JP2013257578A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示素子が劣化しても最大輝度を保持し、コントラストの低下を防ぐ。
【解決手段】表示用電圧源９を用いて表示データに応じて表示素子１０を制御する画素制御部１１と、この画素制御部１１に表示データを供給する表示制御部３とを用いて、表示データを表示部２に表示する。また、表示素子１０の状態を検出して表示データを補正する。ここで、表示用電圧源９の電圧を予め高めの一定電圧に設定し、表示素子１０の劣化状態に応じて、表示データの階調を上げて行くことで、表示素子１０が劣化しても最大輝度を維持しながら、表示することができる。また、表示データの階調をデジタル演算のみで補正することで、コントラストを維持する。
【選択図】図１

Description

本発明は、表示素子に印加する電流量又は発光時間に応じて輝度を制御可能な画像表示装置に係わり、特に、表示素子として有機ＥＬ（Electro Luminescence）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ：Organic Light Emitting Diode）に代表される自発光素子を有する画像表示装置に関する。

様々な情報処理装置の普及により、役割に応じた画像表示装置が種々存在する。その中で、自発光型の画像表示装置が注目されており、特に、有機ＥＬディスプレイとして注目を浴びてきている。この装置に用いるＯＬＥＤなどの発光素子は自発光型であるため、バックライトが不要で低消費電力に向いており、また、従来の液晶ディスプレイに比べて画素の視認性が高く、応答速度が速い等の利点がある。さらに、発光素子はダイオードに似た特性を持っており、素子に流す電流量によって輝度を制御することができる。このような自発光型画像表示装置における駆動方法については、下記特許文献１などに挙げられている。

特開２００６−９１７０９号公報

発光素子の特性として、使用期間や周囲環境により素子の内部抵抗値が変化する。特に、使用期間が増大すると、経時的に内部抵抗が高くなり、素子に流れる電流が減少する性質がある。そのため、例えば、メニュー表示など画面内の同一箇所の画素を点灯させていると、その部分について焼付きの現象が生じる。従来の補正では、起動時に画素の状態を検出し、メモリに保持し、動作時に表示データと保持された検出値との差分を表示データに上乗せする方法がある。この方法であると、表示データが最大輝度を求めても劣化した場合は、それ以上の輝度は表示できない。したがって、最大輝度が低下する、つまりコントラストが低下する問題がある。

本発明の目的は、画素の劣化による補正でも最大輝度を保持し、コントラストの低下を防ぐことである。

本発明は、表示素子の劣化後の最大輝度を予め設定しておき、表示素子の劣化程度に応じて、表示データのダイナミックレンジを変更することによって、最大輝度を維持することを特徴とする。また、表示データをデジタル演算のみで補正することで、最大輝度とコントラストを維持することができる。

本発明によると、焼付き補正において、補正前の表示データのダイナミックレンジを予め変更することで、補正後の階調つぶれを防止することができる。実施例１，２によれば、最大輝度を維持したまま焼付き現象を解消することができる。また、実施例３によれば、コントラストを低下させることなく焼付き現象を解消することができる。実施例４によれば、ガンマ補正と両立させて補正することができる。実施例５によれば、ＲＧＢ独立した補正量での調整により、見た目に合わせた補正ができる。本発明は、表示装置単体や組
み込みパネル、情報処理端末の表示装置として利用可能である。

表示パネル部の全体構成図 図１に示すドライバ１の構成図 表示、検出、補正を行うタイミング図 図２に示す閾値抽出回路２４の動作説明図 図２に示す補正演算回路２５の動作説明図 検出電圧と輝度との関係図 劣化割合と閾値電圧との関係図 検出処理のフローチャート 表示処理のフローチャート 図２に示す補正演算回路２５の別の動作説明図 図２に示す補正演算回路２５の別の動作説明図 図２に示す補正演算回路２５の別の動作説明図 図７とは別の補正方法を示す図

