線ＤＴＬに接続され、他端がドライブトランジスタＴ５のゲート（ノードＮｄ２）に接続され、そのゲートが走査線ＷＳＬに接続されている。
スイッチングトランジスタＴ３は、そのドレインが電源電位Ｖｃｃに接続され、そのソースがドライブトランジスタＴ５のドレインに接続され、そのゲートが走査線ＤＳＬに接続されている。

サンプリングトランジスタＴ１は走査線ＷＳＬによって選択されたときに動作し、信号線ＤＴＬからの入力信号ＶｓｉｇをサンプリングしてノードＮｄ２を介し保持容量Ｃ１に保持させる。
ドライブトランジスタＴ５は、保持容量Ｃ１に保持された信号電位に応じて有機ＥＬ素子１を電流駆動する。
スイッチングトランジスタＴ３は走査線ＤＳＬによって選択されたときに導通して電源電位ＶｃｃからドライブトランジスタＴ５に電流を供給する。
第１，第２の検知トランジスタＴ４，Ｔ２は、それぞれ走査線ＡＺＬ１，ＡＺＬ２によって所定のタイミングで選択されることで導通される。この第１、第２の検知トランジスタＴ４，Ｔ２のオン／オフは、有機ＥＬ素子１の電流駆動に先立ってドライブトランジスタＴ５の閾値電圧Ｖｔｈを検知し、あらかじめその影響をキャンセルする為に該検知した閾値電圧を保持容量Ｃ１に保持する動作（閾値検出動作）に関連して実行される。

この画素１０の正常な動作を保証する為の条件として、固定電位Ｖｓｓは、固定電位ＶｏｆｓからドライブトランジスタＴ５の閾値電圧Ｖｔｈを差し引いたレベルよりも低く設定されている。すなわち、Ｖｓｓ＜Ｖｏｆｓ−Ｖｔｈである。
また固定電位Ｖｓｓは、有機ＥＬ素子１の閾値電圧Ｖｅｌと、カソード電位Ｖｃａｔの和より小さく設定されている（Ｖｓｓ＜Ｖｔｈｅｌ＋Ｖｃａｔ）。
また固定電位Ｖｏｆｓは、ドライブトランジスタＴ５の閾値電圧Ｖｔｈと、有機ＥＬ素子１の閾値電圧Ｖｔｈｅｌと、カソード電圧Ｖｃａｔの和よりも小さく設定されている（Ｖｏｆｓ＜Ｖｔｈ＋Ｖｔｈｅｌ＋Ｖｃａｔ）。
例えば固定電位Ｖｏｆｓはグランド電位、固定電位Ｖｓｓは負電位とされ、上記各条件を満たすようにされる。

［２．画素構造］

本例では、上記のように構成される画素１０のそれぞれにおいて、各画素１０の発光輝度を検出する輝度検出用受光センサと、外光照度（周囲の明るさ）を検出する照度検出用受光センサが配置される。
まず輝度検出用受光センサの配置について図３，図４、図５で説明する。
図３，図４に、画素１０の層構造を、駆動構成（上記図２の各トランジスタＴ１〜Ｔ５、容量Ｃ１、及び各種走査線や層間配線等）を省略した状態で示す。
図３，図４のそれぞれに示すように、画素１０の層構造としては支持基板３５、陽極３４、発光素子３３、陰極３２、光透明基板３１、対向支持基板３０を有する。

図３は、対向支持基板３０側から表示光を取り出す上面発光方式の場合の構造を示している。
支持基板３５は石英ガラスのような透明基板や、シリコン基板などが適時選択されて用いられる。なお支持基板３５はアクティブマトリックス方式ならびにパッシブマトリクス方式の両方の方式において適用可能である。
この支持基板３５上において、陽極３４と陰極３２に挟まれる形で有機ＥＬ層としての発光素子３３が設けられる。陽極３４，発光素子３３、陰極３２により図２に示した有機ＥＬ素子１が構成される。
発光素子３３が、それぞれ赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の各色に発光するものであって、上記図１に示したように、発光素子３３を有する画素１０が、表示パネル上に配列される。
陽極３４，発光素子３３，陰極３２から成る有機ＥＬ素子１の上には、光透明基板３１が形成され、さらにその上に対向支持基板３０が形成されている。

