JP2009075240A

JP2009075240A - 有機ｅｌ表示装置

Info

Publication number: JP2009075240A
Application number: JP2007242567A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Maeda; 智之前田
Original assignee: Toshiba Matsushita Display Technology Co Ltd
Current assignee: Japan Display Central Inc
Priority date: 2007-09-19
Filing date: 2007-09-19
Publication date: 2009-04-09

Abstract

【課題】フレームメモリを用いずに過電流を防止することができる有機ＥＬ表示装置を提供する。
【解決手段】１行毎の発光画素の階調情報に基づいて表示領域で表示中の全発光画素の発光電流量を検出し、この発光電流量が基準電流量を超えた場合には、発光期間を短くするものである。
【選択図】図７

Description

本発明は、有機ＥＬ表示装置に関するものである。

最近は、有機ＥＬ表示装置が実用化され、携帯電話に搭載されている。このような携帯電話においては、消費電力量の抑制や充電池の保護のために、有機ＥＬ表示装置に供給する電流のピーク電流を抑制する必要がある。

そのため、従来の有機ＥＬ表示装置においては、１フレーム分の画像情報をフレームメモリに記憶させ、次のフレームを表示させる前に、供給する電流を、前記記憶したフレームの明るさに応じて抑制をしている。このため、暗い画面から明るい画面に急に変わった場合でも、有機ＥＬ表示装置の各発光画素を発光させるための発光電流量が基準電流量を超えて過電流となることがない（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−３０１２９８公報

上記のようなフレームメモリを有する有機ＥＬ表示装置においては、予め次に表示するフレームに関する情報が分かるため、過電流を抑えることができる。しかしながら、このフレームメモリは高価であり、コストを低下させるためにはフレームメモリを使用しないほうがよい。

しかしながら、図１０に示すように、フレームメモリを持たない場合には、表示中のフレームから次のフレームに移行する場合に、次のフレームの階調電圧に関する情報が不明であるため、過電流を抑えることができない。例えば、黒画面から白画面に急に変化する場合に、白画面に関する階調情報が不明であるため、一時的には基準電流量を超える発光電流量が流れることとなる。

そこで、本発明は上記問題点に鑑み、フレームメモリを用いずに過電流を防止することができる有機ＥＬ表示装置を提供する。

本発明は、ｎ行ｘｍ列のマトリックス状に配された複数の発光画素から構成された表示領域と、前記各発光画素のそれぞれに画像データを出力するソースドライバーと、前記各発光画素のそれぞれに前記画素データを書き込ませる第１ゲート信号と、前記第１ゲート信号に同期して前記発光画素を発光させるための第２ゲート信号を出力するゲートドライバーと、を有する有機ＥＬ表示装置において、ａ行（但し、１＝＜ａ＜ｎである）毎の発光画素の前記画像データのおける階調情報に基づいて、前記表示領域で表示中の全発光画素の発光電流量を検出する検出部と、前記発光電流量と基準電流量と比較する比較部と、前記発光電流量が前記基準電流量より大きいときは発光を停止させる停止部と、前記発光電流量が前記基準電流量より小さいときは設定発光期間で前記各発光画素をそれぞれ発光させる発光部と、を備えた有機ＥＬ表示装置である。

本発明によれば、表示領域で表示中の全発光画素の発光電流量が、基準電流量より大きいときには発光を停止させるため、過電流が発生しない。

以下、本発明の一実施形態の有機ＥＬ表示装置１０について図面に基づいて説明する。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態の有機ＥＬ表示装置１０について図１〜図７に基づいて説明する。