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

図１は、表示パネル部の全体構成図である。図１において、表示パネル部は、ドライバ１と表示部２で構成される。ドライバ１には、表示制御部３、検出スイッチ４、検出制御部５、検出用電流源６、補正制御部７、補正制御用スイッチ８がある。表示部２には、表示用電圧源９、表示素子１０、画素制御部１１、選択スイッチ１２がある。ドライバ１と表示部２はバス１３で接続する。検出用電流源６は、検出制御部５と検出スイッチ４とを結線する信号線上にあり、この信号線上での表示素子１０の電圧変化を検出制御部５が検出する。外部からの表示データはドライバ１の表示制御部３に入力する。表示制御部３は入力信号のタイミング制御や信号制御を行う。表示用電圧源９は画素制御部１１で表示素子１０と接続する。また、検出スイッチ４と画素制御部１１も接続している。

次に、図１の動作を説明する。ドライバ１内での信号の流れは、図１の点線で示すように、大きく３種類あり、表示経路、検出経路、補正経路になる。表示経路は、表示データが、表示制御部３と検出スイッチ４とバス１３とを通り、表示部２内の画素制御部１１を通して表示用電圧源９を用いて表示素子１０を駆動する流れである。検出経路は、表示素子１０から選択スイッチ１２とバス１３とを通り、ドライバ１内の検出スイッチ４を通り検出制御部５に行く流れである。補正経路は、検出制御部５から補正制御部７を通り表示制御部３に行き表示データを補正する流れである。

ここで、検出スイッチ４は、表示時と検出時でのデータ方向を切り替えるものである。表示時には表示用電圧源９を利用する。検出時には電流源６を利用する。表示時には、画素制御部１１は、表示データに応じて表示用電圧源９を制御し、表示素子１０を駆動する。検出時には、検出用電流源６を用いて表示素子１０の電圧変化の状態を検出制御部５へ伝達する。

本実施例では、電源の個数は２個であるが、構成によっては増減し、電源の種類に対しても電流源や電圧源等が構成によって変化する。また、ドライバ１内の補正選択スイッチ８は、補正制御部７で演算する補正情報を選択するものであり、補正の演算が固定であれば必要なく、ユーザが演算方法を選択できる構成にする場合には備えた方がよい。

図２は、図１に示すドライバ１の構成図である。図２において、ドライバ１内には、図１と同様に、表示制御部３、検出スイッチ４、検出制御部５、検出用電流源６、補正制御部７、補正選択スイッチ８がある。

検出制御部５には、検出結果の信号を増幅する増幅器２１とＡ／Ｄ変換器２２と変換結果を一時的に格納するラインメモリ２３がある。ここで、検出制御部５の動作を説明する。図１に示す表示部２から検出スイッチ４を通して流れる信号は微少であることが多い。そこで、この微少信号を安定して後段に伝達するために、増幅器２１を用いる。その後、Ａ／Ｄ変換器２２で検出データをデジタル値に変換し、検出データの１ライン分をラインメモリ２３に記憶する。このラインメモリ２３に検出データを格納する際に、検出データの平均化や最小値抽出等のデータ処理を施してもよい。

補正制御部７には、検出データから正常データと劣化データを別けるための閾値抽出回路２４と、補正値を計算する補正演算回路２５と、結果を保存しておくフレームメモリ２６がある。閾値抽出回路２４で求める閾値の演算例としては、閾値をテーブルに持たせ、１ライン分の検出データの平均や標準偏差から計算によって求める等がある。また、これらの演算方法の選択や調整を行うために、補正選択スイッチ８を使用することもできる。補正演算回路２５における演算方法については後述する。この補正演算回路２５で演算された補正データはフレームメモリ２６に保存される。なお、補正演算回路２５からの演算結果を直接に補正データとして表示制御部３に送って、表示制御部３にて表示データを補正すればフレームメモリ２６を備えなくてもよい。

