JP2011191473A - 表示装置、入力検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】タッチパネル型の表示装置で、タッチセンサのための発光による黒浮きや画質低下を抑える。
【解決手段】受光部での光検出のための画素回路の発光動作として、画素アレイ上の全画素回路の内の一部の画素回路に発光動作を実行させる。そしてその発光動作の際における各受光部の受光情報に基づいて、表示画面に対するタッチ入力を検出する。タッチセンサ機能のための発光（センシング発光）を、全画素ではなく、一部の画素とすることや、さらに例えば１フレームごとにセンシング発光させる画素回路を変更していくことで、センシング発光による黒浮きや画質低下を抑える。
【選択図】図７

Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ：Electroluminescence）素子などの自発光素子を有する画素回路がマトリクス状に配置された表示装置であって、タッチパネル入力機能をもつ表示装置、及びその入力検出方法に関する。

特開２００３−２５５８５６号公報 特開２００３−２７１０９５号公報

例えば上記特許文献１，２に見られるように、有機ＥＬ素子を画素に用いた画像表示装置が開発されている。有機ＥＬ素子は自発光素子であることから、例えば液晶ディスプレイに比べて画像の視認性が高く、バックライトが不要であり、応答速度が速いなどの利点を有する。又、各発光素子の輝度レベル（階調）はそれに流れる電流値によって制御可能である（いわゆる電流制御型）。
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単純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。

ところで近年、ユーザインターフェースの一つとしてタッチパネル入力方式が広く用いられている。タッチパネル入力を実現するためのセンサを、画素回路内に取り込むことは、コスト面からも非常にメリットがある。
有機ＥＬパネルにおいても。タッチパネル用のセンサの内蔵化が強く求められている。
しかしながら、画素回路の発光動作を利用してセンシング発光、つまり光センサで、指等の外部反射物からの反射光を検出するための発光を行う場合、そのセンシング発光により本来の映像表示において黒浮きなどの画質低下が発生するという問題がある。

本発明はこのような点に鑑みて、有機ＥＬ表示装置等において画素アレイ内に光センサを設けタッチパネル機能を実現する場合に、センシング発光による本来の映像表示の画質低下を最小限に抑えることを目的とする。

本発明の表示装置は、自発光素子を有する画素回路がマトリクス状に配置されて成る画素アレイと、それぞれが、上記画素アレイ上の１又は複数の画素回路に対応して配置され、対応する画素回路の上記自発光素子からの出力光についての外部反射物による反射光を受光する受光部と、上記受光部の受光情報から外部入力を検出する外部入力検出部と、上記各画素回路を発光駆動して映像表示を実行させるとともに、上記受光部での光検出のための上記画素回路の発光動作としては、上記画素アレイ上の全画素回路の内の一部の画素回路にのみ実行させる発光駆動部とを備える。
上記受光部での光検出のための発光動作を行う一部の画素回路は、上記受光部の配置に応じて選定する。
また上記発光駆動部は、所定フレーム期間毎に、上記光検出のための発光動作を実行させる画素回路を変更する。
また上記画素回路としては、Ｒ発光画素回路、Ｇ発光画素回路、Ｂ発光画素回路があり、上記発光駆動部は、上記Ｂ発光画素に、上記光検出のための発光動作を実行させる。
また上記発光駆動部は、画素回路に対し、画素回路の映像表示のための１発光サイクルにおける非発光期間に、上記光検出のための発光動作を実行させる。

本発明の入力検出方法は、自発光素子を有する画素回路がマトリクス状に配置されて成る画素アレイと、それぞれが、上記画素アレイ上の１又は複数の画素回路に対応して配置され、対応する画素回路の上記自発光素子からの出力光についての外部反射物による反射光を受光する受光部とを備えた表示装置の入力検出方法である。そして、上記受光部での光検出のための上記画素回路の発光動作として上記画素アレイ上の全画素回路の内の一部の画素回路に発光動作を実行させ、該発光動作の際における上記各受光部の受光情報に基づいて、上記画素アレイによる表示画面に対する入力を検出する。

このような本発明では、受光部での光検出のための画素回路の発光動作（センシング発光）については全画素回路の内の一部の画素回路に発光動作を実行させる。さらに例えば１フレームごとにセンシング発光させる画素回路を変更していくことや、Ｂ画素回路を用いることなどで、センシング発光の視認性を低下させる。

本発明によれば、受光部での光検出のための画素回路のセンシング発光動作を、一部の画素回路に実行させることで、センシング発光による消費電力増加を抑制するとともに、センシング発光での視認性を抑え、表示映像の黒浮きを抑制する事ができる。
また、センシング発光箇所を所定フレーム毎にシフトさせるなど変更していくことや、Ｂ画素回路にセンシング発光を実行させることで、センシング発光による黒浮き等の画質低下を大きく抑制することができる。

本発明の実施の形態の表示装置の構成の説明図である。 実施の形態の画素回路の回路図である。 実施の形態の映像表示発光の画素回路動作の説明図である。 実施の形態のセンシング発光を含む画素回路動作の説明図である。 実施の形態の部分発光の説明図である。 実施の形態のＢ画素による部分発光の説明図である。 実施の形態のセンシング発光画素のシフトの説明図である。 実施の形態のセンシング発光画素のシフトの説明図である。 実施の形態のＢ画素によるセンシング発光画素のシフトの説明図である。

