JP2010113227A - 表示装置及び電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】画面部1を構成する画素は、走査線から供給された制御信号に応じて選択されたとき、信号線から映像信号を取り込み、且つ取り込んだ映像信号に応じて発光する。光センサー8は、各画素の発光輝度を検出して対応する輝度信号を出力する。信号処理部10は、光センサー8から出力された輝度信号に応じて映像信号を補正し且つ補正された映像信号を駆動部のドライバに供給する。パネル0は、画面部1が複数の領域に区画されており、各領域に対応して光センサー8が配されている。各光センサー8は、対応する領域に属する画素の発光輝度を検出して対応する輝度信号を信号処理部10に供給する。
【選択図】図5
Description
第一実施形態
第二実施形態
第三実施形態
第四実施形態
第五実施形態
応用形態
[パネルの全体構成]
図1は、本発明に係る表示装置の主要部となるパネルを示す全体構成図である。図示するように、本表示装置は、画素アレイ部1(画面部)とこれを駆動する駆動部とからなる。画素アレイ部1は、行状の走査線WSと、列状の信号線(信号ライン)SLと、両者が交差する部分に配された行列状の画素2と、各画素2の各行に対応して配された給電線(電源ライン)VLとを備えている。なお本例は、各画素2にRGB三原色のいずれかが割り当てられており、カラー表示が可能である。但し本発明はこれに限られるものではなく、単色表示のデバイスも含む。駆動部は、各走査線WSに順次制御信号を供給して画素2を行単位で線順次走査するライトスキャナ4と、この線順次走査に合わせて各給電線VLに第1電位と第2電位で切換る電源電圧を供給する電源スキャナ6と、この線順次走査に合わせて列状の信号線SLに映像信号となる信号電位と基準電位を供給する水平セレクタ(信号ドライバ)3とを備えている。
図2は、図1に示した表示装置に含まれる画素2の具体的な構成及び結線関係を示す回路図である。図示するように、この画素2は有機ELデバイスなどで代表される発光素子ELと、サンプリングトランジスタTr1と、ドライブトランジスタTrdと、画素容量Csとを含む。サンプリングトランジスタTr1は、その制御端(ゲート)が対応する走査線WSに接続し、一対の電流端(ソース及びドレイン)の片方が対応する信号線SLに接続し、他方がドライブトランジスタTrdの制御端(ゲートG)に接続する。ドライブトランジスタTrdは、一対の電流端(ソースS及びドレイン)の一方が発光素子ELに接続し、他方が対応する給電線VLに接続している。本例では、ドライブトランジスタTrdがNチャネル型であり、そのドレインが給電線VLに接続する一方、ソースSが出力ノードとして発光素子ELのアノードに接続している。発光素子ELのカソードは所定のカソード電位Vcathに接続している。画素容量CsはドライブトランジスタTrdの片方の電流端であるソースSと制御端であるゲートGの間に接続している。
図3は、図2に示した画素回路2の動作説明に供するタイミングチャートである。時間軸を共通にして、走査線WSの電位変化、給電線VLの電位変化及び信号線SLの電位変化を表している。またこれらの電位変化と並行に、ドライブトランジスタのゲートG及びソースSの電位変化も表してある。
図4は、図2に示した画素回路2の動作説明に供する他のタイミングチャートである。基本的には図2に示したタイミングチャートと同様であり、対応する部分には対応する参照番号を付してある。異なる点は、閾電圧補正動作を複数の水平期間に渡って時分割的に繰り返し行っていることである。図4のタイミングチャートの例では、1H期間毎のVth補正動作を2回行っている。画面部が高精細化すると、画素数が増えこれに伴って走査線数も増加する。走査線本数の増加により1H期間が短くなる。このように線順次走査が高速化すると、1H期間ではVth補正動作が完了しない場合がある。そこで図4のタイミングチャートでは、閾電圧補正動作を時分割的に2回行って、ドライブトランジスタTrdのゲートGとソースSとの間の電位Vgsが確実にVthまで初期化できるようにしている。なお、Vth補正の繰り返し回数は2回に限られるものではなく、必要に応じ時分割数を増やすことができる。