本実施形態の有機ＥＬ表示装置１０は、携帯電話に搭載されるものであって、例えば２．５インチのＱＶＧＡ型、すなわち、２４０（Ｒ，Ｇ，Ｂｘ２４０）ｘ３２０画素である。

（１）有機ＥＬ表示装置１０の構成
有機ＥＬ表示装置１０の構成について図１に基づいて説明する。図１は、有機ＥＬ表示装置１０の全体図である。

図１に示すように、有機ＥＬ表示装置１０は、有機ＥＬパネル１２の横方向にソースドライバー１４が配置され、縦方向にゲートドライバーが配されている。また、ソースドライバー１４とゲートドライバー１６を制御するためにコントロールＩＣ１８が配置され、有機ＥＬパネル１２の電源を制御するために電源ＩＣ２０が配置されている。

さらに、本実施形態では上記構成に加え、ゲートドライバー１４内部には、シフトレジスター４６と、行毎の階調情報を記憶する記憶領域を有するメモリ４８が含まれている。

有機ＥＬパネル１２は、アレイ基板に封止部材を貼り合わせたものであり、アレイ基板上には、２４０ｘ３ｘ３２０個の発光画素２２がマトリックス状に配置されている。

アレイ基板上には、縦方向に２４０ｘ３本のソース線２４が配線され、このソース線２４とほぼ直交するように３２０本の第１ゲート線２６が配線されている。また、この第１ゲート線２６と平行に３２０本の第２ゲート線２８が配線されている。そして、この第１ゲート線２６とソース線２４の交差部のそれぞれに発光画素２２が形成されている。

（２）発光画素２２の構成と動作状態
発光画素２２の構成について図２に基づいて説明する。図２は、定電流式の発光画素２２の等価回路である。

各発光画素２２は、４個の薄膜トランジスタである第１ＴＦＴ３０〜第４ＴＦＴ３６、ＥＬ素子３８、コンデンサ４０とから構成されている。

第１ＴＦＴ３０のゲート端子Ｇは、第２ＴＦＴ３２のソース端子に接続されている。第２ＴＦＴ３２及び第３ＴＦＴ３４のゲート端子は、第１ゲート線２６に接続されている。第１ＴＦＴ３０のドレイン電極Ｄは、第２ＴＦＴ３２のドレイン電極、第３ＴＦＴ３４のソース電極、第４ＴＦＴ３６のソース電極に接続されている。第３ＴＦＴ３４のドレイン電極はソース線２４に接続されている。第４ＴＦＴ３６のゲート端子は第２ゲート線２８に接続され、第４ＴＦＴ３６のドレイン電極はＥＬ素子３８のアノード電極に接続されている。

第１ＴＦＴ３０のソース電極Ｓは、電源ＩＣ２０のカソード配線４２が接続され、電源ＩＣ２０からＶｄｄの電圧が供給される。

ＥＬ素子３８のアノード電極は、電源ＩＣ２０のアノード配線４４と接続され、Ｖｋの電圧が印加されている。

この発光画素２２の動作状態について説明する。

第１ゲート線２６にオン電圧を印加することにより第１ＴＦＴ３０及び第３ＴＦＴ３４を通して、ＥＬ素子３８に流すべき電流値ｉをソースドライバー１４から流す。また、第１ＴＦＴ３０のゲート端子とドレイン端子の間を短絡するように第２ＴＦＴ３２が第１ゲート線２６にオン電圧を印加されることにより開き、また、第１ＴＦＴのゲート端子とソース端子の間に接続されたコンデンサ（キャパシタ、蓄積容量、負荷容量）４０に前記電流値ｉを流すように第１ＴＦＴ３０のゲート電圧を記憶する。

次に、第１ゲート線２６にオフ電圧を印加し、第２ゲート線２８にオン電圧（発光電流を流す）を印加すると、電流の流れる経路を第１ＴＦＴ３０並びにＥＬ素子３８に接続された第４ＴＦＴ３６並びにＥＬ素子３８を含む経路に切り換えて、前記記憶した電流ｉをＥＬ素子３８に流すことにより発光する。すなわち、この発光画素２２において、ＥＬ素子３８を発光させるために、発光電流を流して第４ＴＦＴ３６をオン状態にして発光させる。