以下、本発明の実施の形態について次の順序で説明する。
［１．表示装置及び画素回路の構成］
［２．表示発光を行う画素回路動作］
［３．センシング発光を含めた画素回路動作］
［４．実施の形態の部分発光］

［１．表示装置及び画素回路の構成］

図１に実施の形態の有機ＥＬ表示装置の構成を示す。
この有機ＥＬ表示装置は、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。そしてさらにこの有機ＥＬ表示装置は、タッチパネルとしての機能を備え、ユーザが画面に指で触れる等により、所定の入力操作ができるものとされている。

図示のように、有機ＥＬ表示装置は、多数の画素回路１０が列方向と行方向（ｍ行×ｎ列）にマトリクス状に配列された画素アレイ２０を有する。なお、画素回路１０のそれぞれは、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のいずれかの発光画素となり、各色の画素回路１０が所定規則で配列されてカラー表示装置が構成される。

各画素回路１０を発光駆動するための構成として、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。
また水平セレクタ１１により選択され、表示データとしての輝度信号の信号値（階調値）に応じた電圧を画素回路１０に供給する信号線ＤＴＬ１、ＤＴＬ２・・・ＤＴＬ（ｎ）が、画素アレイ上で列方向に配されている。信号線ＤＴＬ１、ＤＴＬ２・・・ＤＴＬ（ｎ）は、画素アレイ２０においてマトリクス配置された画素回路１０の列数分（ｎ列）だけ配される。

また画素アレイ２０上において、行方向に書込制御線ＷＳＬ１，ＷＳＬ２・・・ＷＳＬ（ｍ）、電源制御線ＤＳＬ１，ＤＳＬ２・・・ＤＳＬ（ｍ）が配されている。これらの書込制御線ＷＳＬ及び電源制御線ＤＳＬは、それぞれ、画素アレイ２０においてマトリクス配置された画素回路１０の行数分（ｍ行）だけ配される。

書込制御線ＷＳＬ（ＷＳＬ１〜ＷＳＬ（ｍ））はライトスキャナ１３により駆動される。
ライトスキャナ１３は、設定された所定のタイミングで、行状に配設された各書込制御線ＷＳＬ１〜ＷＳＬ（ｍ）に順次、走査パルスＷＳ（ＷＳ１，ＷＳ２・・・ＷＳ（ｍ））を供給して、画素回路１０を行単位で線順次走査する。

電源制御線ＤＳＬ（ＤＳＬ１〜ＤＳＬ（ｍ））はドライブスキャナ１２により駆動される。ドライブスキャナ１２は、ライトスキャナ１３による線順次走査に合わせて、行状に配設された各電源制御線ＤＳＬ１〜ＤＳＬ（ｍ）に電源パルスＤＳ（ＤＳ１，ＤＳ２・・・ＤＳ（ｍ））を供給する。電源パルスＤＳ（ＤＳ１，ＤＳ２・・・ＤＳ（ｍ））は駆動電圧Ｖｃｃと初期電圧Ｖｉｎｉの２値に切り替わるパルス電圧とされる。
なおドライブスキャナ１２，ライトスキャナ１３は、クロックｃｋ及びスタートパルスｓｐに基づいて、走査パルスＷＳ、電源パルスＤＳのタイミングを設定する。

水平セレクタ１１は、ライトスキャナ１３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線電圧を供給する。
水平セレクタ１１は、各信号線に対し、信号線電圧として、閾値補正基準電圧Ｖｏｆｓと映像信号電圧Ｖｓｉｇを供給する。映像信号電圧Ｖｓｉｇは、水平セレクタ１１に入力される映像データの値としての階調値に基づく電圧値となる。

画素アレイ２０内には、タッチパネル機能に用いる光センサ３０が配置される。光センサ３０は、フォトダイオード、フォトトランジスタ等で形成されればよい。
例えばこの図１では、光センサ３０を破線で示しているが、例えば画素回路１０としての３×３の９画素に対して１つの割合で、光センサ３０が設けられているものとしている。
光センサ３０は、１つの画素回路１０に対して１つ設けられてもよいが、図１の例のように複数の画素回路１０に対応して１つの光センサ３０が設けられても良い。もちろん２つの画素回路１０に対応して１つの光センサ３０、４つの画素回路１０に対応して１つの光センサ３０等として、光センサ３０が設けられる場合もある。
光センサ３０の配設位置は、対応する１又は複数の画素回路１０からの光が受光できる位置であればよい。
そして、複数の光センサ３０は、画面上のタッチ位置検出のため、画面平面上に万遍なく配置されることが適切である。

各光センサ３０は、画素回路１０からの光が、ユーザの指等の外部反射物によって反射された反射光を受光する。各光センサは、受光有無の受光情報ＳＳを出力する。
各光センサ３０からの受光情報ＳＳはタッチ検出部３１に供給される。
タッチ検出部３１は、後述するように画素回路１０がセンシング発光を行うタイミングで、各光センサ３０からの受光情報を検知する。そして各光センサ３０からの受光情報から、タッチ入力位置（外部入力位置）を例えばｘ−ｙ座標値として判別し、そのｘ−ｙ座標値を検出情報として出力する。
この検出情報は、図示しない制御部に供給され、ユーザのタッチパネル入力操作の情報として認識される。