図5は、本発明に係る表示装置の全体構成を示す模式的なブロック図である。図示するように、本表示装置は、基本的に画面部1と、駆動部と、信号処理部10とからなる。画面部(画素アレイ部)1は、行状の走査線と、列状の信号線と、各走査線と各信号線とが交差する部分に配された行列状の画素と、光センサー8とを有するパネル0からなる。駆動部は、各走査線に順次制御信号を供給するスキャナと、各信号線に映像信号を供給するドライバとを有する。本実施形態ではスキャナやドライバは、画面部1を囲むようにパネル0上に搭載されている。
図6は、図5に示した第一実施形態に係る表示装置の変形例を示すブロック図である。理解を容易にするため、図5に示した構成と対応する部分には対応する参照番号を付してある。異なる点は、光センサー8をパネル0の裏面側ではなく表面側に配置したことである。裏面側に比べ表面側に光センサー8を配置すると、受光量が増えるという有利な点がある。しかし、パネル0の表面側に光センサー8を配置すると、一部の画素の発光が犠牲になるという短所が生じる。
図7は、図5に示した表示装置に含まれるパネルの構成を示す模式的な平面図並びに断面図である。図示するように、パネル0の中央に画面部(画素アレイ部)1が配されている。図示しないが画面部1を囲むパネル0の周辺部(額縁部)にはドライバやスキャナなどの駆動部も搭載されている。但し本発明はこれに限られるものではなく、駆動部はパネル0と別体に設けてもよい。
図8は、図7に示したパネルの断面構造を示す。パネル0は、下側のガラス基板101と上側のガラス基板108を重ねた構成となっている。ガラス基板101の上にTFTプロセスで集積回路102が形成されている。この集積回路102は、図2に示した画素回路の集合である。この集積回路102の上には、発光素子ELのアノード103が画素毎に分かれて形成されている。また個々のアノード103を集積回路102側に接続するための配線106も形成されている。アノード103の上に有機EL材料などからなる発光層104が形成されている。その上にカソード105が全面的に形成されている。カソード105とアノード103と両者の間に保持された発光層104とで発光素子を形成している。カソード105の上には封止層107を介してガラス基板108が接合している。
図9は、光センサーの受光量分布を示すグラフである。(X)は、行方向の受光分布を表している。横軸に光センサーからの距離を画素数で表し、縦軸にセンサー出力電圧を表している。センサー出力電圧は受光量に比例している。グラフから明らかなように、光センサーはその中心に位置する画素(光センサーの直上に位置する画素)ばかりではなく、中心から離れた画素からの発光もある程度受光し、対応する輝度信号を出力していることがわかる。
図10は、画素輝度の検出動作を示す模式図である。図示するように、本実施形態では点順次方式で個々の画素の発光輝度検出を行っている。点順次動作の進行方向は、各領域1Aにおいて、左上の画素から右下の画素までラスター方式で行う。
図11は、本発明が処理対象とする「焼き付き」を説明する模式図である。(A1)は、焼き付きの原因となるパターン表示を表している。画面部1に例えば図示のようなウィンドウを表示する。白抜きのウィンドウの部分の画素は高輝度で発光を持続する一方、周辺の黒枠部分の画素は非発光状態に置かれる。このウィンドウパターンが長時間に亘って表示されると、白抜き部分の画素の輝度劣化が進行する一方、黒枠部分の画素の輝度劣化は相対的に進行が遅い。
図12は、図11に示した「焼き付き」の補正動作を示す模式図である。(O)は本表示装置の信号処理部に外部から入力される映像信号を表している。図示の例では、全面ベタの映像信号である。