図３は、表示、検出、補正を行うタイミング図である。図３（ａ）は、数フレームに亘るタイミング図であり、タイミング３１は１フレーム期間の状態を示し、タイミング３２は１フレーム期間における帰線期間で検出し、表示期間において補正することを示している。画像表示装置の多くは表示期間と帰線期間を設けている。本実施例では、表示期間に表示を、帰線期間に検出を行っている。また、帰線期間は表示期間に比べて短いので、１フレームの帰線期間だけでは、全画素に対応する表示素子の状態を検出することができないことがある。この場合、数フレームかけて検出することになる。

そのため、図３（ｂ）に示したように、表示部２における１画面を、例えば、検出Ａとして３３、検出Ｂとして３４、検出Ｃとして３５の複数のブロックに分ける。１フレーム期間中において検出するのは１ブロックずつである。この例では、ある３フレームで検出した検出結果をフレームメモリに保存しておき、次の３フレームで、その結果を補正データとして扱い表示データを補正する。なお、検出を１フレームで行えば毎フレーム補正することができる。また、この例の他に、画像表示装置の起動時に、表示期間を設けず、１フレーム全てを検出期間にして、起動時に一括して補正することも可能である。

図４は、図２に示す閾値抽出回路２４の動作説明図である。閾値を設定して、検出値から補正方法を選択する場合について説明する。図４（ａ）は、画素の１２番目から１８番目が劣化している状態を示す。この補正方法としては、最大値として示す点線３６を閾値として設定する方法、最小値として示す点線３７を閾値として設定する方法、任意値として示す点線３８を閾値として設定する方法がある。これらの補正方法のいずれかを選択すればよい。なお、閾値の設定に当たっては、平均値を設定する方法や他の方法でもよい。また、任意値として示す点線３８の設定に当たっては、補正選択スイッチ８を使用することができる。

補正の閾値として最小値を選択した場合を、図４（ｂ）に示す。この補正では、最小値から設定量ｄの値を超えた場合に劣化とみなし、補正処理を行う。さらに、設定量２ｄ、３ｄ、４ｄの値を超えた時点で補正量を変更して補正する。設定量ｄと補正量は別々の値
になる。図４（ｂ）に示すように、検出値が１段階目と２段階目の間の場合、１段階目の補正を行う。ここで、２段階目の補正を行うと過補正になるが、場合によっては、２段階目に近い場合は見た目には適度になる場合があるので、その場合には、任意の補正を使用することも可能である。

図５は、図２に示す補正演算回路２５の動作説明図である。検出値の最大値を閾値とする方法である。図５（ａ）は、入力階調に対する出力輝度のグラフである。本実施例では６ビット、即ち、６４段階（０〜６３）の階調で説明するが、階調に対するビット数は何ビットでもよい。

図５（ａ）に示す実線４１は、入力階調と出力輝度が一定に保たれていることを示しており、この場合、０階調で最小輝度を、６３階調で最大輝度になることを示している。図５（ａ）に示す点線４２は、焼付きによる輝度劣化を示している。この焼付き現象は、表示素子（画素）の劣化が引き起こす現象であり、これは、画素の内部抵抗が変化することにある。画素の輝度は、電流量によって決まるため、画素の内部抵抗が変化すれば画素にかかる電圧が同じとすると、電流量が変化するので輝度も変化する。つまり、画素に加える電圧は階調によって一定としているので、劣化で画素の内部抵抗が増加すれば画素に流れる電流量は減少する。

６３階調において、実線４１での輝度４３が劣化すると点線４２の輝度４４に変化する。したがって、この状態では、同じ階調で制御しても輝度が下がることを示している。この場合、劣化していない６３階調の画素と、劣化した６３階調の画素では、輝度４３と輝度４４の輝度差が生じる。よって、劣化していない画素に対して点線４２になるように補正をすることで、輝度差をなくすことができる。しかし、この方法の問題点は、最大輝度が低下することであり、劣化していくとコントラストが低下することにある。この低下した最大輝度を補正するためには、画素に印加する電圧を上昇させるか、階調電圧を変更するかの方法が考えられる。然るに、これらの方法は、電圧生成回路を用いて、アナログ電圧を生成し、生成したアナログ電圧を可変にすることに当たるため、アナログ制御が複雑になる。