なお、各画素回路１０は通常の表示動作のための発光動作（表示発光）を行うが、それとともに、一部の画素回路１０が、所定のタイミングでタッチパネル機能のためのセンシング発光を行うものである。
図５で後述するように、光センサ３０は、画素アレイ２０の背面側に形成され、指等によって反射された光を検出する。
ここで表示発光による光は、外部反射物（指等）で反射されないので、光センサ３０の受光情報は「光検出有り」とはならない。但し、表示発光の際の漏れ光によって光センサ３０が受光してしまうことを考慮すれば、タッチパネル入力のための受光情報は画素回路１０がセンシング発光を行うタイミングで取り込むことが適切となる。
そのように検出タイミングを限定する場合、タッチ検出部３１は、クロックｃｋ及びスタートパルスｓｐに基づいて、検出タイミングを設定すればよい。

なお、この実施の形態の表示装置においては、本発明請求項でいう発光駆動部が、水平セレクタ１１、ドライブスキャナ１２、及びライトスキャナ１３で構成される例となる。
また、本発明請求項でいう画素アレイの例が画素アレイ２０、受光部の例が光センサ３０、外部入力検出部の例が、タッチ検出部３１となる。

図２に画素回路１０の構成例を示している。この画素回路１０が、図１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２では簡略化のため、信号線ＤＴＬと、書込制御線ＷＳＬ及び電源制御線ＤＳＬ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。

この画素回路１０は、自発光素子である有機ＥＬ素子１と、保持容量Ｃｓと、サンプリングトランジスタＴｓ、駆動トランジスタＴｄとしてのｎチャネルの薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、補助容量Ｃｓｕｂとで構成されている。なお容量Ｃｏｌｅｄは有機ＥＬ素子１の寄生容量である。

保持容量Ｃｓは、一方の端子が駆動トランジスタＴｄのソース（ノードＮＤ２）に接続され、他方の端子が同じく駆動トランジスタＴｄのゲート（ノードＮＤ１）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のアノードは駆動トランジスタＴｄのソースに接続され、カソードは所定の配線（カソード電位Ｖｃａｔ）に接続されている。
また、有機ＥＬ素子１と並列に補助容量Ｃｓｕｂが接続されている。

サンプリングトランジスタＴｓ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Ｔｄのゲートに接続される。
またサンプリングトランジスタＴｓのゲートは書込制御線ＷＳＬに接続されている。
駆動トランジスタＴｄのドレインは電源制御線ＤＳＬに接続されている。

有機ＥＬ素子１の発光駆動は、基本的には次のようになる。
信号線ＤＴＬに映像信号電圧Ｖｓｉｇが印加されたタイミングで、サンプリングトランジスタＴｓが、書込制御線ＷＳＬによってライトスキャナ１３から与えられる走査パルスＷＳによって導通される。これにより信号線ＤＴＬからの映像信号電圧Ｖｓｉｇが保持容量Ｃｓに書き込まれる。

駆動トランジスタＴｄは、ドライブスキャナ１２によって駆動電位Ｖｃｃが与えられている電源制御線ＤＳＬからの電流供給により電流Ｉｄｓを有機ＥＬ素子１に流し、有機ＥＬ素子１を発光させる。
このとき電流Ｉｄｓは、駆動トランジスタＴｄのゲート・ソース間電圧Ｖｇｓに応じた値（保持容量Ｃｓに保持された電圧に応じた値）となり、有機ＥＬ素子１はその電流値に応じた輝度で発光する。
つまりこの画素回路１０の場合、保持容量Ｃｓに信号線ＤＴＬからの映像信号電圧Ｖｓｉｇを書き込むことによって、駆動トランジスタＴｄのゲート印加電圧を変化させ、これにより有機ＥＬ素子１に流れる電流値をコントロールして発光の階調を得る。

駆動トランジスタＴｄは、常に飽和領域で動作するように設計されているので、駆動トランジスタＴｄは次の式１に示した値を持つ定電流源となる。
Ｉｄｓ＝（１／２）・μ・（Ｗ／Ｌ）・Ｃｏｘ・（Ｖｇｓ−Ｖｔｈ）²・・・（式１）
但し、Ｉｄｓは飽和領域で動作するトランジスタのドレイン・ソース間に流れる電流、μは移動度、Ｗはチャネル幅、Ｌはチャネル長、Ｃｏｘはゲート容量、Ｖｔｈは駆動トランジスタＴｄの閾値電圧を表している。
この式１から明らかな様に、飽和領域ではドレイン電流Ｉｄｓはゲート・ソース間電圧Ｖｇｓによって制御される。駆動トランジスタＴｄは、ゲート・ソース間電圧Ｖｇｓが一定に保持される為、定電流源として動作し、有機ＥＬ素子１を一定の輝度で発光させることができる。

このように基本的には、各フレーム期間において、画素回路１０に映像信号値（階調値）Ｖｓｉｇが保持容量Ｃｓに書き込まれる動作が行われ、これにより表示すべき階調に応じて駆動トランジスタＴｄのゲート・ソース間電圧Ｖｇｓが決まる。
そして駆動トランジスタＴｄは飽和領域で動作することで有機ＥＬ素子１に対して定電流源として機能し、ゲート・ソース間電圧Ｖｇｓに応じた電流を有機ＥＬ素子１に流すことで、各フレーム期間に有機ＥＬ素子１では映像信号の階調値に応じた輝度の発光が行われる。

［２．表示発光を行う画素回路動作］

画素回路１０の動作として、まずここでは表示発光のための画素回路動作について図３で説明する。この図３は、センシング発光を行わないフレーム期間の動作としている。
そして、この表示発光動作は、各画素回路１０の駆動トランジスタＴｄの閾値、移動度のばらつきによるユニフォミティ劣化を補償するための閾値補正動作、移動度補正動作を含む回路動作である。