[輝度信号のダイナミックレンジ]
図13は、光センサーから出力される輝度信号のダイナミックレンジを示すグラフである。横軸に光センサーの中心位置からの距離をとり、縦軸に輝度信号の出力電圧をとってある。なお横軸の距離は、光センサーからの画素数で表してある。図示するように、光センサーから距離が遠くなるにつれ、同一画素輝度でも、光センサーにて受光される値は小さくなってしまう。図示の例では、中心位置にある画素の輝度信号の出力レベルは3Vに達するのに対し、中心位置から画素数で20個分離れた画素の輝度信号の出力電圧は0.3Vと約1/10に低下してしまう。図5に示した焼き付き補正システムでは、光センサー8からの出力を増幅した後、ADC9にてアナログ信号からデジタル信号に変換している。デジタル信号のビットは、入力アナログ信号の最大電圧を見て決められる。そのため光センサーの中心に位置する画素は、例えばその輝度信号を8ビットの256階調にて変換できる。従って焼き付き補正精度も細かくなる。一方光センサーから遠い画素は、アナログ信号の電圧を26階調レベルにて変換することになる。よって焼き付き補正の精度が粗くなってしまう。この結果焼き付き補正が十分に行われない恐れがある。図示の例では中心に位置する画素の輝度信号はダイナミックレンジが大きいため、256階調でデジタルデータに変換できる。これは0.4%の補正精度に相当する。一方中心から20個の距離だけ離れた画素の輝度信号のダイナミックレンジは狭く、26階調でしかデジタルデータに変換できない。これは4%の補正精度に相当する。
図14−1は、第二実施形態に係る表示装置の動作を示すタイミングチャートである。この第二実施形態は、上述した焼き付き補正精度のばらつきを改善して、焼き付き補正精度を高めるものである。 図14−1は測定対象となる画素のみを点灯するための点順次走査を表している。前述したようにこの点順次走査は図3に示した通常の映像表示動作と同様のシーケンスで行われる。即ちVth補正を行った後、所定レベルの映像信号を測定対象となる画素に書き込み、移動度補正を行った後、当該画素を発光させる。
図15は、第二実施形態によって得られる輝度信号の出力電圧分布を示すグラフである。理解を容易にするため、図13に示したグラフと同様の表記を採用している。光センサーからの距離と発光時間との関係を最適に設定した場合、図15のグラフに示すように、光センサーの出力電圧は、画素の位置によらず一定となる。逆に言うと輝度信号のレベルを光センサーからの距離によらず各画素で一定にするために、光センサーに近い画素では図14−1に示すようなデューティの短いタイミングにて発光させる。逆に光センサーから遠い画素では図14−2に示すようにデューティの長いタイミングにて発光させる。これにより光センサーから得られる発光輝度データは図15に示すように光センサーからの距離によらず各画素で一定のダイナミックレンジが得られる。図示の例では全ての画素について256階調の分解能が得られ、0.4%の精度で焼き付け補正を行うことができる。本補正システムに組み込まれたADコンバータは、光センサーからの距離に依存することなく全ての画素について同階調の精度(例えば図示の例では8ビット256階調)でデジタル変換することができる。その結果輝度劣化を測定するためのデータ精度も高くすることができ、高い輝度補正が行われる。
[発光輝度検出のタイミングチャート]
図16−1は本発明の第三実施形態に係るタイミングチャートである。画素の発光輝度を検出する点順次動作を表している。本タイミングチャートは、検出対象となる画素が光センサーに近い位置にある場合である。図示するように、光センサーに近い画素では低い信号電圧の映像信号を当該画素に書き込んでいる。
本実施形態では信号電圧のレベルにて輝度コントロールすることで、第二実施形態のようにパネル駆動タイミングを可変することなく発光輝度検出動作が可能になる。よって本実施形態の動作は通常の映像表示時に比べて信号電圧を変えただけの動作となり、発光輝度検出時に新たなタイミングを必要とせず、システムとして簡易化できる。
