JP2009075319A - 表示装置、表示駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】階調性を損なわずに簡易に消費電力低減を図る
【解決手段】１つのフレームの表示内容の中で低階調側が存在しない場合において、信号振幅基準電圧（Ｖｏｆｓ電圧）を上げることで、フレームの全ての画素回路において信号値電圧との電位差を小さくすることで、フレームの全ての画素の階調再現性を確保しながら全体輝度を落とす。これによって画質の低下を抑えながら、簡易に消費電力の低減が実現できる。特にフレームの画素の中での最小階調値を検出することで、０％階調からフレーム内の最小階調値までの範囲の階調が存在しないことがわかるため、その分、信号振幅基準電圧を変化させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子として有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）を用いた表示装置と、その表示駆動方法に関する。

特開２００５−３０１２３４号公報

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、テレビジョン受像器などの製品で広く普及している。現在、主には液晶ディスプレイパネルが多く採用されているが、依然、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エレクトロルミネッセンス（Electroluminescence：以下、ＥＬ）ディスプレイは、前記の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。

有機ＥＬディスプレイにおいては、液晶ディスプレイと同様、その駆動方式としてパッシブマトリクス方式とアクティブマトリクス方式とがある。前者は構造が単純であるものの、大型且つ高精細のディスプレイの実現が難しいなどの問題がある為、現在はアクティブマトリクス方式の開発が盛んに行なわれている。このアクティブマトリクス方式は、各画素回路内部の発光素子に流れる電流を、画素回路内部に設けた能動素子（一般には薄膜トランジスタ：ＴＦＴ）によって制御するものである。

ところで有機ＥＬディスプレイは、現在実用化されているものも存在する中でありながら、消費電力の高さがまだまだ問題視されている。全ての表示装置にとっても共通して言えることでもあるが、消費電力を抑えることや、負荷の急変動の影響を抑制させることは、装置全体の消費電力を低くし、電源システムの規模も削減できる視点から、取組むべき大きな課題として捉えられている。
有機ＥＬディスプレイは自発光ディスプレイであり、画面内の平均表示輝度が高いほど、消費電力を多く必要とする。従って、明るく綺麗な表示を実現する、一般的な高画質化と低消費電力化を両立させることは今まで困難とされてきた。

なお上記特許文献１には、パッシブマトリクス駆動方式の自発光表示器において、表示内容の全体的な信号レベルに応じ、信号レベルが全体的に高い映像に対しては、より高輝度表示を可能にし、信号レベルが全体的に低い映像に対しては、より黒を沈めることを可能とするよう、閾値電圧のコントロールと映像信号の伸張処理を行うことで、コントラスト改善と高輝度化が図れる表示装置が開示されている。
この場合、ヒストグラム解析によって表示内容に存在する階調に注目し、常に自発光型素子の電圧−輝度特性の最適な部分を使用できるよう、閾値電圧や映像信号処理を行って自発光型素子の両端電圧をコントロールすることが可能であるが、全ては画質改善、つまりはコントラスト改善と高輝度化のために動作しており、消費電力を低減させるよりは、逆に増加させる方向の処理が行われてしまうものである。また、パッシブマトリクス駆動動作にしか適用できない。

本発明では、画質の低下を抑えつつ簡易に消費電力を低減させることができる手法を提案することを目的とする。

本発明の表示装置は、各画素回路において有機エレクトロルミネッセンス素子を発光素子として用いるとともに、各画素回路では、上記有機エレクトロルミネッセンス素子が、入力される表示データ信号の信号値電圧と信号振幅基準電圧の電圧差に応じた輝度で発光するように駆動される表示パネル部と、上記表示パネル部に供給する表示データ信号について、所定期間毎に階調値検出を行い、検出された階調値を用いて、上記信号振幅基準電圧の電圧制御情報を生成する電圧制御部と、上記電圧制御部で生成された電圧制御情報に基づいて、上記表示パネル部の各画素回路に供給する上記信号振幅基準電圧の電圧値を変化させる信号振幅基準電圧可変部とを備える。

また上記電圧制御部は、上記表示パネル部に供給する表示データ信号について、上記所定期間としての１フレーム期間毎に階調値検出を行って、１フレーム内での最小階調値を検出し、検出した最小階調値によって画素回路に入力される信号値電圧を算出し、算出した信号値電圧を用いて、上記信号振幅基準電圧の電圧制御情報を生成する。
また上記電圧制御部は、上記信号振幅基準電圧の上限値の情報が与えられ、上記上限値を超えない範囲で上記信号振幅基準電圧を可変させる上記電圧制御情報を生成する。
また上記電圧制御部は、上記表示パネル部に供給する表示データ信号について、上記所定期間としての１フレーム期間毎に、表示色毎の最小階調値を検出し、検出した表示色毎の最小階調値のそれぞれについて、画素回路に入力される信号値電圧を算出し、算出した各信号値電圧の中で最小の信号値電圧を用いて、上記信号振幅基準電圧の電圧制御情報を生成する。
また、表示データ信号を、上記電圧制御部と上記信号振幅基準電圧可変部とによる信号振幅基準電圧の可変動作のための時間分、遅延させて上記表示パネル部に供給する表示データ遅延部を、さらに備える。

本発明の表示駆動方法は、各画素回路において有機エレクトロルミネッセンス素子を発光素子として用いるとともに、各画素回路では、上記有機エレクトロルミネッセンス素子が、入力される表示データ信号の信号値電圧と信号振幅基準電圧の電圧差に応じた輝度で発光するように駆動される表示パネル部を有する表示装置の表示駆動方法として、上記表示パネル部に供給する表示データ信号について、所定期間毎に階調値検出を行うステップと、検出された階調値に応じて、上記信号振幅基準電圧の電圧制御情報を生成するステップと、生成された電圧制御情報に基づいて、上記表示パネル部の各画素回路に供給する上記信号振幅基準電圧の電圧値を変化させるステップとを備える。