本実施例では、アナログ制御に代わりに、デジタル制御することで制御を簡易化する。図５（ａ）に示す実線４５のような制御を行う。この制御として、表示用電圧源９での電源電圧の設定方法を説明する。

実線４５を平行移動すると、６０階調における輝度４６と、６３階調における輝度４３とが等しくなるように、また、実線４５における６３階調において、最大輝度を超える輝度４７となるように電源電圧を設定する。この電源電圧は設定後には変化させない。

ここで、６０階調から６３階調の４階調分、即ち、２ビット分を補正用階調として使用する。輝度劣化のない初期状態では、０階調ないし６３階調の表示データを０階調ないし６０階調に変換し、最大輝度を保つ。その後、輝度劣化により、輝度４７が輝度４３の方向に低下し、劣化割合が１階調分を超えた場合、表示データの変換階調を１階調上げる。即ち、０階調ないし６０階調であった表示データを０階調ないし６１階調に変換する。

このように、初期状態では６３階調において、最大輝度を超える輝度４７となるように、画素に予め高めの電源電圧を設定する。そして、補正時には、劣化した画素が最大輝度を保つように、表示データの階調を上げる。即ち、画素に印加する電源電圧を一定として、画素が劣化した場合に、電源電圧を上げることなく、表示データの階調を上げる。これにより、６０階調から６３階調の４段階の劣化補正がデジタルで補正できる。このように、画素の劣化程度に応じて、表示データのダイナミックレンジを変更する。

なお、１階調の別の指標として、輝度が１％劣化した時に１階調補正する方法もある。このように、１階調分の補正にするための指標は何でもよく、また、補正に使用するビット数も任意である。

図５（ｂ）に、表示画面の劣化補正状態を示す。補正前の状態で表示部２に通常領域４８と劣化領域４９がある。本実施例では、劣化領域４９の輝度を通常領域４８と同等の輝度に補正することができる。

図６は、検出電圧と輝度との関係図である。一般的に、Ｒ（Ｒｅｄ）Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）Ｂ（Ｂｌｕｅ）の特性は、各画素材料などの条件により、異なっている。図６において、画素のＲｅｄ成分の劣化割合を実線５１とし、Ｇｒｅｅｎ成分の劣化割合を実線５２とし、Ｂｌｕｅ成分の劣化割合を実線５３とする。ここで、例えば、実線５２において、輝度ｙ１の検出電圧をｘ１とし、輝度ｙ２の検出電圧をｘ２とする。輝度ｙ２が輝度ｙ１の１％劣化状態であれば、ｘ１とｘ２の差分が劣化割合１％の検出電圧となる。

図７は、劣化割合と閾値電圧との関係図である。図６に示したように、Ｒｅｄ、Ｇｒｅｅｎ、Ｂｌｕｅによって、劣化割合が異なることが多いので、検出電圧に対して基準となる閾値電圧をＲＧＢ独立して制御する。図７に示す欄６１は劣化割合を示しており、欄６２はＲＧＢにおける閾値電圧を示している。輝度に対する劣化特性が直線的であれば、欄６１の劣化割合に対して欄６２の閾値電圧は等間隔になる。これに対して、劣化特性が多次曲線的であれば、劣化割合に対しての閾値電圧は等間隔でなくなる。補正ビットを２ビットとし、劣化補正を４段階とするなら、単純に補正すると劣化割合４％までの補正ができる。また、補正割合を２％ごとに４段階に設定することもできる。

図８は、検出処理のフローチャートで、起動時に一括して補正する。処理７０で検出処理が開始されると、処理７１で垂直カウンタをリセットする。処理７２において検出期間か判定し、検出期間になると処理７３において各画素を切り替えるシフトレジスタをセットし、処理７４で対象画素の状態を検出する。処理７５で検出応答を待つ。検出応答が有ると処理７６で検出状態を判定し、検出状態が異常である場合、処理７７でエラー処理をする。処理７６で正常に検出されると処理７８で閾値を抽出する。処理７９で１ラインの検出が終了したか判定し、１ラインの途中であれば処理８０でシフトレジスタをシフトして、残りを検出する。処理７９で１ラインの検出が終了すると、処理８１で検出値を格納する。処理８２で１画面の検出が終了したか判定し、１画面の途中であれば処理８３で垂直カウンタをカウントアップし、残りを検出する。処理８２で１画面の検出が終了すると、処理８４で検出を終了する。