なお画素回路動作においては、閾値補正動作、移動度補正動作自体は、従来より行われているが、この必要性について簡単に説明しておく。
例えばポリシリコンＴＦＴ等を用いた画素回路では、駆動トランジスタＴｄの閾値電圧Ｖｔｈや、駆動トランジスタＴｄのチャネルを構成する半導体薄膜の移動度μが経時的に変化することがある。また製造プロセスのバラツキによって閾値電圧Ｖｔｈや移動度μのトランジスタ特性が画素毎に異なったりする。
駆動トランジスタＴｄの閾値電圧や移動度が画素毎に異なると、画素毎に駆動トランジスタＴｄに流れる電流値にばらつきが生じる。このため仮に全画素回路１０に同一の映像信号値（映像信号電圧Ｖｓｉｇ）を与えたとしても、有機ＥＬ素子１の発光輝度に画素毎のバラツキが生じ、その結果、画面のユニフォミティ（一様性）が損なわれる。
このことから、画素回路動作においては、閾値電圧Ｖｔｈや移動度μの変動に対する補正機能を持たせるようにしている。

図３は画素回路１０の発光サイクル（各フレーム期間）の動作のタイミングチャートである。
この図３では、水平セレクタ１１が信号線ＤＴＬに与える信号線電圧を示している。この動作例の場合、水平セレクタ１１は信号線電圧として、１水平期間（１Ｈ）に、所定の電圧値としての閾値補正基準電圧Ｖｏｆｓと、映像信号電圧Ｖｓｉｇとしてのパルス電圧を信号線ＤＴＬに与える。
また図３には、書込制御線ＷＳＬを介してライトスキャナ１３によってサンプリングトランジスタＴｓのゲートに与えられる走査パルスＷＳを示している。ｎチャネルのサンプリングトランジスタＴｓは、走査パルスＷＳがＨレベルとされることで導通され、走査パルスＷＳがＬレベルとされることで非導通となる。
また図３には、電源制御線ＤＳＬを介してドライブスキャナ１２から供給される電源パルスＤＳを示している。電源パルスＤＳとしては駆動電圧Ｖｃｃ又は初期電圧Ｖｉｎｉが与えられる。
また図３には、図２に示したノードＮＤ１、ＮＤ２の電圧として、駆動トランジスタＴｄのゲート電圧Ｖｇとソース電圧Ｖｓの変化を示している。

図３のタイミングチャートにおける時点ｔｓは、発光素子である有機ＥＬ素子１が発光駆動される１サイクル、例えば画像表示の１フレーム期間の開始タイミングとなる。
この時点ｔｓに至る前は、前フレームの発光が行われている。
即ち、有機ＥＬ素子１の発光状態は、電源パルスＤＳが駆動電圧Ｖｃｃであり、サンプリングトランジスタＴｓがオフした状態である。この時、駆動トランジスタＴｄは飽和領域で動作するように設定されているため、有機ＥＬ素子１に流れる電流Ｉｄｓは駆動トランジスタＴｄのゲート・ソース間電圧Ｖｇｓに応じて、上述した式１に示される値となる。

時点ｔｓで今回のフレームの発光のための動作が開始される。
期間ＬＴ１として、消光及び閾値補正のための準備が行われる。
まず電源パルスＤＳ＝初期電位Ｖｉｎｉとされる。
このとき、初期電位Ｖｉｎｉが有機ＥＬ素子１の閾値電圧Ｖｔｈｅｌとカソード電圧Ｖｃａｔの和よりも小さい、つまりＶｉｎｉ ≦Ｖｔｈｅｌ＋Ｖｃａｔであることで、有機ＥＬ素子１は消光し、非発光期間が開始される。このとき電源制御線ＤＳＬが駆動トランジスタＴｄのソースとなる。また有機ＥＬ素子１のアノード（ノードＮＤ２）は初期電位Ｖｉｎｉに充電される。
また駆動トランジスタＴｄのゲート電位（ノードＮＤ１）は、ソース電位の低下に応じて、或る電位Ｖｇ’まで低下する。

一定時間後、閾値補正のための準備が行われる。
即ち、信号線ＤＴＬの電位が閾値補正基準電圧Ｖｏｆｓである時に、走査パルスＷＳがＨレベルとされ、サンプリングトランジスタＴｓがオンとされる。このため駆動トランジスタＴｄのゲート（ノードＮＤ１）は閾値補正基準電圧Ｖｏｆｓとなる。
駆動トランジスタＴｄのゲート・ソース間電圧Ｖｇｓ＝Ｖｏｆｓ−Ｖｉｎｉとなる。
このＶｏｆｓ−Ｖｉｎｉが駆動トランジスタＴｄの閾値電圧Ｖｔｈよりも大きくないと閾値補正動作を行うことができないために、Ｖｏｆｓ−Ｖｉｎｉ＞Ｖｔｈとなるように、初期電位Ｖｉｎｉ、基準電圧Ｖｏｆｓが設定されている。
即ち閾値補正の準備として、駆動トランジスタのゲート・ソース間電圧が、その閾値電圧Ｖｔｈよりも十分広げられることになる。