アクティブマトリクス方式の有機ＥＬディスプレイの画素回路では、入力される表示データ信号の信号値電圧と、信号振幅基準電圧（通常は固定電位）の電圧差に応じて、定電流源として機能する能動素子（駆動トランジスタ）が有機ＥＬ素子に電流を流すことで、有機ＥＬ素子が発光駆動される。これによって入力された信号値電圧に応じた輝度の発光が行われる。
そして有機ＥＬ素子の消費電力は、有機ＥＬ素子に流れる電流に、有機ＥＬ素子のアノード−カソード間の電圧を乗じたもので算出される。有機ＥＬ素子に流す電流は、発光させたい輝度に対して決まるため、発光輝度が低いほど消費電力は少なくなる。しかし当然、発光輝度をむやみに下げることは階調再現性を損ねるなどして画質の低下を招く。

ここで本発明では、表示データ信号に基づいて画素回路に入力される信号値については何ら処理は加えずに、通常は固定電位とされている信号振幅基準電圧（映像信号振幅のうちの黒レベルを決定するＶｏｆｓ電圧）を変化させることで、全体の輝度をコントロールして低消費電力化を図る。
すなわち表示内容の中で、低階調側が存在しない場合において、信号振幅基準電圧（Ｖｏｆｓ電圧）を上げることで、フレームの全ての画素回路において信号値電圧との電位差を小さくする。これは、フレームの全ての画素の階調再現性を確保しながら全体輝度を落とすことになる。これによって画質の低下を抑えながら、簡易に消費電力の低減が実現できる。
より具体的には、フレームの画素の中での最小階調値を検出すれば、０％階調（仕様上の最低輝度）からフレーム内の最小階調値までの範囲の階調が存在しないことがわかるため、その分は、信号振幅基準電圧を変化させても表示する階調に影響させないで、全体の輝度を低下させ、消費電力を低減できる。

本発明によれば、所定期間（例えば１フレーム）ごとに、画素の階調値を検出し、階調値に基づいて信号振幅基準電圧を変化させる。これは表示内容の階調性を損なわずに全体の輝度低下を図ることになる。特に、フレーム毎の最小階調値を検出すれば、存在する階調の再現性を損なわさせずに、且つ、輝度変動という画質を考慮に入れながら、信号振幅基準電圧の上昇可能分を適切に決定できる。
これによって、信号振幅基準電圧の電圧可変という簡易なコントロールで、画質の低下を最小限に抑えた、全体輝度を抑制、即ち、消費電力の抑制を実現できるという効果がある。

以下、本発明の表示装置、表示駆動方法の実施の形態を説明する。
図１に実施の形態の表示装置の構成を示す。本例の表示装置は、有機ＥＬ素子を発光素子として用いる有機ＥＬディスプレイパネルモジュール１と、表示データ遅延部２と、最小階調検出部３と、最小信号値計算部４と、振幅基準電圧決定部５と、振幅基準電圧可変部６を備える。

まず図２、図３、図４を参照して有機ＥＬディスプレイパネルモジュール１について述べる。
図２に有機ＥＬディスプレイパネルモジュール１の構成の一例を示す。この有機ＥＬディスプレイパネルモジュール１は、有機ＥＬ素子を発光素子とし、アクティブマトリクス方式で発光駆動を行う画素回路１０を含むものである。
図２に示すように、有機ＥＬディスプレイパネルモジュール１は、画素回路１０が列方向と行方向にマトリクス状に配列された画素アレイ部２０と、データドライバ１１と、ゲートドライバ１２，１３，１４，１５を備える。
またデータドライバ１１により選択され、供給される表示データ信号に応じた信号値Ｖｓｉｇを画素回路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回路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ＡＺ１Ｌ１，ＡＺ１Ｌ２・・・、走査線ＡＺ２Ｌ１，ＡＺ２Ｌ２・・・が配されている。これらの走査線ＷＳＬ、ＤＳＬ，ＡＺ１Ｌ、ＡＺ２Ｌ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回路１０の行数分だけ配される。
走査線ＷＳＬ（ＷＳＬ１，ＷＳＬ２・・・）は、画素回路１０への信号値Ｖｓｉｇの書込（ライトスキャン）を行うための走査線であり、ゲートドライバ１２により駆動される。ゲートドライバ１２は、設定された所定のタイミングで、行状に配設された各走査線ＷＳＬ１，ＷＳＬ２・・・に順次、走査パルスＷＳを供給して、画素回路１０を行単位で線順次走査する。
走査線ＤＳＬ（ＤＳＬ１，ＤＳＬ２・・・）はゲートドライバ１３により駆動される。ゲートドライバ１３は、有機ＥＬ素子の発光駆動のための走査パルスＤＳを、行状に配設された各電源線ＤＳＬ１，ＤＳＬ２・・・にそれぞれ所定タイミングで供給する。
走査線ＡＺ１Ｌ（ＡＺ１Ｌ１，ＡＺ１Ｌ２・・・）はゲートドライバ１４により駆動される。ゲートドライバ１４は、画素回路１０のリセット電圧（Ｖｒｓ）の供給のための走査パルスＡＺ１を、行状に配設された各走査線ＡＺ１Ｌ１，ＡＺ１Ｌ２・・・にそれぞれ所定タイミングで供給する。
走査線ＡＺ２Ｌ（ＡＺ２Ｌ１，ＡＺ２Ｌ２・・・）はゲートドライバ１５により駆動される。ゲートドライバ１４は、画素回路１０に対して信号振幅基準電圧（Ｖｏｆｓ）の供給のための走査パルスＡＺ２を、行状に配設された各走査線ＡＺ２Ｌ１，ＡＺ２Ｌ２・・・にそれぞれ所定タイミングで供給する。
データドライバ１１は、ゲートドライバ１２による線順次走査に合わせて、列方向に配された信号線ＤＴＬ１、ＤＴＬ２・・・に対して、画素回路１０に対する入力信号としての信号値（Ｖｓｉｇ）を供給する。