この図３の場合、発光素子３３からの表示光ＭＬは矢印で示す方向から取り出される。即ち発光素子３３からの表示光は、陰極３２，光透明基板３１，対向支持基板３０を通過して取り出される。つまり対向支持基板３０側が表示パネル前面側となる。このため陰極３２，光透明基板３１，対向支持基板３０は光透過材料が用いられる。

ここで、対向支持基板３０には、支持基板３５上に配線されている各種走査線の対向箇所に、輝度検出用受光センサ３６が積層されている。この輝度検出用受光センサ３６は、アモルファスシリコン半導体などの高感度受光センサであり、受光量に応じて電気信号を発生させることができるものであればよい。
そしてこの輝度検出用受光センサ３６は、破線矢印で示すように発光素子３３で発光される光の漏れ光ＭＬが入射され、入射光量に応じた電気信号を発生させる。つまり輝度検出用受光センサ３６は、表示面平面方向に見て、隣接する画素１０の各発光素子３３の間の領域に配置されている。
このように漏れ光ＭＬを検知する位置に配置されることで、輝度検出用受光センサ３６が表示光ＭＬを遮蔽しないようにされ、かつ各画素１０のそれぞれの発光光量を検知できるようにしている。

図４は、支持基板３５側から表示光を取り出すボトム発光方式の場合の構造を示している。
この場合も支持基板３５上において、陽極３４と陰極３２に挟まれる形で有機ＥＬ層としての発光素子３３が設けられ、さらに光透明基板３１、対向支持基板３０が形成されていることは同様である。
ただし、この場合、発光素子３３からの表示光ＭＬは矢印で示すように、陽極３４，支持基板３５を透過して取り出される。つまり支持基板３５側が表示パネル前面側となる。このため、陽極３４，支持基板３５は光透過材料が用いられる。この場合、陰極３２や対向支持基板３０は光透過材料である必要はない。

そしてこの場合、陽極３４と同層に輝度検出用受光センサ３６が積層される。この輝度検出用受光センサ３６により漏れ光ＳＬの光量に応じた電気信号が取り出される。この場合も、輝度検出用受光センサ３６は、表示面平面方向に見て、隣接する画素１０の各発光素子３３の間の領域に配置されている。そしてこのように漏れ光ＭＬを検知する位置に配置されることで、輝度検出用受光センサ３６が表示光ＭＬを遮蔽しないようにされ、かつ各画素１０のそれぞれの発光光量を検知できるようにしている。

例えばこの図３又は図４のような構造とすることで、各画素１０に対応して輝度検出用受光センサ３６を配置でき、しかもそれらは表示光ＭＬを遮断しないようにされる。
また、ここで輝度検出用受光センサ３６による漏れ光ＳＬの光量のモニタリングに関しては、本来の発光強度の２０％以下の光漏れ量のみを検出する制限を設けることで、他の光散乱漏れ光量をモニタリングすることを防止する。

図５に画面平面方向にみた画素と輝度検出用受光センサ３６の配置関係を模式的に示す。図５においては、図１のようにマトリクス状に配置される画素１０の一部を示しているが、例えばスキャン方向（図１の信号線ＤＴＬの配線方向）に、同一色の画素が並ぶ構成とされる。即ち画素１０Ｒ−１、１０Ｒ−２、１０Ｒ−３・・・としてのＲ画素の列、画素１０Ｇ−１、１０Ｇ−２、１０Ｇ−３・・・としてのＧ画素の列、画素１０Ｂ−１、１０Ｂ−２、１０Ｂ−３・・・としてのＢ画素の列が形成される。このような各色の画素列が、画面全体にわたって順次形成されている。
そして破線で囲って示すように、隣り合ったＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素で、１つのカラー画素ＣＧが形成される。

輝度検出用受光センサ３６は、図示のように、同一発光色の画素の間となる位置に形成されるものとなる。上記のように輝度検出用受光センサ３６は各画素１０の発光素子の漏れ光ＳＬを検出するものとなるが、１つの輝度検出用受光センサ３６はその両側の画素１０の漏れ光ＳＬが入射される。
例えば画素１０Ｒ−２と画素１０Ｒ−３の間に配置された輝度検出用受光センサ３６Ａに注目してみると、この輝度検出用受光センサ３６Ａには、破線で示すように画素１０Ｒ−２と画素１０Ｒ−３の両方からの漏れ光ＳＬが入射されてしまう。
例えばこの輝度検出用受光センサ３６Ａが、画素１０Ｒ−２に対して設けられているとした場合、次のようにして画素１０Ｒ−２の発光輝度の情報を得ることができる。