（３）発光期間
次に、有機ＥＬ表示装置１０における各発光画素２２の発光期間について説明する。

本実施形態の目的は画像データの階調情報に合わせ、その発光期間を制御するものである。すなわち、階調情報が白に近いほど、発光期間を短くして発光電流量を抑制する。これについて、図３に基づいて説明する。

上記したようにＥＬ素子３８に流れる電流をアレイ基板内で遮断することができ、その遮断を第４ＴＦＴ３６で行えることができるため、黒挿入を行うことができる。従って、１フレーム内の発光期間によって第４ＴＦＴ３６に流れる発光電流量を制御し、過電流を防止することができる。

その１フレーム内の画像データにおける階調情報と発光期間を図３（ａ）に示し、例えば、３２階調までは、１００％の発光期間を行い、その後階調が上昇するほど発光期間の割合を落としていく。そして、２５５階調目で、発光期間を５０％とする。なお、この数値は例示である。この状態の画像を示したものが図３（ｂ）であり、発光期間の割合が短くなるほど黒挿入の幅が大きくなる。

（５）発光電流量の抑制方法
次に、図４に基づいて、各発光画素２２の発光を行うための発光電流量を抑制するための方法について図４のフローチャートに基づいて説明する。

まず、ステップ１において、ｊフレーム目の表示がスタートする。

次に、ステップ２において、ｊフレーム目における全発光画素２２の画像データに関する階調情報の合計値であるフレーム階調面合計値d_frameを初期化する。なお、ここでフレーム階調面合計値d_frameとは、フレーム全体の情報を意味し、後から出てくるフレーム階調行合計値d_lineは、フレーム階調面合計値d_frame中の１行の階調情報の合計値を意味する。

次に、ステップ３について説明する。画像は表示領域の上から順番に書き換えられていくため、表示領域内には新旧の画像データが表示されている。その表示領域の表示中の発光電流量を把握するために、まず、１行毎のフレーム階調行合計値d_lineを求める。ゲートドライバー１６にあるメモリ４８には、行毎の記憶領域（すなわち、３２０個の記憶領域）があり、各記憶領域にはアドレスが設定されている。例えば、ｋ行目の記憶領域にはアドレスｋが設定されている。ここで、階調情報としては、ＲＧＢ毎の電流比率を掛けた１行分のデータを全て加算処理する。すなわち、

d_line＝（Ｒの階調データの合計値＊Ｒの電流比＋Ｇの階調データの合計値＊Ｇの電流比＋Ｂの階調データの合計値＊Ｂの電流比）／（Ｒの電流比＋Ｇの電流比＋Ｂの電流比）

となる。なお、行毎に各発光画素２２の階調情報を蓄積する場合は、蓄積したデータは６〜８ビット程度のビットシフトしておく。

次に、ステップ４において、アドレスｋに格納された表示中の１行分の階調情報である表示領域階調行合計値ｒ_lineを読み込む。すなわち、表示するために書き込んだ行の１フレーム前の階調情報である表示領域階調行合計値ｒ_lineを読み込む
次に、ステップ４において、アドレスｋにおけるフレーム階調行合計値d_lineと、表示領域階調行合計値ｒ_lineに基づいてその差分s_lineを計算する。すなわち、

s_line＝d_line−ｒ_line

となる。

次に、ステップ６において、フレーム階調面合計値d_frame＝フレーム階調面合計値d_frame＋フレーム階調行合計値d_lineとし、表示領域階調面合計値r_frame＝表示領域階調面合計値r_frame＋差分s_lineとする。すなわち、

d_frame＝d_frame＋d_line

r_frame＝r_frame＋s_line

となる。これは、画像を順番に行毎に書き換えていく場合に、その書き換えたデータを順番に更新していくものである。

次に、ステップ７において、抑制処理判定フローの実施を行うため、ステップ８に進む。

次に、ステップ８において、表示領域中の各発光画素２２の発光電流量g_powerを計算する。発光電流量g_powerは、表示領域階調面合計値r_frameに１フレーム中で何％発光させるかの値を掛けて求めるものであり、この１フレーム中に何％発光させるか否かは、発光期間Ｘ／最大発光期間Ｐから求める。すなわち、