図３に画素回路１０の構成を示している。この画素回路１０が、図２の構成における画素回路１０のようにマトリクス配置される。なお、図３では簡略化のため、信号線ＤＴＬと走査線ＷＳＬ、ＤＳＬ、ＡＺ１Ｌ、ＡＺ２Ｌ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。
実施の形態として採用できる画素回路１０の構成は多様に考えられるが、この例では、画素回路１０は、発光素子である有機ＥＬ素子３０と、１個の保持容量Ｃｓと、サンプリングトランジスタＴｒ１、駆動トランジスタＴｒ２、スイッチングトランジスタＴｒ３、リセット用トランジスタＴｒ４、振幅基準設定用トランジスタＴｒ５としての５個の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）とで構成されている。各トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３、Ｔｒ４、Ｔｒ５はｎチャネルＴＦＴとされている。

保持容量Ｃｓは、一方の端子が駆動トランジスタＴｒ２のソースに接続され、他方の端子が同じく駆動トランジスタＴｒ２のゲートに接続されている。
画素回路１０の発光素子は例えばダイオード構造の有機ＥＬ素子３０とされ、アノードとカソードを備えている。有機ＥＬ素子１のアノードは駆動トランジスタＴｒ２のソースに接続され、カソードは所定の接地配線（カソード電位Ｖcath）に接続されている。
サンプリングトランジスタＴｒ１は、そのドレインとソースの一端が信号線ＤＴＬに接続され、他端が駆動トランジスタＴｒ２のゲートに接続される。またサンプリングトランジスタのゲートは走査線ＷＳＬに接続されている。
スイッチングトランジスタＴｒ３は、そのドレインとソースの一端が電源電圧Ｖｃｃに接続され、他端が駆動トランジスタＴｒ２のドレインに接続される。またスイッチングトランジスタＴｒ３のゲートは走査線ＤＳＬに接続されている。
リセット用トランジスタＴｒ４は、そのドレインとソースの一端が駆動トランジスタＴｒ２のソースに接続され、他端が所定のリセット電位Ｖｒｓに接続される。またリセット用トランジスタＴｒ４のゲートは走査線ＡＺ１Ｌに接続されている。
振幅基準設定用トランジスタＴｒ５は、そのドレインとソースの一端が駆動トランジスタＴｒ２のゲートに接続され、他端が信号振幅基準電圧Ｖｏｆｓの供給ラインに接続される。また振幅基準設定用トランジスタＴｒ５のゲートは走査線ＡＺ２Ｌに接続されている。

このような画素回路１０の動作を図４を参照して簡単に説明する。図４（ａ）は信号線ＤＴＬに与えられる信号値Ｖｓｉｇ、図４（ｂ）は水平同期信号ＨＳ、図４（ｃ）は走査線ＷＳＬからサンプリングトランジスタＴｒ１のゲートに与えられる走査パルスＷＳ、図４（ｄ）は走査線ＡＺ１Ｌからリセット用トランジスタＴｒ４のゲートに与えられる走査パルスＡＺ１、図４（ｅ）は走査線ＡＺ２Ｌから振幅基準設定用トランジスタＴｒ５のゲートに与えられる走査パルスＡＺ２、図４（ｆ）は駆動トランジスタＴｒ２のゲート電圧Ｖｇ、図４（ｇ）は駆動トランジスタＴｒ２のソース電圧Ｖｓ、図４（ｈ）は走査線ＤＳＬからスイッチングトランジスタＴｒ３のゲートに与えられる走査パルスＤＳを、それぞれ示している。

水平同期信号ＨＳによって水平走査の開始時点が決められる。そして図における書込準備期間では、走査パルスＡＺ１，ＡＺ２によってリセット用トランジスタＴｒ４と振幅基準設定用トランジスタＴｒ５が導通される状態となり、これによって駆動トランジスタＴｒ２のゲート電圧Ｖｇ＝信号振幅基準電圧Ｖｏｆｓ、駆動トランジスタＴｒ２のソース電圧Ｖｓ＝リセット電圧Ｖｒｓとされる。この信号振幅基準電圧Ｖｏｆｓとリセット電圧Ｖｒｓの電位差は、駆動トランジスタＴｒ２の閾値電圧Ｖｔｈより十分に大きくなるように設定される。
続いて所定タイミングで、走査パルスＡＺ１がＬレベルとされ、また走査パルスＤＳがＨレベルとされる。即ちリセット用トランジスタＴｒ４がオフ、スイッチングトランジスタＴｒ３がオンとされる。これによって駆動トランジスタＴｒ２のドレインに電源電圧Ｖｃｃが印加されるとともに、駆動トランジスタＴｒ２のソースがリセット電圧Ｖｒｓから切り離される。このとき、駆動トランジスタＴｒ２のドレインーソース間に電流が流れ、駆動トランジスタＴｒ２のソース電圧Ｖｓが次第に上昇していく。そして駆動トランジスタＴｒ２のゲート・ソース間電圧Ｖｇｓが閾値電圧Ｖｔｈに達した時点でドレインーソース間に流れていた電流が止まり（カットオフ状態）、以後、ソース電圧Ｖｓは、ゲート・ソース間電圧Ｖｇｓが閾値電圧Ｖｔｈとなる状態を維持する電位となる。
このようにゲート・ソース間電圧Ｖｇｓ＝閾値電圧Ｖｔｈとされるのは、素子毎の閾値電圧Ｖｔｈのバラツキの影響をキャンセルするためである。

その後、書込期間として、データドライバ１１によって信号線ＤＴＬに信号値Ｖｓｉｇが印加され、信号値Ｖｓｉｇの画素回路１０への書込が行われる。
この書込期間においては、走査パルスＤＳがＬレベルとされて電源電圧Ｖｃｃ印加が停止される。また走査パルスＡＺ２がＬレベルとされ、ゲート電位の信号振幅基準電圧Ｖｏｆｓでの固定が解除される。そして、走査パルスＷＳによってサンプリングトランジスタＴｒ１が導通されることで、信号線ＤＴＬからの信号値Ｖｓｉｇが保持容量Ｃｓに書き込まれる。
この書込期間では、駆動トランジスタＴｒ２のゲート電圧は、保持容量Ｃｓへの信号値Ｖｓｉｇの書込に応じて上昇する。結局、駆動トランジスタＴｒ２のゲート・ソース間電圧Ｖｇｓは、Ｖｔｈ＋（Ｖｓｉｇ−Ｖｏｆｓ）となる。