まず各画素１０は信号ＤＴＬで供給される信号に応じた輝度で発光されることになるが、各画素１０についての信号値は既知の値であり、例えば図１の水平セレクタ１１から取り出すことができる。そこで輝度検出用受光センサ３６で検出された光量に応じた電気信号について、その隣接画素に対する信号値を用いて演算することで、１つの画素の発光輝度の情報として取り出すことができる。
例えば画素１０Ｒ−２に供給された信号値を「ａ」、画素１０Ｒ−３に供給された信号値を「ｂ」とし、輝度検出用受光センサ３６Ａで得られた電気信号値を「ｃ」とした場合、
ｃ×（ａ／（ａ＋ｂ））
の演算により、画素１０Ｒ−２の発光輝度の情報を得ることができる。

画素１０の部分の層構造が上記図３又は図４のようにされる場合、外光照度を検出するための照度検出用受光センサは画素領域の周縁部に形成される。
図６（ａ）は表示パネルを形成する画素領域を示しているが、領域２１は、上述したようにマトリクス状に画素１０が配列された画素アレイ部２０が形成される。そしてその周縁部となる領域２２には、照度検出用受光センサ３７が形成される。
照度検出用受光センサ３７は、図６（ｂ）のように受光素子としての機能を有する有機ＥＬ素子２と抵抗成分Ｒ１から構成できる。受光素子として用いられる有機ＥＬ素子２は、外光の明るさに応じて電流を発生する。この電流は抵抗成分Ｒ１によって照度情報となる電圧信号ＶLOに変換されて出力される。
このような照度検出用受光センサ３７は、図６（ａ）の領域２２において、所定の間隔にて多数配置される。
なお、画素領域の層構造が図３の例の場合は、輝度検出用受光センサ３６ならびに照度検出用受光センサ３７は、発光素子３３としての有機ＥＬ素子１と同一プロセス内で対向支持基板３０上に形成される。
また図４の例の場合も、輝度検出用受光センサ３６ならびに照度検出用受光センサ３７は、発光素子３３と同一プロセス内で形成できる。

図７，図８は、照度検出用受光センサ３７も各画素領域に形成する例である。
図７は図３と同じく上面発光方式の層構造であるが、この場合、漏れ光ＳＬを受光する輝度検出用受光センサ３６の上面側に、外光を受光する照度検出用受光センサ３７を積層した構造としている。
図８は図４と同じくボトム発光方式の層構造であり、この場合、漏れ光ＳＬを受光する輝度検出用受光センサ３６の下面側に、光透過材料の支持基板３５を介して入射される外光を受光する照度検出用受光センサ３７を積層した構造としている。
この図７，図８の構造の場合も、輝度検出用受光センサ３６、照度検出用受光センサ３７は、発光素子３３と同一プロセス内で形成できる。

以上各例を示したが、照度検出用受光センサ３７については、図６（ａ）の領域２２としての周縁部に所定間隔で設けたり、図７，図８のように画素領域に積層して設けることで、画面全体に対する外光照度を的確に検出できる。
また表示パネル外部に外光を受光するためのセンサを別に配置する必要もない。

［３．表示装置の構成例］

実施の形態の表示装置の要部の構成例を図９に示す。
本例の表示装置は、パネルモジュール４０、メモリ部４３、Ａ／Ｄ変換器４４、４５、メモリ部４６、制御演算部５０を備える。

パネルモジュール４０は、図１〜図８により説明してきた構成の表示パネルを有し、入力される映像信号に基づいて映像表示を行う。
即ち図１で述べたように各画素１０が配列される画素アレイ部２０と、スキャン回路としての水平セレクタ１１、ドライブスキャナ１２、ライトスキャナ１３、第１ＡＺスキャナ１４、第２ＡＺスキャナ１５を備える。