[パネルの構成]
図17は本発明に係る表示装置の第四実施形態のパネル構成を示すブロック図である。理解を容易にするため、図1に示した第一実施形態のパネルブロック図と同様の表記を採用している。本表示装置は基本的に画素アレイ部(画面部)1とこれを駆動する駆動部とで構成されている。画素アレイ部1は行状の第1走査線WSと、同じく行状の第2走査線DSと、列状の信号線SLと、各第1走査線WSと各信号線SLとが交差する部分に配された行列状の画素2とを備えている。これに対し駆動部は、ライトスキャナ4、ドライブスキャナ5及び水平セレクタ3を含んでいる。ライトスキャナ4は各第1走査線WSに制御信号を出力して画素2を行単位で線順次走査する。ドライブスキャナ5も各第2走査線DSにそれぞれ制御信号を出力して画素2を行単位で線順次走査する。但しライトスキャナ4とドライブスキャナ5は制御信号を出力するタイミングが異なっている。このドライブスキャナ5は第一実施形態で使われた電源スキャナ6に代えて駆動部に配されている。電源スキャナを廃したことで給電線も画素アレイ部1から除かれている。その代わり、図示しないが画素アレイ部1には一定の電源電位Vddを供給する電源ラインが配されている。一方水平セレクタ(信号ドライバ)3は、スキャナ4,5側の線順次走査に合わせて、列状の信号線SLに映像信号の信号電位と基準電位とを供給する。
図18は図17に示した第四実施形態の表示パネルに含まる画素回路の構成を示している。第一実施形態の画素回路が2個のトランジスタで構成されているのに対し、本実施形態の画素は3個のトランジスタで構成されている。図示するように本画素2は、基本的に発光素子ELと、サンプリングトランジスタTr1と、ドライブトランジスタTrdと、スイッチングトランジスタTr3と、画素容量Csとを含む。サンプリングトランジスタTr1は、その制御端(ゲート)が走査線WSに接続し、一対の電流端(ソース及びドレイン)の一方が信号線SLに接続し、他方がドライブトランジスタTrdの制御端(ゲートG)に接続している。ドライブトランジスタTrdは、一対の電流端(ソース及びドレイン)の一方(ドレイン)が電源ラインVddに接続し、他方(ソースS)が発光素子ELのアノードに接続している。発光素子ELのカソードは所定のカソード電位Vcathに接続している。スイッチングトランジスタTr3は、その制御端(ゲート)が走査線DSに接続し、一対の電流端(ソース及びドレイン)の一方が固定電位Vssに接続し、他方がドライブトランジスタTrdのソースSに接続している。画素容量Csは、その一端がドライブトランジスタTrdの制御端(ゲートG)に接続し、その他端がドライブトランジスタTrdの他方の電流端(ソースS)に接続している。このドライブトランジスタTrdの他方の電流端は、発光素子EL及び画素容量Csに対する出力電流端となっている。なお本画素回路2は、画素容量Csを補助する目的で、補助容量CsubがドライブトランジスタTrdのソースSと電源Vddとの間に接続されている。
図19は、図18に示した画素回路の動作説明に供するタイミングチャートである。図示するように本タイミングチャートは、走査線WS、走査線DS及び信号線SLの電位変化を時間軸を揃えて示している。サンプリングトランジスタTr1はNチャネル型であり、走査線WSがハイレベルになったときオンする。スイッチングトランジスタTr3もNチャネル型であり、走査線DSがハイレベルになったときオンする。一方信号線SLに供給された映像信号は、1水平周期(1H)で信号電位Vsigと基準電位Vrefとの間で切換る。このタイミングチャートは、第1走査線WS、第2走査線DS及び信号線SLの電位変化と時間軸を合わせて、ドライブトランジスタTrdのゲートG及びソースSの電位変化を表している。ゲートGとソースSの間の電位差Vgsに従って、ドライブトランジスタTrdの動作状態を制御している。