書込期間に続いて発光期間としての動作が行われる。発光期間では、走査パルスＷＳがＬレベルとされてサンプリングトランジスタＴｒ１がオフとされ、一方、走査パルスＤＳによってスイッチングトランジスタＴｒ３が導通される。これによって駆動電源電圧Ｖｃｃからの電流供給により、駆動トランジスタＴｒ２が保持容量Ｃｓに保持された信号電位（即ち駆動トランジスタＴｒ２のゲート・ソース間電圧）に応じた電流を有機ＥＬ素子３０に流し、有機ＥＬ素子３０を発光させる。駆動トランジスタＴｒ２は飽和領域で動作し、有機ＥＬ素子３０に対して、信号値Ｖｓｉｇに応じた駆動電流を与える定電流源として機能する。
なお、有機ＥＬ素子３０に電流が流れることで有機ＥＬ素子３０の両端電圧ＶELが上昇するため、発光期間当初は、これに伴って駆動トランジスタＴｒ２のゲート電圧Ｖｇとソース電圧Ｖｓが上昇する。即ち、ソース電圧Ｖｓは、Ｖcath＋ＶELの電位まで上昇し、ゲート電圧Ｖgは、そのソース電圧ＶｓからＶｔｈ＋（Ｖｓｉｇ−Ｖｏｆｓ）の電位差を保ちながら上昇する。
以上のような動作により画素回路１０の発光駆動が行われる。

図１に戻って、本例の構成を説明する。
表示データ信号は、表示データ遅延部２及び最小階調検出部３に供給される。
表示データ遅延部２は、表示データ信号に対して所定時間の遅延を与えて有機ＥＬディスプレイパネルモジュール１に供給する。この表示データ遅延部２による遅延は、最小階調検出部３から振幅基準電圧可変部６までの動作による信号振幅基準電圧Ｖｏｆｓの可変制御を、適切に表示内容に合わせて反映させるためであり、最小階調検出部３から振幅基準電圧可変部６までの処理遅延を考慮した時間をフレームメモリ等を用いて遅延させるものである。
有機ＥＬディスプレイパネルモジュール１では、上記構成により、供給された表示データ信号に基づいて各画素の発光駆動が行われる。

最小階調検出部３は、表示データ信号の１フレーム内の最小階調値を画素の構成色ごとに検出する。
ここで検出する最小階調値とは、或る１フレームの各画素に与える輝度値のうちで、最も低輝度となる値のことであり、つまり１フレーム内での、最も低輝度で発光させる画素に対する表示データ信号値のことである。
このような最小階調値を、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各表示色毎に検出する。
つまり１フレームにおける各Ｒ画素回路に対する表示データ信号について順次比較処理を行っていくことで、最も低輝度の値を、Ｒ最小階調値Ｓmin_rとして検出する。同様にして、１フレームにおける各Ｇ画素回路に対する表示データ信号のうちで、最も低輝度の値を、Ｇ最小階調値Ｓmin_gとして検出し、また１フレームにおける各Ｂ画素回路に対する表示データ信号のうちで、最も低輝度の値を、Ｂ最小階調値Ｓmin_bとして検出する。
そして、この１フレームにおける色毎の最小階調値Ｓmin_r、Ｓmin_g、Ｓmin_bを最小信号値計算部４に出力する。
なお、最小階調検出部３では、フレームメモリを用意し、１フレーム期間の表示データ信号値を一時的に記憶して、その中からＲ、Ｇ、Ｂ各色毎の最小階調値を検出するようにしてもよい。

最小信号値計算部４は、各色ごとの最小階調値Ｓmin_r、Ｓmin_g、Ｓmin_bを、それぞれデータドライバ１１の出力電圧値（信号値Ｖｓｉｇとしての電圧値）に換算して、その中から最小のものを選択して、それを最小信号値（Ｖｓｉｇ（Ｓｍｉｎ））とし、振幅基準電圧決定部５に出力する。

振幅基準電圧決定部５は、入力されてくる最小信号値（Ｖｓｉｇ（Ｓｍｉｎ））から、各画素回路１０に与える信号振幅基準電圧Ｖｏｆｓを決定する。
具体的には、まずフレームごとの最小信号値（Ｖｓｉｇ（Ｓｍｉｎ））から０％階調時の信号値（Ｖｓｉｇ（０））を減じて、フレームごとに０％階調信号値Ｖｓｉｇ（０）と最小信号値Ｖｓｉｇ（Ｓｍｉｎ）にどれだけ差があるかを示す差分（ΔＶｓｉｇ（ＭＩＮ））を算出する。そして、信号振幅基準電圧Ｖｏｆｓのデフォルト値（Ｖｏｆｓ_default）に差分ΔＶｓｉｇ（ＭＩＮ）を加算することで、画素回路１０に与える信号振幅基準電圧Ｖｏｆｓの値を決定する。
但し、振幅基準電圧決定部５には、Ｖｏｆｓ上限値情報が入力され、振幅基準電圧決定部５は、あくまでもこのＶｏｆｓ上限値情報の値を超えない範囲で画素回路１０に与える信号振幅基準電圧Ｖｏｆｓの値を決定する。即ち、上記のように信号振幅基準電圧Ｖｏｆｓのデフォルト値（Ｖｏｆｓ_default）に差分ΔＶｓｉｇ（ＭＩＮ）を加算した電圧値と、Ｖｏｆｓ上限値情報としての電圧値のうちの小さい方を、選択することになる。

なお、振幅基準電圧決定部５において、信号振幅基準電圧Ｖｏｆｓのデフォルト値（Ｖｏｆｓ_default）に差分ΔＶｓｉｇ（ＭＩＮ）を加算して画素回路１０に与える信号振幅基準電圧Ｖｏｆｓの値を決定することは、０％階調から最小階調までの階調を表示上で潰してしまうことになるが、そのフレームにおいては最小階調値までの階調は存在していないため問題ない。