続いて期間ＬＴ２として閾値補正（Ｖｔｈ補正）が行われる。
即ち、信号線電圧が閾値補正基準電圧Ｖｏｆｓとなっている間、ライトスキャナ１３は走査パルスＷＳのＨレベルを維持する。そしてドライブスキャナ１２が電源パルスＤＳを駆動電圧Ｖｃｃとする。
この場合、有機ＥＬ素子１のアノード（ノードＮＤ２）が駆動トランジスタＴｄのソースとなり電流が流れる。このため、駆動トランジスタＴｄのゲート（ノードＮＤ１）は閾値補正基準電圧Ｖｏｆｓに固定されたまま、ソースノード（ノードＮＤ２）が上昇する。
有機ＥＬ素子１のアノード電位（ノードＮＤ２の電位）が、Ｖｃａｔ＋Ｖｔｈｅｌ（有機ＥＬ素子１の閾値電圧）以下である限り、駆動トランジスタＴｄの電流は保持容量Ｃｓと寄生容量Ｃｏｌｅｄ及び補助容量Ｃｓｕｂを充電するために使われる。有機ＥＬ素子１のアノード電位がＶｃａｔ＋Ｖｔｈｅｌ以下である限りとは、有機ＥＬ素子１のリーク電流が駆動トランジスタＴｄに流れる電流よりもかなり小さいという意味である。
このためノードＮＤ２の電位（駆動トランジスタＴｄのソース電位）は、時間と共に上昇してゆく。

この閾値補正は、駆動トランジスタＴｄのゲート・ソース間電圧を閾値電圧Ｖｔｈとする動作である。従って駆動トランジスタＴｄのゲート・ソース間電圧が閾値電圧Ｖｔｈとなるまで、駆動トランジスタＴｄのソース電位が上昇される。
一定時間経過すると、駆動トランジスタＴｄのゲート・ソース間電圧が閾値電圧Ｖｔｈとなる。
なお、この例では閾値補正動作を１回行うものとしているが、駆動トランジスタＴｄのゲート・ソース間電圧が閾値電圧Ｖｔｈとなる時間を確保するため、閾値補正動作が分割して複数回行われることもある。

期間ＬＴ２の終了時点で、駆動トランジスタＴｄのゲート・ソース間電圧が閾値電圧Ｖｔｈとなった時、ソース電位（ノードＮＤ２：有機ＥＬ素子１のアノード電位）＝Ｖｏｆｓ−Ｖｔｈ≦Ｖｃａｔ＋Ｖｔｈｅｌとなっている。（Ｖｃａｔはカソード電位、Ｖｔｈｅｌは有機ＥＬ素子１の閾値電圧）
このとき、ライトスキャナ１３は走査パルスＷＳをＬレベルとし、サンプリングトランジスタＴｓがオフとなって閾値補正動作が完了する。

その後、信号線電圧が映像信号電圧Ｖｓｉｇとなっている期間ＬＴ３に、ライトスキャナ１３が走査パルスＷＳがＨレベルとし、映像信号電圧Ｖｓｉｇの書込及び移動度補正が行われる。即ち駆動トランジスタＴｄのゲートに映像信号電圧Ｖｓｉｇが入力される。

駆動トランジスタＴｄのゲート電位は映像信号電圧Ｖｓｉｇの電位となるが、電源制御線ＤＳＬが駆動電圧Ｖｃｃとなっていることで電流が流れ、ソース電位は時間とともに上昇してゆく。
このとき、駆動トランジスタＴｄのソース電圧が有機ＥＬ素子１の閾値電圧Ｖｔｈｅｌとカソード電圧Ｖｃａｔの和を越えなければ、駆動トランジスタＴｄの電流は保持容量Ｃｓと寄生容量Ｃｏｌｅｄ及び補助容量Ｃｓｕｂを充電するのに使用される。つまり有機ＥＬ素子１のリーク電流が駆動トランジスタＴｄに流れる電流よりもかなり小さければという条件である。
そしてこのときは、駆動トランジスタＴｄの閾値補正動作は完了しているため、駆動トランジスタＴｄが流す電流は移動度μを反映したものとなる。
具体的にいうと、移動度が大きいものはこの時の電流量が大きく、ソースの上昇も早い。逆に移動度が小さいものは電流量が小さく、ソースの上昇は遅くなる。
これによって、走査パルスＷＳがＨレベルとなる期間ＬＴ４として、サンプリングトランジスタＴｓがオンしてから、駆動トランジスタＴｄのソース電圧Ｖｓは上昇し、サンプリングトランジスタＴｓがオフしたときには、ソース電圧Ｖｓは移動度μを反映した電圧となる。駆動トランジスタＴｄのゲート・ソース間電圧Ｖｇｓは移動度を反映して小さくなり、一定時間経過後に完全に移動度を補正する電圧となる。

このように映像信号電圧Ｖｓｉｇ書込及び移動度補正を行った後、ゲート・ソース間電圧Ｖｇｓを確定させ、ブートストラップ、発光状態へと移行する。
即ち走査パルスＷＳをＬレベルとしてサンプリングトランジスタＴｓをオフして書き込みが終了し、有機ＥＬ素子１を発光させる。
この場合、駆動トランジスタＴｄのゲート・ソース間電圧Ｖｇｓに応じた電流Ｉｄｓが流れ、ノードＮＤ２の電位は、有機ＥＬ素子１にその電流が流れる電圧まで上昇し、有機ＥＬ素子１は発光する。このときサンプリングトランジスタＴｓがオフであり、ノードＮＤ２の電位の上昇と同時に駆動トランジスタＴｄのゲート（ノードＮＤ１）も同様に上昇するため、ゲート・ソース間電圧Ｖｇｓは一定に保たれたままである。(ブートストラップ動作)