g_power＝r_frame＊Ｘ／Ｐ

である。ここで、発光期間Ｘは、一つ前の（ｊ−１）フレームにおいて計算した発光期間である。この計算は、（ｊ−１）フレームにおけるステップ１６で行う。また、最大発光期間Ｐは、携帯電話の充電池の能力によって予め設定されている。

次に、ステップ９において、表示領域の表示中の発光電流量g_powerが基準電流量limitを超えているか否かを判断し、超えていなければステップ１０に進み、超えていればステップ１１に進む。

次に、ステップ１０において、発光電流量g_powerが基準電流量limitを超えていないためリミットフラグをオフにする。そしてステップ１３に進む。

次に、ステップ１１において、表示領域の表示中の発光電流量g_powerが基準電流量limitを超えているため、可能な発光期間を再計算する。その発光期間をＹとすると、

Ｙ＝Ｐ＊limit／r_frame

となる。そしてステップ１２に進む。

次に、ステップ１２において、リミットフラグをオンする。このとき、ソースドライバー１４における第２ゲート信号のスタートパルスのパルス幅を調整する。これについては後から説明する。

次に、ステップ１３において、アドレスｋにｋ行目のフレーム階調行合計値d_lineを格納する。これが、次の（ｊ＋１）フレーム目の表示領域階調行合計値ｒ_lineとなる。

次に、ステップ１４において、最終行（すなわち、３２０行目）に到達しているか否かを判断し、到達していればステップ１５に進み、到達していなければステップ３に戻る。

次に、ステップ１５において、ｊフレーム目が表示されたため、表示領域階調面合計値r_frameにフレーム階調面合計値d_frameを格納する。

次に、ステップ１６において、（ｊ＋１）フレームの発光期間を計算する。すなわち、図３で説明したようにフレーム階調面合計値d_frameの階調情報に対応する発光期間を求める。ここで、その求めた発光期間をＸとする。

次に、ステップ１７において、最終行でリミットフラグがあるかないかを判断し、リミットフラグがなければステップ１８に、リミットフラグがあればステップ１９に進む。

次に、ステップ１８において、発光期間についてリミットフラグがないため、ステップ１６において計算した発光期間をＸを（ｊ＋１）フレーム目の発光期間としステップ１に戻る。

次に、ステップ１９において、リミットフラグがあるため、ステップ１１において計算したＹを発光期間とする。

これにより、表示領域中に表示中の画像データに関する階調情報に基づいて次のフレームの発光期間が求められるため、仮に黒い画面から白い画面に急に変化しても、発光期間が減少するため、ピーク電流が抑制される。

（４）発光電流量を抑制するための構成
次に、発光期間を減少させて具体的に発光電流量を抑える構成について図５〜図７に基づいて説明する。

（４−１）シフトレジスター４６の構成
まず、ゲートドライバー１６に内蔵されているシフトレジスター４６の基本的な動作について説明する。

ゲートドライバー１６、すなわちシフトレジスター４６にはスタートパルスＢとクロック信号ＣＫが入力する。クロック信号ＣＫは周期的に入力しており、そこにスタートパルスＢが入力すると、１行目の第２ゲート線２８に発光画素２２を発光させるための第２ゲート信号が出力される。次に、クロック信号ＣＫがオン状態になると２行目の第２ゲート線２８から第２ゲート信号が出力される。以下クロック信号ＣＫ毎に１行ずつ第２ゲート信号が出力されていく。

そして、スタートパルスＢがオフ状態、すなわち立ち下がりになると、その直後のクロック信号ＣＫに合わせて１行目の第１ゲート信号がオフ状態となる。以下クロック信号ＣＫ毎にそのオフ状態も伝播していく。