メモリ部４３は、入力部４１から入力されてパネルモジュール４０に供給される映像信号、つまり画面を構成する全画素の輝度レベルを記憶する。入力映像信号は、一旦メモリ部４３に記憶された後、読み出されてパネルモジュール４０に供給される。
このメモリ部４３には、映像信号の数フレーム分の記憶領域を有し、現在のフレームから過去に数フレームにわたって、各フレームの全画素についての輝度レベルを記憶する。
後述する制御演算部５０の処理として、発光輝度変化量の検出が行われるが、その際、輝度検出用受光センサ３６で検出される輝度情報と、その輝度情報が得られた際の輝度信号値における輝度情報の比較が行われる。つまり入力映像信号における輝度レベルと、実際に検出された輝度レベルの比較が行われるが、そのためには輝度検出用受光センサ３６によって得られる輝度情報が制御演算部５０に読み込まれる際に、その比較対象となる入力映像信号の輝度情報が保持されていなければならない。このためにメモリ部４３において、入力映像信号のパネルモジュール４０への供給タイミングから、比較処理のタイミングまでの時間差を考慮して、現在より数フレーム期間の輝度レベルが記憶されることとなる。実際に何フレーム期間を記憶できるようにするかは、映像信号入力から発光輝度変化量検出処理までの時間差に応じて設定されればよい。

Ａ／Ｄ変換器４４は、上記のように各画素１０についての設けられている各輝度検出用受光センサ３６で得られる電気信号をデジタルデータ値に変換する。
そしてＡ／Ｄ変換器４４でデジタルデータ化された各画素１０の輝度情報は、メモリ部４６に記憶される。例えばメモリ部４６は１フレーム分の各画素１０の輝度情報を記憶する。メモリ部４６に記憶された輝度情報は、制御演算部５０によって読み出され、後述する発光輝度変化量の検出処理に用いられる。
なお、上記のように輝度検出用受光センサ３６は、各画素１０についての漏れ光ＳＬの光量に応じた電気信号を出力するが、輝度検出用受光センサ３６自体の出力は、隣接画素からの漏れ光成分も含んでいる。このため図５で説明した隣接画素からの漏れ光成分をキャンセルする演算が行われ、その演算結果としての電気信号値がＡ／Ｄ変換器４４でデジタルデータ化されるものとすればよい。

Ａ／Ｄ変換器４５は、上記のように画素アレイ部２０の周縁部となる領域２２、もしくは各画素１０に対応して設けられている各照度検出用受光センサ３７で得られる照度情報の信号（図６（ｂ）に示した電圧信号ＶLO）をデジタルデータ値に変換する。
そしてＡ／Ｄ変換器４５でデジタルデータ化された照度情報は、制御演算部５０に供給される。

制御演算部５０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）を備えたマイクロコンピュータ、或いはＤＳＰ（Digital Signal Processor）などにより形成することができる。
この制御演算部５０は、所定の演算処理及びパネルモジュール４０のスキャナ回路に対する制御を行って、外光照度に対応して適切な表示映像の視認性を得る処理を行う。
特には、表示輝度を調整制御するために、各画素の発光期間を調整する。具体的には、図１，図２に示したドライブスキャナ１２が走査線ＤＳＬ（ＤＳＬ１，ＤＳＬ２・・・）に与える発光制御信号のパルスデューティを可変制御することで、表示輝度を制御する。

なお、この図９ではマイクロコンピュータ等で制御演算部５０が形成されるとして示しているが、例えばメモリ部４３，４６、Ａ／Ｄ変換器４４，４５を含む一点鎖線で囲った範囲を、１つのマイクロコンピュータ、或いは映像処理ＤＳＰなどにより構成することもできる。

図１０には、制御演算部５０が上記調整制御を実現するための機能構成を示している。図１０において制御演算部５０内に示す構成は、ソフトウエアにより実現されればよい。もちろん、制御演算部５０がマイクロコンピュータ等で形成されるのは一例であり、図１０の構成をハードウエアで実現する構成も想定される。

図１０に示すように制御演算部５０には、係数乗算処理部５１、発光輝度検知部５２、照度演算部５３、調整値生成部５４、デューティ制御部５５が設けられる。

係数乗算処理部５１は、メモリ部４３に記憶された入力映像信号の各画素の輝度レベルに対して係数乗算を行って発光輝度変化検知部５２に供給する。

発光輝度検知部５２は、各画素１０での発光輝度を検出する。
このために発光輝度検知部５２はメモリ部４３に記憶された入力映像信号の各画素の輝度レベルを読み込み、各画素１０で発光されているはずの輝度レベルを認識する。
さらに発光輝度検知部５２は、係数乗算処理部５１を介して供給される入力映像信号の各画素の輝度レベルと、メモリ部４６から読み出される各画素の実際の発光輝度のレベルを比較し、発光輝度の変化量を検出する。