このように画素回路１０は１フレーム期間における１サイクルの発光駆動動作として、閾値補正動作及び移動度補正動作を含んで、有機ＥＬ素子１の発光のための動作が行われる。
閾値補正動作によって各画素回路１０での駆動トランジスタＴｄの閾値電圧Ｖｔｈのバラツキや、経時変動による閾値電圧Ｖｔｈ変動などに関わらず、信号電位Ｖｓｉｇに応じた電流を有機ＥＬ素子１に与えることができる。つまり製造上或いは経時変化による閾値電圧Ｖｔｈのバラツキをキャンセルして、画面上に輝度ムラ等を発生させずに高画質を維持できる。
また、駆動トランジスタＴｄの移動度によってもドレイン電流は変動するため、画素回路１０毎の駆動トランジスタＴｄの移動度のバラツキにより画質が低下するが、移動度補正により、駆動トランジスタＴｄの移動度の大小に応じてソース電位Ｖｓが得られる。結果として各画素回路１０の駆動トランジスタＴｄの移動度のバラツキを吸収するようなゲート・ソース間電圧Ｖｇｓに調整されるため、移動度のバラツキによる画質低下も解消される。

［３．センシング発光を含めた画素回路動作］

本実施の形態では、上述のようにタッチパネル機能を有するものとしており、このため上記の表示発光のための動作とともに、画素回路１０はセンシング発光を行う場合がある。センシング発光とは、表示画面上に触れられた指等の外部反射物による反射光を光検出部３１で検出させるための発光である。

図４は、上記図３と同様に画素回路１０の１発光サイクル（１フレーム期間）の動作のタイミングチャートを示している。図３と同様、信号線電圧、走査パルスＷＳ、電源パルスＤＳ、ノードＮＤ１（駆動トランジスタＴｄのゲート電圧Ｖｇ）、ＮＤ２（駆動トランジスタＴｄのソース電圧Ｖｓ）を示している。
この図４では、或る画素回路１０が、フレーム＃１としての期間には、表示発光のみを行い、次のフレーム＃２としての期間に、表示発光とともにセンシング発光を行う例としている。
フレーム＃１の発光サイクルとして、期間ＬＴ１，ＬＴ２，ＬＴ３の表示発光のための動作は上記図３と同様であるため重複説明は避ける。
この場合、フレーム＃２の期間であって、表示発光を開始する前の非発光期間に、センシング発光を行う。
即ちフレーム＃２の発光サイクルにおける期間ＬＴ１において、時点ｔ２〜ｔ３にセンシング発光を行う。

フレーム＃２の期間ＬＴ１では、まず電源パルスＤＳ＝初期電位Ｖｉｎｉとされ、それまでのフレーム＃１での表示発光が終了される。
その後、期間ＬＴ２に至る直前に閾値補正のための準備が行われるわけであるが、その前の時点でセンシング発光を行う。
まず時点ｔ１でセンシング発光のための映像信号電圧Ｖｓｉｇの書込が行われる。時点ｔ１とは、信号線ＤＴＬの電圧が、他の或る画素に対する映像信号電圧Ｖｓｉｇとされている期間内であるが、このときに、走査パルスＷＳがＨレベルとされ、サンプリングトランジスタＴｓがオンとされる。従って、他の画素回路１０に対する映像信号電圧Ｖｓｉｇが、この画素回路１０の駆動トランジスタＴｄのゲート（保持容量Ｃｓ）にも入力され、駆動トランジスタＴｄのゲート電圧Ｖｇが上昇する。
そして、時点ｔ２〜ｔ３の期間、電源パルスＤＳ＝駆動電圧Ｖｃｃとされる。これによって駆動トランジスタＴｄのソース電圧Ｖｓ、ゲート電圧Ｖｇは上昇し（ブートストラップ）、有機ＥＬ素子１に電流が流れ、発光に至る。

その後、時点ｔ３で電源パルスＤＳ＝初期電位Ｖｉｎｉに戻されると、ソース電圧Ｖｓ、ゲート電圧Ｖｇは下降し、センシング発光は終了される。
そして期間ＬＴ２の直前で、通常の表示発光のための閾値補正準備が行われ、期間ＬＴ２で閾値補正、期間ＬＴ３で映像信号電圧Ｖｓｉｇの書込及び移動度補正が行われて、その後、表示発光としての発光動作に至る。

［４．実施の形態の部分発光］

以上のように本例の画素回路１０は、画面上での映像表示のための表示発光と、タッチパネル機能を実現するため、つまり光センサ３０での検出のためのセンシング発光とが行われる。
ここで本実施の形態では、全画素回路１０で常に各フレーム期間にセンシング発光が行われるのではなく、各フレーム期間では、一部の画素回路１０のみで、図４に示すようにセンシング発光が行われるものとしている。以下、この部分発光について説明する。

まず、参考として図５（ａ）に、液晶ディスプレイにタッチパネル機能を備えた場合を示す。液晶ディスプレイパネルの場合、例えばバックライト光の反射光を検出することで、タッチ検出を行う。図５（ａ）では非常に単純化し、かつ液晶素子部も省略して示しているが、バックライト１００の光は、図示しない液晶素子部を通過したうえで、発光画素の光がパネル表面のガラス１０２から出力される。ここで、指による反射があった場合に、その指の位置に対応する受光素子１０１で、反射光が検出され、タッチ位置が検出されるようになされている。