従って、最初に入力したスタートパルスＢのパルス幅に応じて１行目から３２０行目の第２ゲート信号のパルス幅が決定される。このスタートパルスＢのパルス幅を発光期間Ｘとすると、各行の発光画素２２は、この発光期間Ｘに応じて点灯する。

（４−２）発光期間の長さと表示の関係
次に、図６に基づいて発光期間の長さと表示の関係について説明する。

上記で説明したように有機ＥＬ表示装置１０には、書き込み用の第１ゲート信号と発光用の第２ゲート信号を出力する必要があるため、図６（ａ）に示すように、第１ゲート信号についてはスタートパルスＡによってその書込みのタイミングを決定する。発光のタイミングについては上記したようにスタートパルスＢに基づいて決定する。

図６（ｂ）の表示状態に示すように、Ｘが発光期間であり黒塗りの部分が黒挿入期間である。この図６（ｂ）に示すように、画像は上から順番に書き換えられていく。

（５−３）発光期間Ｙになった場合
上記で説明したように、表示領域の表示中の発光電流量が基準電流量を超えた場合には、発光期間がＹとなる。この発光期間をＹとする方法について図７に基づいて説明する。

図７（ａ）に示すように、スタートパルスＢについて、立ち下がりの時間を発光期間Ｘよりも速くする。この比率がステップ１３で計算した内容となる。スタートパルスＢの立ち下がりが発光期間Ｙに基づいて立ち下がると、その立ち下がりも１行目から順番に３２０行目まで伝播され、図７（ｂ）に示すように、基準電流量が無い場合よりも黒挿入期間が長くなる。

したがって、発光期間がＸからＹと短くなり、電流量が抑えられ、従来のように基準電流量を超えて過電流が流れることがない。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、計算した発光電流量に基づいてリミットフラグを一度オンすると、次のフレームまでその発光期間Ｙで維持したが、これに代えて図８に示すように、その途中で基準電流量limitを解除し、再び発光させてもよい。

（第３の実施形態）
第１の実施形態の有機ＥＬ表示装置１０においては各発光画素を低電流式で説明したが、これに代えて図９に示すように定電圧方式で構成してもよい。

この場合には、３つのＴＦＴ３０、３１、３６から構成する。

（第４の実施形態）
第１の実施形態では、発光期間Ｘから発光期間Ｙに変化させたが、あまり急激な発光期間の変化はフリッカーになるため、発光期間の変化は遅延させることが好ましい。しかし、この遅延をさせることによって瞬時電流が発生し易くなるため、１フレームの処理終了時に瞬時電流抑制駆動が動作している場合は、次のフレームの発光期間は発光期間Ｙにいきなり短縮せず、許容される範囲内で発光期間を短縮することにより、スムーズに発光期間を変化させることができる。

すなわち、発光期間Ｘから発光期間Ｙに変化させる場合であっても、許される発光期間の変化がδｙである場合には、発光期間は、Ｘ−δｙとする。

（第５の実施形態）
第１の実施形態では、メモリ４８を行毎に分けた記憶領域で構成したが、これに代えてｂ行（３２０＞ｂ＞１）毎に分けて構成し、フレーム階調行合計値d_lineと表示領域階調行合計値r_lineを１行毎でなく、ｂ行毎に計算してもよい。