発光輝度の変化量は、実際に画素に与えられる信号値（輝度レベル）と、その画素で実際に発光された輝度レベルの差分（又は割合）である。
有機ＥＬ素子１においては、発光に伴う発熱などによって各有機層の劣化が生じ、発光輝度が低下し、発光自体が不安定になるなどの経時的劣化の特性が存在している。
また有機ＥＬ素子は発光ダイオード特性を示し、温度上昇に伴ってデバイスに流れる電流は比例して大きくなるため、結果的に発光輝度と劣化は比例関係にあり、そのために発光駆動が劣化を促進することにもなる。つまり温度と輝度に応じて、輝度劣化が進行する。
このため各画素１０においては、必ずしもメモリ部４３に記憶された輝度信号値のとおりの発光輝度が得られているかはわからない。そこで、入力映像信号の各画素の輝度レベル（メモリ部４３に記憶された輝度信号値）を読み込むと共に、発光輝度変化量を検出し、発光輝度変化量によって輝度情報を補正することで、実際の表示出力としての輝度を求めるようにしている。

発光輝度変化量を求めるには、入力映像信号における輝度レベルと、実際に発光された輝度レベルを比較すればよい。但し上述のように、各画素１０の発光光量は、輝度検出用受光センサ３６が漏れ光ＳＬを受光することで検出される。従ってメモリ部４３に記憶された入力映像信号の各画素１０に対する輝度レベルと、メモリ部４６に記憶された各画素１０で検出された輝度レベルをそのまま比較することは適切ではない。
そこで係数乗算処理部５１では、メモリ部４３から読み出される輝度レベルについて、例えば２０％乗算を行うようにする。これは、輝度検出用受光センサ３６で検出される漏れ光ＳＬが発光素子３３の表示光ＭＬに対して２０％程度である場合に、メモリ部４３から読み出される輝度レベルの値を、漏れ光ＳＬの光量レベルに合わせ込む処理となる。このように係数乗算処理部５１で係数乗算することで、発光輝度変化検知部５２で適切に発光輝度変化量を検出できるようにする。
このように発光輝度変化量を求めたら、それを用いてメモリ部４３から読み込んだ輝度情報を補正することで、実際に表示出力されている輝度レベルを検出できる。
発光輝度検知部５２は、このようにして算出した発光輝度の情報を調整値生成部５４に供給する。

照度演算部５３は、各照度検出用受光センサ３７で検出され、Ａ／Ｄ変換器４５を介して入力される各照度情報から、現在の外光照度のレベルを算出する。
そして照度演算部５３は、外光照度に対する表示輝度設定値の対応情報（後述する図１３の情報）を記憶しており、外光照度の値に基づいて対応情報を参照して表示輝度設定値を求める。表示輝度設定値とは、現在の外光照度に応じて良好な視認性を保つための適切な表示輝度の値である。
そして算出した表示輝度設定値の情報を調整値生成部５４に供給する。

調整値生成部５４は、発光輝度検知部５２で検出された発光輝度と、照度出演算部５３から供給される表示輝度設定値、現在の外光照度に応じた表示輝度の情報を用いて、規格化された制御パラメータを生成する。
即ち調整値生成部５４は、現在の発光輝度と、現在の外光照度に応じた好適な表示輝度としての表示輝度設定値との差分を算出するとともに、その差分に応じて、パネルモジュール４０での各画素１０の平均輝度が、現在の外光照度に応じた好適な表示輝度となるように発光輝度を調整するための調整値を算出する。この調整値は、各画素１０での発光期間を調整する値であり、ドライブスキャナ１２が走査線ＤＳＬに与える発光制御信号のパルスデューティの調整値である。