指先やスタイラスなど、タッチパネル入力で用いる外部反射物の接触面積は画素ピッチに対して大きい為、受光素子１０１は、複数画素に一つずつのレイアウトで構わない。
しかしながら、液晶ディスプレイはバックライト駆動であるので、結果的にバックライトは全面発光状態になり消費電力が増加してしまうという欠点がある。
この図５において、斜線部は発光状態の部分を示すこととしているが、バックライト１００は当然全面発光である。

一方、有機ＥＬ表示装置においてタッチパネル機能を備える場合、図５（ｂ）のように、パネル表面を構成するガラス４０の内部で、画素アレイ２０の下方に光センサ３０を配置する。そして画素アレイ２０内の画素回路１０からの光であって、指等で反射された反射光が光センサ３０で検出される構造となる。
ここで、タッチ検出の際には、図５（ｂ）のように画素アレイ２０内の全画素回路１０を発光させることが考えられる。画面上は図５（ｂ）右側に示すように全面発光状態となる。
しかし、センシング発光を全面発光として行うと、消費電力の点で不利である。さらに１フレーム期間中の短期間に行うセンシング発光であっても、画面上で発光するため、視認されてしまう。そして全面発光動作では、画面が全体的に光ってしまう。その為、黒表示画面では黒浮きが問題になってしまう。つまりセンシング発光の影響で黒表示でも多少輝度が高く視認されてしまう。これは画面表示の階調性を低下させることとなる。

そこで本実施の形態では、有機ＥＬ素子１を用いることを利用し、センシング発光を一部の画素回路１０による部分発光とする。有機ＥＬ素子１は自発光駆動であるため、発光箇所の制御が可能であるからである。
図５（ｃ）のように、画素アレイ２０のうちで、一部の画素回路１０にセンシング発光を実行させ、その指等による反射光を、光センサ３０で受光する。図５（ｃ）の右側に、画面上で一部の画素のみが発光している状態を模式的に示している。
パネル面内での光散乱距離は短いため、センシング発光させる画素の選定は光センサ３０に合わせればよい。つまり、光センサ３０での光検出のための発光動作を行う一部の画素回路１０としては、光センサ３０の配置に応じて選定する。
部分発光とすることで、センシング時の画素発光は全面発光に比べて少なくできる。例えば、光センサ３０を、図１のように３×３画素に対して一つ持つとすれば、センシング発光画素は全面発光の１／９にする事ができる。

部分発光とする事で、センシング発光動作における消費電力を大きく低減する事ができる。
また、上述のようにセンシング発光も発光動作であるので視認されてしまうが、部分発光では発光面積も小さくなり、センシング発光の視認性も低下するので、黒浮きによる画質低下の影響を下げることができる。

このような部分発光としてのセンシング発光を実行させる画素は、固定であっても良いし、変化させてもよい。
例えば図５（ｃ）右側のような部分発光させる画素を固定とする場合は、当該画素に対して、毎フレーム、図４のフレーム＃２の期間の動作を実行させればよい。具体的には、ドライブスキャナ１２，ライトスキャナ１３が、それぞれ図４のフレーム＃２の期間に示したように電源パルスＤＳ、走査パルスＷＳを、毎フレーム出力すればよい。或いは、毎フレームではなく、間欠的なフレームで、センシング発光をおこなわせてもよい。

部分発光として選択する画素は、光センサ３０の近辺の画素であることが好ましい。効率的に受光できるようにするためである。
従って、光センサ３０の配置位置に応じてセンシング発光させる画素を決めることが考えられる。

また、センシング用の部分発光に関しては、Ｂ光が望ましい。Ｂ光は強度が強いために、受光センサに対する感度が高い一方で、視認性は低いので、消費電力や黒浮きの観点からも、部分発光駆動は適している。
図６にＢ光による部分発光の例を示す。
図６では、マトリクス配置された各画素回路１０を、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の画素に区別して示している。この中で、Ｂ画素回路１０のなかから、部分発光させる画素を選択する。例えば斜線を付した画素が、センシング発光させるＢ画素としている。

さらに、センシング発光させる画素回路１０を、フレーム期間毎などで切り換えていっても良い。
図７，図８に例を示す。
例えば縦横３×３画素の画素ブロック、即ち９個の画素回路１０に対して、１個の光センサ３０が配置されているとする。
このときに、各画素ブロック内で、センシング発光させる画素回路１０を１フレームごとにシフトさせていく。

図７、図８ではセンシング発光を行う画素に斜線を付している。
第１フレームの期間は、画素ブロック内の第１行第１列の画素回路１０に発光させる。
第２フレームの期間は、画素ブロック内の第１行第２列の画素回路１０に発光させる。
第３フレームの期間は、画素ブロック内の第１行第３列の画素回路１０に発光させる。
第４フレームの期間は、画素ブロック内の第２行第１列の画素回路１０に発光させる。
第５フレームの期間は、画素ブロック内の第２行第２列の画素回路１０に発光させる。
そして同様に第６フレームから第８フレームも発光させる画素回路１０をシフトさせていき、第９フレームの期間は、画素ブロック内の第３行第３列の画素回路１０に発光させる。
このように部分発光させる画素を変更させていく場合は、各フレームで、図４のフレーム＃２の期間の動作を実行させる画素回路を変更すればよい。具体的には、ドライブスキャナ１２，ライトスキャナ１３が、それぞれのフレームで発光させる画素回路１０に対して図４のフレーム＃２の期間に示した電源パルスＤＳ、走査パルスＷＳを出力すればよい。