振幅基準電圧可変部６は、所定の初期電圧値（Ｖｏｆｓ_default）として設定されている信号振幅基準電圧Ｖｏｆｓについて、電圧値（Ｖｏｆｓ_out）に電圧値変換を行って有機ＥＬディスプレイパネルモジュール１に供給する。この振幅基準電圧可変部６から出力される信号振幅基準電圧Ｖｏｆｓ（Ｖｏｆｓ_out）は、有機ＥＬディスプレイパネルモジュール１の全ての画素回路１０に共通に供給される。
この駆動電圧可変部６は、入力される初期電圧値（Ｖｏｆｓ_default）を、振幅基準電圧決定部５で決定された電圧値（Ｖｏｆｓ_out）に変換して、これを信号振幅基準電圧Ｖｏｆｓとして有機ＥＬディスプレイパネルモジュール１に供給することになる。電圧変換手法の例については後述する。

このような本例の表示装置についての動作を説明していく。
まず図５により、信号振幅基準電圧Ｖｏｆｓの電位が変化した場合の、駆動トランジスタＴｒ２のゲート・ソース間電圧Ｖｇｓの変化、つまり信号値Ｖｓｉｇの書込が行われるゲート・ソース間電圧Ｖｇｓの変化について説明する。

図５では、駆動トランジスタＴｒ２のゲート電圧Ｖｇとソース電圧Ｖｓを示しているが、実線は、上記図４で説明した電位変化を拡大したものであり、破線は、本例において信号振幅基準電圧Ｖｏｆｓが変化された場合の電位変化を示している。

まず実線で示した通常の場合の電位変化について見る。ここで言う通常の場合とは、信号振幅基準電圧Ｖｏｆｓが設定された初期の電圧値であるデフォルト値（Ｖｏｆｓ_default）とされている場合のことである。
先にも述べたように、まず最初に書込準備期間においてゲート電圧Ｖｇ＝Ｖｏｆｓ（＝Ｖｏｆｓ_default）とされ、ソース電圧Ｖｓ＝リセット電圧Ｖｒｓとされる。
この状態から、ソース電圧Ｖｓへのリセット電圧Ｖｒｓ供給を止め、駆動トランジスタＴｒ２のドレインに電源電圧Ｖｃｃが供給される状態にすると、ソース電圧Ｖｓが次第に電位上昇を始め、ゲート・ソース間電圧Ｖｇｓが駆動トランジスタＴｒ２の閾値電圧Ｖｔｈの電位状態になったところで、電流Ｉｄｓの流れが止まり（カットオフ状態）、以後、ゲート・ソース間電圧ＶｇｓとしてＶｔｈ電位が保持される。

ここでゲートへの信号振幅基準電圧Ｖｏｆｓ（＝Ｖｏｆｓ_default）の供給を止め、信号値Ｖｓｉｇの供給に切替えることで、ゲート・ソース間電圧Ｖｇｓには、それまでの閾値電圧Ｖｔｈに加え、「Ｖｓｉｇ−Ｖｏｆｓ_default」電位が加算されることになり、有機ＥＬ素子３０の両端電圧ＶELの発生と共にブートストラップ現象を伴うが、最終的にゲート・ソース間電圧Ｖｇｓには「Ｖｔｈ＋（Ｖｓｉｇ−Ｖｏｆｓ_default）」の電圧が書込まれることになる。
これにより発光期間では、ゲート・ソース間電圧Ｖｇｓ（＝Ｖｔｈ＋（Ｖｓｉｇ−Ｖｏｆｓ_default）に応じた電流が有機ＥＬ素子３０に流れ、このゲート・ソース間電圧Ｖｇｓに応じた輝度の発光が行われる。

次に、信号振幅基準電圧Ｖｏｆｓが、初期電圧値Ｖｏｆｓ_defaultから電圧値Ｖｏｆｓ（ＭＩＮ）に上昇した場合を考える。この電圧値Ｖｏｆｓ（ＭＩＮ）とは、図１の振幅基準電圧可変部６から信号振幅基準電圧Ｖｏｆｓ（＝Ｖｏｆｓ_out）として、初期電圧値Ｖｏｆｓ_defaultから変化されて供給された或る電圧値を示している。
図５ではこの場合を破線で示している。
まず最初に書込準備期間においてゲート電圧Ｖｇ＝Ｖｏｆｓ（＝Ｖｏｆｓ（ＭＩＮ））とされ、ソース電圧Ｖｓ＝リセット電圧Ｖｒｓとされる。
そして閾値Ｖｔｈのバラツキのキャンセル動作のために、ソース電圧Ｖｓへのリセット電圧Ｖｒｓ供給を止め、駆動トランジスタＴｒ２のドレインに電源電圧Ｖｃｃが供給される状態とされる。すると上記の通常の場合と同様に、ソース電圧Ｖｓが上昇し、ゲート・ソース間電圧Ｖｇｓが駆動トランジスタＴｒ２の閾値電圧Ｖｔｈの電位状態になったところで、電流Ｉｄｓの流れが止まり、以後、ゲート・ソース間電圧ＶｇｓとしてＶｔｈ電位が保持される。
図からわかるように、ゲート・ソース間電圧Ｖｇｓ＝Ｖｔｈとなることで、破線の場合はソース電圧Ｖｓが、実線の通常の場合よりも高い電位となる。即ち信号振幅基準電圧Ｖｏｆｓが、初期電圧値Ｖｏｆｓ_defaulから電圧値Ｖｏｆｓ（ＭＩＮ）に上昇された分だけ、ソース電圧Ｖｓも高くなる。

ここで信号値Ｖｓｉｇの書込が行われるが、図のように、Ｖｓｉｇ電圧と、Ｖｔｈ電圧には変動を引き起こさないため、最終的に「Ｖｏｆｓ（ＭＩＮ）−Ｖｏｆｓ_default」分少ない電圧が、ゲート・ソース間電圧Ｖｇｓに書込まれることになる。
これにより発光期間では、ゲート・ソース間電圧Ｖｇｓ（＝Ｖｔｈ＋（Ｖｓｉｇ−Ｖｏｆｓ（ＭＩＮ））に応じた電流が有機ＥＬ素子３０に流れ、このゲート・ソース間電圧Ｖｇｓに応じた輝度の発光が行われる。
つまり、信号振幅基準電圧Ｖｏｆｓ＝Ｖｏｆｓ（ＭＩＮ）として破線で示した場合は、信号振幅基準電圧Ｖｏｆｓ＝Ｖｏｆｓ_defaulとして実線で示した場合に比べて、ゲート・ソース間電圧Ｖｇｓが小さくなり、有機ＥＬ素子３０の発光輝度が低下する。そして発光輝度の低下により、消費電力が低減される。