[表示パネルのブロック構成]
図20は、本発明に係る表示装置の第五実施形態の表示パネルを示すブロック図である。本表示装置は基本的に画素アレイ部1とスキャナ部と信号部とで構成されている。スキャナ部と信号部とで駆動部を構成する。画素アレイ部1は、行状に配された第1走査線WS、第2走査線DS、第3走査線AZ1及び第4走査線AZ2と、列状に配された信号線SLと、これらの走査線WS,DS,AZ1,AZ2及び信号線SLに接続した行列状の画素回路2と、各画素回路2の動作に必要な第1電位Vss1,第2電位Vss2及び第3電位Vddを供給する複数の電源線とからなる。信号部は水平セレクタ3からなり、信号線SLに映像信号を供給する。スキャナ部は、ライトスキャナ4、ドライブスキャナ5、第一補正用スキャナ71及び第二補正用スキャナ72からなり、それぞれ第1走査線WS、第2走査線DS、第3走査線AZ1及び第4走査線AZ2に制御信号を供給して順次行毎に画素回路2を走査する。
図21は、図20に示した表示装置に組み込まれる画素の構成を示す回路図である。本実施形態の画素は5個のトランジスタで構成されている点に特徴がある。図示する様に画素回路2は、サンプリングトランジスタTr1と、ドライブトランジスタTrdと、第1スイッチングトランジスタTr2と、第2スイッチングトランジスタTr3と、第3スイッチングトランジスタTr4と、画素容量Csと、発光素子ELとを含む。サンプリングトランジスタTr1は、所定のサンプリング期間に走査線WSから供給される制御信号に応じ導通して信号線SLから供給された映像信号の信号電位を画素容量Csにサンプリングする。画素容量Csは、サンプリングされた映像信号の信号電位に応じてドライブトランジスタTrdのゲートGに入力電圧Vgsを印加する。ドライブトランジスタTrdは、入力電圧Vgsに応じた出力電流Idsを発光素子ELに供給する。発光素子ELは、所定の発光期間中ドライブトランジスタTrdから供給される出力電流Idsにより映像信号の信号電位に応じた輝度で発光する。
図23は、図22に示した画素回路のタイミングチャートである。図23は、時間軸Tに沿って各走査線WS,AZ1,AZ2及びDSに印加される制御信号の波形を表してある。表記を簡略化する為、制御信号も対応する走査線の符号と同じ符号で表してある。トランジスタTr1,Tr2,Tr3はNチャネル型なので、走査線WS,AZ1,AZ2がそれぞれハイレベルの時オンし、ローレベルの時オフする。一方トランジスタTr4はPチャネル型なので、走査線DSがハイレベルの時オフし、ローレベルの時オンする。なおこのタイミングチャートは、各制御信号WS,AZ1,AZ2,DSの波形と共に、ドライブトランジスタTrdのゲートGの電位変化及びソースSの電位変化も表してある。
Ids=kμ(Vgs−Vth)2=kμ(Vsig−ΔV)2
上記式において、k=(1/2)(W/L)Coxである。この特性式からVthの項がキャンセルされており、発光素子ELに供給される出力電流IdsはドライブトランジスタTrdの閾電圧Vthに依存しない事が分かる。基本的にドレイン電流Idsは映像信号の信号電圧Vsigによって決まる。換言すると、発光素子ELは映像信号Vsigに応じた輝度で発光する事になる。その際Vsigは負帰還量ΔVで補正されている。この補正量ΔVは丁度特性式の係数部に位置する移動度μの効果を打ち消すように働く。したがって、ドレイン電流Idsは実質的に映像信号Vsigのみに依存する事になる。
本発明にかかる表示装置は、図24に示すような薄膜デバイス構成を有する。図24はTFT部分がBottomゲート構造(ゲート電極がチャネルPS層に対して下にある)である。この他にTFT部分に関してはSandwichゲート構造(チャネルPS層を上下のゲート電極ではさむ)、Topゲート構造(ゲート電極がチャネルPS層に対して上にある)のようなバリエーションがある。本図は、絶縁性の基板に形成された画素の模式的な断面構造を表している。図示するように、画素は、複数の薄膜トランジタを含むトランジスタ部(図では1個のTFTを例示)、画素容量などの容量部及び有機EL素子などの発光部とを含む。基板の上にTFTプロセスでトランジスタ部や容量部が形成され、その上に有機EL素子などの発光部が積層されている。その上に接着剤を介して透明な対向基板を貼り付けてフラットパネルとしている。