図７，図８の例のように例えば９フレーム周期でセンシング発光させる画素回路１０をシフトすると、黒浮きの輝度も１／９に低下させる事ができる。これにより、センシング駆動による黒浮きの影響を大きく低下させる事ができる。
もちろん３×３画素のブロックとするのは一例にすぎない。画素ブロックを構成する画素数を増やして、周期フレーム数を増加させれば、その分、黒浮き低減という意味で、より大きな効果が得られる。画素ブロックを構成する画素数は、１つの光センサ３０が受光できる範囲で決めることが適切である。例えば１つの光センサ３０が、最大４×４個の画素についての反射光を受光できるように配置されているのであれば、センシング発光をシフトさせる画素ブロックは、４×４画素以内で、画素ブロックを形成すればよい。
また、発光画素をシフトさせるのは１フレームに限らず、例えば２フレーム毎などとしてもよい。
また画素ブロック内でのシフトさせる順序も、どのような順序であってもよい。

また上述のようにセンシング発光に関しては、Ｂ光が望ましい。Ｂ画素回路１０のみを用いることと、発光画素のシフトとを組み合わせることも好適である。
図９に例を示す。
図９では、６×５画素を１ブロックとしているが、この画素ブロックには、Ｂ画素回路１０のみを考えれば、１０個のＢ画素回路が含まれていることになる。
このような画素ブロックにおいて、例えば１フレームごとに発光させるＢ画素回路をシフトさせていく。
第１フレームの期間は、画素ブロック内の第１行第３列のＢ画素回路１０に発光させる。
第２フレームの期間は、画素ブロック内の第１行第６列のＢ画素回路１０に発光させる。
第３フレームの期間は、画素ブロック内の第２行第３列のＢ画素回路１０に発光させる。
以降、図示は省略するが、同様にＢ画素回路１０のみで発光画素をシフトさせていく。即ち、１０フレーム周期でセンシング発光させるＢ画素回路１０をシフトさせる。これにより、全画面で見た場合のセンシング発光による画面輝度をより効果的に低下させ、センシング駆動による黒浮きの影響をさらに大きく低下させる事ができる。

以上の本実施の形態の部分発光の各例によれば、センシング発光による消費電力増加を抑制するとともに、センシング発光での視認性を抑え、表示映像の黒浮きを抑制する事ができる。
特に、センシング発光箇所を所定フレーム毎にシフトさせるなど変更していくことや、Ｂ画素回路にセンシング発光を実行させることで、センシング発光による黒浮き等の画質低下を大きく抑制することができる。

以上、実施の形態について説明したが、本発明は上記例に限定されるものではない。例えば画素回路１０の構成は、図２のものに限定されず、多様な例が考えられる。特に本発明は、自発光素子を用いる表示装置であり、タッチパネル機能を備える用にする場合に適用できる。

１ 有機ＥＬ素子、１０ 画素回路、１１ 水平セレクタ、１２ ドライブスキャナ、１３ ライトスキャナ、２０ 画素アレイ部、３０ 光センサ、３１ タッチ検出部、Ｃｓ 保持容量、Ｔｓ サンプリングトランジスタ、Ｔｄ 駆動トランジスタ

Claims (6)

1. 自発光素子を有する画素回路がマトリクス状に配置されて成る画素アレイと、
   それぞれが、上記画素アレイ上の１又は複数の画素回路に対応して配置され、対応する画素回路の上記自発光素子からの出力光についての外部反射物による反射光を受光する受光部と、
   上記受光部の受光情報から外部入力を検出する外部入力検出部と、
   上記各画素回路を発光駆動して映像表示を実行させるとともに、上記受光部での光検出のための上記画素回路の発光動作としては、上記画素アレイ上の全画素回路の内の一部の画素回路にのみ実行させる発光駆動部と、
   を備えた表示装置。
2. 上記受光部での光検出のための発光動作を行う一部の画素回路は、上記受光部の配置に応じて選定する請求項１に記載の表示装置。
3. 上記発光駆動部は、所定フレーム期間毎に、上記光検出のための発光動作を実行させる画素回路を変更する請求項２に記載の表示装置。
4. 上記画素回路としては、Ｒ発光画素回路、Ｇ発光画素回路、Ｂ発光画素回路があり、
   上記発光駆動部は、上記Ｂ発光画素に、上記光検出のための発光動作を実行させる請求項２に記載の表示装置。
5. 上記発光駆動部は、画素回路に対し、画素回路の映像表示のための１発光サイクルにおける非発光期間に、上記光検出のための発光動作を実行させる請求項２に記載の表示装置。
6. 自発光素子を有する画素回路がマトリクス状に配置されて成る画素アレイと、
   それぞれが、上記画素アレイ上の１又は複数の画素回路に対応して配置され、対応する画素回路の上記自発光素子からの出力光についての外部反射物による反射光を受光する受光部と、
   を備えた表示装置の入力検出方法として、
   上記受光部での光検出のための上記画素回路の発光動作として上記画素アレイ上の全画素回路の内の一部の画素回路に発光動作を実行させ、該発光動作の際における上記各受光部の受光情報に基づいて、上記画素アレイによる表示画面に対する入力を検出する入力検出方法。

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