デューティ制御部５５は、調整値生成部５４で算出された調整値に基づいて、発光制御信号のパルスデューティが調整されるようにパネルモジュール４０におけるドライブスキャナ１２を制御する。
例えば図１２（ａ）は垂直同期信号により１フレームの期間を示しており、図１２（ｂ）（ｃ）にドライブスキャナ１２が走査線ＤＳＬに与える発光制御信号を示している。図１２（ｂ）はパルスデューティが２５％とされた場合、図１２（ｃ）はパルスデューティが５０％とされた場合である。
図２の画素１０の回路からわかるように、この発光制御信号は走査線ＤＳＬによりスイッチングトランジスタＴ３のゲートに印加される。スイッチングトランジスタＴ３は、そのドレインが電源電位Ｖｃｃに接続され、そのソースがドライブトランジスタＴ５のドレインに接続されており、スイッチングトランジスタＴ３は走査線ＤＳＬからの発光制御信号がＨレベルとされた期間に導通して、電源電位ＶｃｃからドライブトランジスタＴ５に電流を供給する。つまり、この発光制御信号のＨレベル期間の長さ（パルスデューティ）により有機ＥＬ素子１の１フレーム内での発光期間が制御される。
従って、デューティ制御部５５が、調整値生成部５４で算出された調整値に基づいて、発光制御信号のパルスデューティが調整されるようにドライブスキャナ１２を制御することで、各画素１０の発光期間（発光／非発光の割合）が可変制御され、これによって表示輝度が可変制御されることになる。

［４．デューティ制御処理］

以上の構成で実行されるデューティ制御処理について説明する。
図１１は制御演算部５０において繰り返し継続的に実行されるデューティ制御処理を示している。

制御演算部５０は、ステップＦ１０１で発光輝度検知部５２により発光輝度を検出する。即ち発光輝度検知部５２が、メモリ部４６からの、輝度検出用受光センサ３６で検出された信号に基づく各画素で発光された輝度情報を取り込み、またそのタイミングに合わせて処理対象となっているフレームについて、メモリ部４３からの各画素へ入力した信号値としての輝度レベルを取り込む。さらに、メモリ部４３の信号値としての輝度レベルに２０％の係数乗算した値を係数乗算処理部５１を介して取り込む。
そして上記のように、発光輝度変化量を算出し、入力映像信号の各画素の輝度レベル（メモリ部４３から取り込んだ輝度信号値）を発光輝度変化量によって補正することで、実際の表示出力としての輝度レベルの情報を求める。

制御演算部５０はステップＦ１０２では、照度演算部５３が表示輝度設定値を算出する。即ち照度演算部５３はＡ／Ｄ変換器４５を介して取り込んだ照度情報から、現在の照度を求める。
照度演算部５３は例えば図１３に示すような照度と表示輝度との対応情報を記憶している。例えば表示輝度の範囲として１５０〜３００ｃｄ／ｍ²を想定した場合、外光照度（Ｌｘ）に応じた表示輝度の設定値を、図１３に示すように対応させた対応情報を設定しておく。即ち照度Ｐ以下の場合は、表示輝度設定値＝１５０ｃｄ／ｍ²、外光照度が照度Ｐを越えたら表示輝度設定値も徐々に高くなり、照度Ｑ以上は、表示輝度設定値＝３００ｃｄ／ｍ²とするような対応情報である。これは外光照度のレベルに応じて良好な視認性を得るための表示輝度の情報である。
照度演算部５３は、検出した現在の外光照度のレベルを用いてこのような対応情報を参照し、表示輝度設定値、つまり現在の外光照度のレベルに応じて適した表示輝度を求める。

次に制御演算部５０は、ステップＦ１０３で調整値生成部５４により調整値を算出する。即ち発光輝度情報と表示輝度設定値の差分を求め、その差分に応じて各画素１０の発光期間を調整する調整値を求める。
そして制御演算部５０はステップＦ１０４では、調整値生成部５４で算出された調整値に基づいて、デューティ制御部５５がドライブスキャナ１２を制御し、発光制御信号のパルスデューティを可変調整する。

ここで、有機ＥＬ素子１の発光期間を「DUTY」、ピーク輝度を「Lmax」、有機ＥＬ素子１の平均輝度を「L average」とすると、その関係は、
L average = L max × DUTY
となる。
図１２における１フレームあたり（１６．７７ｍｓｅｃ）における発光時間をデューティ１００％とした場合、デューティ２５％の発光時間で１５０ｃｄ／ｍ²の平均輝度が得られ、デューティ５０％の発光時間で３００ｃｄ／ｍ²の平均輝度が得られるように設計されているとすると、パルスデューティを２５％〜５０％の範囲で制御することで、図１３の対応情報による表示輝度設定値が外光照度に応じて実現されるように調整できることになる。