このように、信号振幅基準電圧Ｖｏｆｓの電位を上昇させた分だけ、ゲート・ソース間電圧Ｖｇｓを減ずることができ、簡易に全体輝度のコントロールができる。そして全体輝度を低下させることで、消費電力の削減を実現できる。

但しここで注意が必要なのは、信号振幅基準電圧Ｖｏｆｓの電位の上げすぎである。画素動作の中で、書込準備期間における閾値電圧Ｖｔｈの特性バラツキのキャンセル動作中に、有機ＥＬ素子３０のアノード電極には、Ｖｏｆｓ−Ｖｔｈの電位がかかることになり、この状態で、有機ＥＬ素子３０に電流が流れてしまうと、正しいキャンセル動作に支障をきたすようになる。図６には有機ＥＬ素子３０のＩ−Ｖ特性を示しているが、有機ＥＬ素子３０の両端電圧ＶELとして発光開始電圧Ｖｔを越えると、有機ＥＬ素子３０に電流が流れ始める。
このため、信号振幅基準電圧Ｖｏｆｓは、上限として、Ｖｏｆｓ−Ｖｔｈが有機ＥＬ素子の発光開始電圧Ｖｔを超えないようにする必要がある。そこで上述したように、振幅基準電圧決定部５には、この点を考慮したＶｏｆｓ上限値情報が設定され、この上限値を超えない範囲で、信号振幅基準電圧Ｖｏｆｓが可変（上昇）されるようにしているものである。

図７は、フレームごとの最小階調値と、信号振幅基準電圧Ｖｏｆｓの電位値の関係について言及したものである。
本例では上記の通り、信号振幅基準電圧Ｖｏｆｓを上昇させることで結果として全体の発光輝度を低下させることで省電力を図る。
そして本例では、輝度低下によっても、表示画像の品質低下を招かないようにしている。

本例の動作の基本的な考え方は、１フレームを構成する階調分布において、低階調側が存在しない場合においてのみ、その存在しない範囲に応じて、その存在しない範囲の階調再現性を潰してしまうことで、全体的な輝度を低輝度側にスライドさせようとするものである。このとき潰してしまう階調範囲は、そのフレームにおいて存在しない範囲であるため、表示内容の階調再現性は確保される。
これを図７に示した。図７では横軸を階調、縦軸を輝度としている。

あるディスプレイの階調−輝度特性が、図７の実線（仮にカーブは２．２乗とする）のものであったとしたときに、あるフレームの最小階調値が「Ａ」で示す位置であったとする。この場合、そのフレームで存在している階調範囲は、矢印Ｘで表される。実線の特性で言えば、破線で示す範囲となる。
ここで、階調−データドライバ１１の出力電圧（信号値Ｖｓｉｇ）の関係がリニアな特性であったとすると、最小階調値での信号値Ｖｓｉｇ（ＭＩＮ）から、０％階調での信号値Ｖｓｉｇ（０）の間の電圧がデータドライバ１１から出力されることは無く、この分だけ信号振幅基準電圧Ｖｏｆｓを上昇させても、表示内容の階調再現性に影響を与えない。

従ってここで、信号振幅基準電圧Ｖｏｆｓの電位を「Ｖｓｉｇ（ＭＩＮ）−Ｖｓｉｇ（０）」分上昇させたとすると、画素回路１０に対し、信号値Ｖｓｉｇとして書込まれる電位のその時の輝度特性は、実線に沿って示した一点鎖線で示す範囲となり、階調存在範囲は矢印Ｙで示す範囲となる。
即ちこのことは、存在する階調再現性を損なわさせずに、全体輝度を低減できていることになる。

なお、もしこの輝度変動幅が大きいことで、全体輝度の変化が大きくなって、その変化が視認できるようになり、画質の低下として感じられる懸念がある場合には、輝度変化幅に対し、制限値を設けることで対応すればよい。
このためには、前述のように信号振幅基準電圧Ｖｏｆｓの電位の上限値を設けるようにすればよい。
また、１００％輝度に対する変化量から、変化上限値を決めるようにすることも一例である。例えばその上限は、画質を大きく損なわせないことを条件に、最大階調での発光輝度が３／４（７５％）に落ちるまでを考え、階調値で１／８（１２．５％）相当での電位程度以下に設けることを目安としても良い。この程度の全体輝度の変化であれば、視聴者に画質の低下を感じさせないことができる。

以上のように本例では、フレームにおける最小階調値を検出して、信号振幅基準電圧Ｖｏｆｓとしての変化量を求め、各画素回路１０に供給する信号振幅基準電圧Ｖｏｆｓを変化させることで、階調再現性を保ったまま全体輝度をコントロールし、消費電力を低減する。
最小階調値の検出から信号振幅基準電圧Ｖｏｆｓの変化までの動作手順を、以下、図８で説明する。