（変更例）
本発明は上記各実施形態に限らず、その主旨を逸脱しない限り種々に変更することができる。

例えば、携帯電話に限らず、スマートフォンやカーナビゲーションシステムの表示装置に用いても良い。

また、発光画素数も第１の実施形態のものに限らず、ＱＣＩＦ型、ＱＣＩＦ＋型、ＣＩＦ型、ＱＶＧＡ＋型、Ｗ−ＱＶＧＡ型でもよい。

本発明の第１の実施形態の有機ＥＬ表示装置の全体の構成図である。定電流式の発光画素の等価回路である。（ａ）は１フレームにおける階調情報と発光期間の関係を示すグラフである。（ｂ）は発光期間を抑制したときの画像である。抑制処理を示すフローチャートである。ゲートドライバーのシフトレジスターの動作状態を説明する図である。（ａ）はゲートドライバーの第１ゲート信号と第２ゲート信号のタイミングチャートであり、（ｂ）は表示領域の表示状態の説明図である。（ａ）はリミットフラグがオンの場合とオフの場合のタイミングチャートである。（ｂ）はリミットフラグがオンの場合とオフの場合の表示領域の表示状態を示す説明図である。（ａ）は、第２の実施形態のリミットフラグがオンの場合とオフの場合のタイミングチャートである。（ｂ）はリミットフラグがオンの場合とオフの場合の表示領域の表示状態を示す説明図である。第３の実施形態における低電圧式の表示画素の等価回路である。従来技術における説明図である。

符号の説明

１０有機ＥＬ表示装置
１２有機ＥＬパネル
１４ソースドライバー
１６ゲートドライバー
２２発光画素
２４ソース線
２６第１ゲート線
２８第２ゲート線
３０第１ＴＦＴ
３２第２ＴＦＴ
３４第３ＴＦＴ
３６第４ＴＦＴ
３８ＥＬ素子
４０コンデンサ
４６シフトレジスター
４８メモリ

Claims

ｎ行ｘｍ列のマトリックス状に配された複数の発光画素から構成された表示領域と、
前記各発光画素のそれぞれに画像データを出力するソースドライバーと、
前記各発光画素のそれぞれに前記画素データを書き込ませる第１ゲート信号と、前記第１ゲート信号に同期して前記発光画素を発光させるための第２ゲート信号を出力するゲートドライバーと、
を有する有機ＥＬ表示装置において、
ａ行（但し、１＝＜ａ＜ｎである）毎の発光画素の前記画像データのおける階調情報に基づいて、前記表示領域で表示中の全発光画素の発光電流量を検出する検出部と、
前記発光電流量と基準電流量と比較する比較部と、
前記発光電流量が前記基準電流量より大きいときは発光を停止させる停止部と、
前記発光電流量が前記基準電流量より小さいときは設定発光期間で前記各発光画素をそれぞれ発光させる発光部と、
を備えた有機ＥＬ表示装置。
前記検出部は、
ａ行ｘｍ列毎の発光画素の階調情報の部分領域合計値を記憶する記憶部を前記ａ行毎に複数備え、
前記各記憶部に記憶されたそれぞれの部分領域合計値に基づいて、前記表示領域の１行からｎ行目まで表示した前フレームにおけるフレーム合計値を求める第１演算部と、
前記フレーム合計値と、現在画像データを書き込み中の前記発光画素に対応する記憶部の部分領域合計値とに基づいて、前記表示領域で表示中の全発光画素の階調情報の合計である表示領域合計値を求める第２演算部と、
前記表示領域合計値から前記全発光画素の発光電流量を求める第３演算部と、
備えた請求項１記載の有機ＥＬ表示装置。
前記停止部は、
前記全発光画素の発光電流量に基づいて、前記各発光画素を発光させる第２ゲート信号のパルス幅を、前記設定発光期間に対応する第２ゲート信号のパルス幅より短くする、
請求項１記載の有機ＥＬ表示装置。
前記第２演算部は、
前記フレーム合計値と、前記現在画像データを書き込み中の前記発光画素に対応する記憶部の合計値との差分に基づいて前記表示領域合計値を求める、
請求項２記載の有機ＥＬ表示装置。
前記第３演算部は、
前記表示領域合計値と、最大発光期間と、前記設定発光期間から前記全発光画素の発光電流量を求める、
請求項２記載の有機ＥＬ表示装置。
前記ａ＝１である、
請求項１記載の有機ＥＬ表示装置。