この図１１の処理が繰り返されることで、パネルモジュール４０における表示画面の平均輝度が外光照度に応じて調整される。即ち周囲環境に応じた表示輝度制御を実行できる常に視認性を確保できる。
また、入力映像信号の輝度レベル情報とは独立して、ドライブスキャナ１２に対するデューティ制御を行って表示輝度調整を実現しているので、低輝度表示においても、ダイナミックレンジが低下することなく、高品位の画質提供が可能となる。
また、表示部に供給する映像信号としての輝度信号値と、実際に画素での輝度検出用受光センサ３６で得られる発光輝度情報から発光輝度変化量を検出し、これを調整値の算出に用いている。即ちメモリ部４３から読み出した輝度レベルを、発光輝度変化量で補正して正確な発光輝度情報を算出している。そしてこれを調整値の算出に用いることで、有機ＥＬ素子１の輝度劣化の進行状況にも応じて適切な調整値を算出できるため、調整精度を向上させるものとなる。
また外光照度情報は、画素領域の周縁部又は画素部に積層して設けた照度検出用受光センサ３７を用いて検出することで、画素領域全体に対する外光照度を的確に検出でき、これによっても表示輝度の調整精度が向上される。

［５．他の表示パネル構成例］

上記図１，図２では、画素１０を構成する画素回路に５つのトランジスタと１つの容量を用いた構成を示したが、有機ＥＬディスプレイとしては、さらに多種多様な画素回路構成が知られている。例えば図１４のように、２つのトランジスタと１つの容量を用いた画素回路構成がある。

この図１４では、図２と同様に、１つの画素回路のみを示しているが、この回路構成を持つ画素１０が図１のようにマトリクス状に配置されている。
そして各画素１０の発光動作を、入力される映像信号に応じて制御して映像表示を実行させるスキャン回路として水平セレクタ１１、ドライブスキャナ１２、ライトスキャナ１３を備える。
画素１０は、図示するように発光素子である有機ＥＬ素子１と、１個の保持容量Ｃ１と、サンプリングトランジスタＴ１０、ドライブトランジスタＴ１１としての２つのｎチャネル薄膜トランジスタとで構成されている。
そしてドライブスキャナ１２からの走査線ＤＳＬがドライブトランジスタＴ１１のドレインに接続される。

サンプリングトランジスタＴ１０は走査線ＷＳＬによって選択されたときに動作し、信号線ＤＴＬからの入力信号をサンプリングして保持容量Ｃ１に保持させる。
ドライブトランジスタＴ５は、走査線ＤＳＬにより発光制御信号が印加された期間、保持容量Ｃ１に保持された信号電位に応じて有機ＥＬ素子１を電流駆動する。
つまりこの構成は、ドライブスキャナ１２が各画素１０に印加する発光制御信号がＨレベルの期間に、有機ＥＬ素子１への電流印加が行われて発光駆動されることになる。そしてこのような構成においても、走査線ＤＳＬに与えられる発光制御信号のパルスデューティを可変制御することで、有機ＥＬ素子１の発光期間が制御されることになり、つまり上述してきた例の場合と同様に表示輝度調整を実行することができる。

以上、実施の形態を説明してきたが、本発明は実施の形態に限定されず、多様な変形例が考えられる。
実施の形態では輝度調整する対象の画素について特に言及しなかったが、例えば赤色を発光するＲ画素、緑色を発光するＧ画素、青色を発光するＢ画素のそれぞれを別にして３系統で調整値を算出し、発光色毎に発光期間を調整制御するようにしてもよい。
さらに白色を発光するＷ画素が設けられる場合に、そのＷ画素も含めて４系統で調整値を算出し、発光色毎に発光期間を調整制御するようにしてもよい。

また有機ＥＬディスプレイの例で述べたが、本発明は自発光素子を用いた表示装置に好適であり、ＬＥＤディスプレイ、ＰＤＰ（Plasma Display Panel）などの他の表示装置にも適用できる。

本発明の実施の形態の有機ＥＬ表示パネルの構成の説明図である。 実施の形態の画素回路の説明図である。 実施の形態の画素の層構造の説明図である。 実施の形態の画素の層構造の説明図である。 実施の形態の輝度検出用受光センサの配置の説明図である。 実施の形態の照度検出用受光センサの説明図である。 実施の形態の画素の層構造の説明図である。 実施の形態の画素の層構造の説明図である。 実施の形態の表示装置の要部のブロック図である。 実施の形態の表示装置の制御演算部の機能構成のブロック図である。 実施の形態のデューティ制御処理のフローチャートである。 実施の形態の発光制御信号のパルスデューティの説明図である。 実施の形態の照度と表示輝度設定値の対応情報の説明図である。 実施の形態の他の画素回路の説明図である。