まず処理＜Ｓ１＞として、最小階調検出部３は、表示データ信号の１フレーム内で、表示色毎に最小階調値Ｓmin_r、Ｓmin_g、Ｓmin_bを検出する。
次に処理＜Ｓ２＞として、最小信号値計算部４は、最小階調値Ｓmin_r、Ｓmin_g、Ｓmin_bのそれぞれを、データドライバ１１の出力電圧値（信号値Ｖｓｉｇとしての電圧値）に換算して、その中から最小のものを選択して、それを最小信号値（Ｖｓｉｇ（Ｓｍｉｎ））とする。
次に処理＜Ｓ３＞として、振幅基準電圧決定部５は、最小信号値（Ｖｓｉｇ（Ｓｍｉｎ））と、この最小信号値Ｖｓｉｇ（Ｓｍｉｎ）の色での０％階調時の信号値（Ｖｓｉｇ（０））との差分（ΔＶｓｉｇ（ＭＩＮ）＝Ｖｓｉｇ（Ｓｍｉｎ）−Ｖｓｉｇ（０））を算出する。
そして処理＜Ｓ４＞として、振幅基準電圧決定部５は、信号振幅基準電圧Ｖｏｆｓのデフォルト値（Ｖｏｆｓ_default）に対し、差分ΔＶｓｉｇ（ＭＩＮ）を加算することで、画素回路１０に供給すべき信号振幅基準電圧Ｖｏｆｓの電位（Ｖｏｆｓ_out）を算出する（Ｖｏｆｓ_out＝Ｖｏｆｓ_default＋ΔＶｓｉｇ（ＭＩＮ））。
このようにして、最小階調値に即した信号振幅基準電圧Ｖｏｆｓ（Ｖｏｆｓ_out）を決定し、この情報を振幅基準電圧可変部６へ出力する。これにより振幅基準電圧可変部６において、信号振幅基準電圧Ｖｏｆｓの電圧変換が行われる。
なお、上述したように、算出された電圧値Ｖｏｆｓ_outが、Ｖｏｆｓ上限値情報を越える値であった場合は、画素回路１０に供給すべき信号振幅基準電圧Ｖｏｆｓの電位を、その上限値とする。

図９は、振幅基準電圧可変部６の構成の一例を示している。例えば図のように電源可変コントロール部５１，デジタルポテンショメータ５２、抵抗Ｒ１を備えた構成とされる。
電源可変コントロール部５１は、入力電圧Ｖｉｎについて電圧可変した出力電圧Ｖｏｕｔを得る。
一般的な、電源可変コントロール回路は、スイッチングレギュレータとシリーズレギュレータに大別されるが、出力電圧Ｖｏｕｔを可変コントロールする手法は基本的に同一である。電圧可変量を比較的多く取りたい場合は、効率の関係上スイッチングレギュレータが選択されることがほとんどである。
電源可変コントロール部５１には、出力電圧をある電位でフィードバックさせるためのＦＢ端子が設けられており、この電位をある一定値に保とうとする動作で出力電圧を安定化させる。ＦＢ電位は一般的に１〜３Ｖ程度であるため、出力電圧を抵抗分圧し、ＦＢ端子に接続する構成により、電圧可変制御が可能となる。
即ちＦＢ電位はある値（例えば２Ｖ）で決められているため、出力電圧を可変させるためには抵抗分圧の比を変えてやれば良い。
このために一方を固定抵抗Ｒ１、もう一方を抵抗値可変のディジタル制御が可能なディジタルポテンショメータ５２を使用する。振幅基準電圧決定部５が、算出した電圧値Ｖｏｆｓ_outを得るためのデジタル値をデジタルポテンショメータ５２に供給し、抵抗値を可変制御することで、出力電圧Ｖｏｕｔとして、電圧値Ｖｏｆｓ_outの信号振幅基準電圧Ｖｏｆｓが得られ、これが有機ＥＬディスプレイパネルモジュール１の各画素回路１０に供給される。

上記図８の処理＜Ｓ１＞〜＜Ｓ４＞が１フレーム期間毎に行われ、これによって振幅基準電圧可変部６で、１フレーム期間毎に、信号振幅基準電圧Ｖｏｆｓが可変制御される。
このようにして信号振幅基準電圧Ｖｏｆｓが可変制御されることで、有機ＥＬディスプレイパネルモジュール１では、各フレームにおいて階調再現性を保ったまま、全体輝度の低減が行われ、消費電力が低減される。

なお、可変制御された信号振幅基準電圧Ｖｏｆｓの供給と、可変制御にための基準となった現在のフレームの有機ＥＬディスプレイパネルモジュール１での表示タイミングは、適切に合致されなければならない。従って、最小階調検出部３での処理から振幅基準電圧可変部６での信号振幅基準電圧Ｖｏｆｓの可変制御までの処理時間によって発生する応答遅れを補正するために、表示データ遅延部２が設けられていることは先に述べた。
表示データ遅延部２における適切な遅延量は次のよう設定する。
遅延を発生させる要因は、「（１）１フレームの最小階調値の検出から、信号振幅基準電圧Ｖｏｆｓの適切な電圧値Ｖｏｆｓ_outを算出するまでの遅延」と「（２）振幅基準電源可変部６が電圧値Ｖｏｆｓ_outの情報を受け取ってから、出力電圧がその電圧値になるまでの遅延」に分けられる。
上記（１）については、１フレームの最小階調値を算出するため、最低でも“１フレーム”の遅延が発生する。上記（２）については、電源変換回路の性能にもよるが、この応答遅れを“αＨ”（Ｈは水平期間）と仮定する。（一般的に数Ｈ程度が可能であると考えられる。）したがって、表示データ遅延部２では、１フレーム＋αＨ分のデータ遅延を行うようにすればよい。

以上のように本実施の形態では、１フレームごとに、画素の最小階調値を検出し、最小階調値に基づいて信号振幅基準電圧Ｖｏｆｓを変化させる。これは表示内容の階調性を損なわずに全体の輝度低下を図ることになる。これによって、信号振幅基準電圧の電圧可変という簡易なコントロールで、画質の低下を最小限に抑えた、全体輝度を抑制、即ち、消費電力の抑制を実現できるという効果がある。
そして、自発光型フラットパネルディスプレイの画質低下を視認させないように低消費電力化を図ることが実現できるため、表示装置をバッテリ動作機器とすれば、動作時間を長時間化することに貢献し、またＡＣコンセントから電源を得る機器であれば節電や電気代の節約に貢献できることになる。