Claims (8)
- 画面部と、駆動部と、信号処理部とからなり、
前記画面部は、行状の走査線と、列状の信号線と、各走査線と各信号線とが交差する部分に配された行列状の画素と、光センサーとを有するパネルからなり、
前記駆動部は、各走査線に順次制御信号を供給するスキャナと、各信号線に映像信号を供給するドライバとを有し、
前記画素は、該走査線から供給された制御信号に応じて選択されたとき、該信号線から映像信号を取り込み、且つ取り込んだ映像信号に応じて発光し、
前記光センサーは、各画素の発光輝度を検出して対応する輝度信号を出力し、
前記信号処理部は、該光センサーから出力された輝度信号に応じて映像信号を補正し且つ補正された映像信号を該駆動部のドライバに供給し、
前記パネルは、該画面部が複数の領域に区画されており、各領域に対応して光センサーが配されており、各光センサーは、対応する領域に属する画素の発光輝度を検出して対応する輝度信号を該信号処理部に供給する
表示装置。 - 前記光センサーは、対応する領域の中心に配されている請求項1記載の表示装置。
- 前記信号処理部は、該画面部に映像を表示する表示期間では通常の映像信号をドライバに供給し、映像を表示しない非表示期間に含まれる検出期間では、輝度検出用の映像信号をドライバに供給する請求項1記載の表示装置。
- 前記信号処理部は、フレーム単位で前記検出用の映像信号を供給し、前記検出用の映像信号は、1フレームで検出対象となる画素のみを発光させ残りの画素は非発光の状態にする請求項3記載の表示装置。
- 前記信号処理部は、検出対象となる画素とその発光輝度を検出する光センサーとの間の距離に応じて、該画素に書込むべき検出用の映像信号のレベルを設定し、以って該画素が光センサーから離れるほどその発光輝度が大きくなる請求項4記載の表示装置。
- 前記信号処理部は、検出対象となる画素とその発光輝度を検出する光センサーとの間の距離に応じて、該画素の1フレームに占める発光時間の割合を設定し、以って光センサーから該画素が離れるほど該光センサーの受光する量が大きくなる請求項4記載の表示装置。
- 前記信号処理部は、初期に該光センサーから出力された第1の輝度信号と、初期から所定時間経過後に該光センサーから出力された第2の輝度信号とを比較して画素毎に発光輝度の低下分を求め、且つ求めた発光輝度の低下分を補償するように映像信号を補正して該駆動部のドライバに出力する請求項1記載の表示装置。
- 本体と、該本体に入力する情報若しくは本体から出力された情報を表示する表示器とからなり、
前記表示器は、画面部と、駆動部と、信号処理部とからなり、
前記画面部は、行状の走査線と、列状の信号線と、各走査線と各信号線とが交差する部分に配された行列状の画素と、光センサーとを有するパネルからなり、
前記駆動部は、各走査線に順次制御信号を供給するスキャナと、各信号線に映像信号を供給するドライバとを有し、
前記画素は、該走査線から供給された制御信号に応じて選択されたとき、該信号線から映像信号を取り込み、且つ取り込んだ映像信号に応じて発光し、
前記光センサーは、各画素の発光輝度を検出して対応する輝度信号を出力し、
前記信号処理部は、該光センサーから出力された輝度信号に応じて映像信号を補正し且つ補正された映像信号を該駆動部のドライバに供給し、
前記パネルは、該画面部が複数の領域に区画されており、各領域に対応して光センサーが配されており、各光センサーは、対応する領域に属する画素の発光輝度を検出して対応する輝度信号を該信号処理部に供給する
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