符号の説明

１ 有機ＥＬ素子、１０ 画素 ３６ 輝度検出用受光センサ、３７ 照度検出用受光センサ、４０ パネルモジュール、４３，４６ メモリ部、５０ 制御演算部、５１ 係数乗算処理部、５２ 発光輝度検知部、５３ 照度演算部、５４ 調整値生成部、５５ デューティ制御部

Claims (11)

1. 自発光素子を用いた複数の画素が配列されるとともに、入力される映像信号に基づいて上記各画素の発光動作を制御して映像表示を実行させるスキャン回路を有する表示部と、
   上記表示部の発光輝度情報を得る輝度情報検出部と、
   上記表示部に対する外光照度情報を得る照度情報検出部と、
   上記発光輝度情報と上記外光照度情報に基づいて、上記表示部の各画素の発光期間の調整値を算出し、該調整値に基づいて上記スキャン回路の動作を制御して表示部の表示輝度を調整する制御演算部と、
   を備えたことを特徴とする表示装置。
2. 上記自発光素子は、有機エレクトロルミネッセンス素子であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 上記制御演算部は、上記スキャン回路が上記各画素の発光期間を制御する発光制御信号のパルスデューティの調整値を算出して、上記スキャン回路を制御することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
4. 上記制御演算部は、外光照度に対する表示輝度設定値の対応情報を記憶し、入力される上記外光照度情報に基づいて上記対応情報を参照して表示輝度設定値を求め、表示輝度設定値と上記発光輝度情報に基づいて上記調整値を算出することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
5. 上記輝度情報検出部は、
   上記表示部に供給する映像信号の各画素の輝度情報を記憶する第１のメモリ部と、
   上記表示部の各画素の発光光量を検出する受光センサと、
   上記受光センサで得られる各画素の光量を、各画素の輝度情報として記憶する第２のメモリ部とを有し、
   上記制御演算部は、上記第１のメモリ部に記憶された輝度情報と、上記第２のメモリ部に記憶された輝度情報とを、上記輝度情報検出部で得られる発光輝度情報として上記調整値の算出に用いることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
6. 上記受光センサは、各画素の漏れ光の光量を検出するようにされ、上記第２のメモリ部は、上記受光センサで得られる各画素の漏れ光の光量を、各画素の輝度情報として記憶するとともに、
   上記制御演算部は、上記第１のメモリ部に記憶された輝度情報に対して係数演算して得た値と、上記第２のメモリ部に記憶された輝度情報を用いて画素の発光輝度変化情報を検出することを特徴とする請求項５に記載の表示装置。
7. 上記受光センサは、表示面平面方向に見て、隣接する画素の各発光素子の間の領域に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の表示装置。
8. 上記照度情報検出部は、
   上記表示部において上記各画素が配列された画素領域の周縁部に積層形成されて外光光量を検出する受光センサを有することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
9. 上記照度情報検出部は、
   上記表示部の各画素領域に画素と共に積層形成されて外光光量を検出する受光センサを有することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
10. 自発光素子を用いた複数の画素が配列されるとともに、入力される映像信号に基づいて上記各画素の発光動作を制御して映像表示を実行させるスキャン回路を有する表示部を備えた表示装置に用いられる制御演算装置として、
    上記表示部の発光輝度情報と上記表示部に対する外光照度情報が入力されることに応じて、上記表示部の各画素の発光期間の調整値を算出し、該調整値に基づいて、上記スキャン回路が上記各画素の発光期間を制御する発光制御信号のパルスデューティを制御することを特徴とする制御演算装置。
11. 自発光素子を用いた複数の画素が配列されるとともに、入力される映像信号に基づいて上記各画素の発光動作を制御して映像表示を実行させるスキャン回路を有する表示部を備えた表示装置の表示駆動方法として、
    上記表示部の発光輝度情報を得る輝度情報検出ステップと、
    上記表示部に対する外光照度情報を得る照度情報検出ステップと、
    上記発光輝度情報と上記外光照度情報に基づいて、上記表示部の各画素の発光期間の調整値を算出し、該調整値に基づいて上記スキャン回路の動作を制御して表示部の表示輝度を調整する制御演算ステップと、
    を備えたことを特徴とする表示駆動方法。

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