実施の形態としては、多様な変形例が考えられる。
例えば上記例では、全ての画素回路に共通の信号振幅基準電圧Ｖｏｆｓを与える構成を示したが、画素回路１０としては、Ｒ（赤）用画素回路、Ｇ（緑）用画素回路、Ｂ（青）用画素回路が配列されている。これら色毎の画素回路に対してそれぞれ信号振幅基準電圧Ｖｏｆｓのラインを独立して設け、上記信号振幅基準電圧Ｖｏｆｓの可変処理を色毎に行うようにしてもよい。その場合、各色についての最小階調値に基づいて、その色の信号振幅基準電圧Ｖｏｆｓの可変制御を行うようにすればよい。
また、上記例では、最小階調検出部３では色別の最小階調値を検出したが、色を区別しないで最小階調値を検出し、その最小階調値に基づいて、信号振幅基準電圧Ｖｏｆｓとしての最適な電圧値Ｖｏｆｓ_outを求めるという手法も考えられる。
さらには、必ずしも「最小」の階調値を基準としなくても、多少であれば或る程度（例えば視認できる画質に影響がない程度）の低輝度側の階調をつぶしてもよいと考えれば、最小階調値付近の値を基準として信号振幅基準電圧Ｖｏｆｓを制御することも考えられる。
また、１フレーム期間単位で最小階調値の検出、信号振幅基準電圧Ｖｏｆｓの変換を行うようにしたが、例えば２フレーム期間など、他の単位期間で同様の動作を行うようにしてもよい。

また有機ＥＬディスプレイパネルモジュール１における画素回路構成を図３に示したが、本発明は、図３以外の画素回路構成を採用する場合も適用できる。特にアクティブマトリクス方式で画素駆動を行う表示装置に好適である。
特に言えば、駆動トランジスタのＶｔｈ特性キャンセル動作を行った後に、駆動トランジスタのゲートに信号振幅基準電圧Ｖｏｆｓの電位、ソースにＶｏｆｓ−Ｖｔｈの電位が再現され、その後、信号値Ｖｓｉｇの電位をゲート電位に供給することで、ゲート・ソース間電圧Ｖｇｓとして「Ｖｔｈ＋（Ｖｓｉｇ−Ｖｏｆｓ）」の電位を書込むような動作をする画素回路であれば、全て本発明は適用可能である。

本発明の実施の形態の表示装置の構成のブロック図である。 実施の形態の有機ＥＬディスプレイパネルモジュールの説明図である。 実施の形態に画素回路の説明図である。 実施の形態の画素回路の動作の説明図である。 実施の形態の信号振幅基準電圧の変化によるゲート・ソース間電圧変動の説明図である。 有機ＥＬ素子のＩ−Ｖ特性の説明図である。 実施の形態の動作において階調性が維持されることの説明図である。 実施の形態の信号振幅基準電圧の決定のための処理の説明図である。 実施の形態の振幅基準電圧可変部の説明図である。

符号の説明

１ 有機ＥＬディスプレイパネルモジュール、２ 表示データ遅延部、３ 最小階調検出部、４ 最小信号値計算部、５ 振幅基準電圧決定部、６ 振幅基準電圧可変部、１０ 画素回路、１１ データドライバ、１２，１３，１４，１５ ゲートドライバ、２０ 画素アレイ部、３０ 有機ＥＬ素子、Ｃｓ 保持容量、Ｔｒ１ サンプリングトランジスタ、Ｔｒ２ 駆動トランジスタ、Ｔｒ３ スイッチングトランジスタ、Ｔｒ４ リセット用トランジスタ、Ｔｒ５ 振幅基準設定用トランジスタ

Claims (6)

1. 各画素回路において有機エレクトロルミネッセンス素子を発光素子として用いるとともに、各画素回路では、上記有機エレクトロルミネッセンス素子が、入力される表示データ信号の信号値電圧と信号振幅基準電圧の電圧差に応じた輝度で発光するように駆動される表示パネル部と、
   上記表示パネル部に供給する表示データ信号について、所定期間毎に階調値検出を行い、検出された階調値を用いて、上記信号振幅基準電圧の電圧制御情報を生成する電圧制御部と、
   上記電圧制御部で生成された電圧制御情報に基づいて、上記表示パネル部の各画素回路に供給する上記信号振幅基準電圧の電圧値を変化させる信号振幅基準電圧可変部と、
   を備えたことを特徴とする表示装置。
2. 上記電圧制御部は、
   上記表示パネル部に供給する表示データ信号について、上記所定期間としての１フレーム期間毎に階調値検出を行って、１フレーム内での最小階調値を検出し、検出した最小階調値によって画素回路に入力される信号値電圧を算出し、算出した信号値電圧を用いて、上記信号振幅基準電圧の電圧制御情報を生成することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 上記電圧制御部は、
   上記信号振幅基準電圧の上限値の情報が与えられ、上記上限値を超えない範囲で上記信号振幅基準電圧を可変させる上記電圧制御情報を生成することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
4. 上記電圧制御部は、
   上記表示パネル部に供給する表示データ信号について、上記所定期間としての１フレーム期間毎に、表示色毎の最小階調値を検出し、検出した表示色毎の最小階調値のそれぞれについて、画素回路に入力される信号値電圧を算出し、算出した各信号値電圧の中で最小の信号値電圧を用いて、上記信号振幅基準電圧の電圧制御情報を生成することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
5. 表示データ信号を、上記電圧制御部と上記信号振幅基準電圧可変部とによる信号振幅基準電圧の可変動作のための時間分、遅延させて上記表示パネル部に供給する表示データ遅延部を、さらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
6. 各画素回路において有機エレクトロルミネッセンス素子を発光素子として用いるとともに、各画素回路では、上記有機エレクトロルミネッセンス素子が、入力される表示データ信号の信号値電圧と信号振幅基準電圧の電圧差に応じた輝度で発光するように駆動される表示パネル部を有する表示装置の表示駆動方法として、
   上記表示パネル部に供給する表示データ信号について、所定期間毎に階調値検出を行うステップと、
   検出された階調値に応じて、上記信号振幅基準電圧の電圧制御情報を生成するステップと、
   生成された電圧制御情報に基づいて、上記表示パネル部の各画素回路に供給する上記信号振幅基準電圧の電圧値を変化させるステップと、
   を備えたことを特徴とする表示駆動方法。

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