図９は、表示処理のフローチャートである。処理９０で表示処理が開始されると、処理９１で垂直カウンタをリセットする。次に、処理９２で、格納された検出値と閾値から補正値を演算し、補正処理を行う。１ライン分の表示データが得られると処理９３で１ライン分の表示処理を行う。処理９４で１画面の表示が終了したか判定し、１画面の途中であれば処理９５で垂直カウンタをカウントアップし、残りを表示する。処理９４で１画面の表示が終了すると、処理９６で図３に示す検出Ａ、検出Ｂ又は検出Ｃの検出処理を開始する。この検出処理が終了すると、処理９７で表示処理を終了する。表示は常に行うため、通常は処理９７から処理９０に遷移する。

図１０は、図２に示す補正演算回路２５の別の動作説明図である。この図１０と実施例１での図５と異なるのは、０階調での輝度が、図５においては、最小輝度でないのに対して、図１０においては、最小輝度になる点である。

図１０に示す実線１０１を平行移動すると、６０階調における輝度１０６と、６３階調における輝度１０とが等しくなるように設定し、実線１０１における６３階調において、最大輝度を超える輝度１０３となるような電源電圧を設定する。この電源電圧は設定後には変化させない。設定後に、焼付きによる輝度劣化に応じて実線１０１の輝度１０３が実線１０５の輝度１０４へと低下する。この低下に応じて、補正用階調として使用することは、実施例１の図５と同様である。なお、図１０に示す点線１０２は、入力階調と出力輝度が一定に保たれていることを示す。

図１１は、図２に示す補正演算回路２５の別の動作説明図である。実施例１での図５又は実施例２での図１０においては、実線４５又は実線１０１で補正する。これらの補正の利点は、表示データに対して、補正用階調を加算すればよいので、回路が簡単であることである。しかし、欠点として、実線４５での補正は、初期状態の０階調で黒が浮く状態にあり、補正により徐々に黒が沈むようになる。また、実線１０１での補正は、初期状態の０階調では出力輝度は０であるが、補正により徐々に低階調の表示データが無視されてしまう。

そこで、本実施例においては、補正前の０階調が補正後も０階調になるように補正する。図１１に示す実線１１１は、入力階調と出力輝度が一定に保たれていることを示す。また、図１１に示す実線１１２は、補正時の特性を示し、０階調での輝度が０になるようにする。そのため、最大輝度１１３と最大輝度１１４とを等しくなるように、実線１１２の６３階調での輝度１１５を、最大輝度１１３と１１４とを超える輝度に設定する。この補正の利点は、最大輝度と最小輝度が保たれる。しかし、欠点として、補正用階調の演算に乗除算が入るので回路が複雑になる。ただし、補正係数をメモリ等に持たせれば加減算で済むため演算回路は簡略化できる。

図１２は、図２に示す補正演算回路２５の別の動作説明図である。実施例１，２，３では線形な補正を使用した。しかし、一般の画像表示装置はガンマ補正を施している。本実施例では、ガンマ補正を加味した補正について説明する。図１２に示す曲線１２１は、一般的なガンマ補正であり、曲線１２２は、本実施例のガンマ補正と劣化補正とを合わせた補正である。本実施例では、入力階調６０での輝度１２３を輝度１２４に変換するもので、実施例１と同じく、輝度劣化を想定して電源電圧を予め高めに設定している。また、このガンマ補正は、実施例２，３にも適用できる。ガンマ補正での階調量に合わせて劣化補正の補正量を調整することで、ガンマ補正で過補正にならないようにする。この調整は、図１２（ｂ）に示すようなテーブルをメモリに持たせるか、演算によって随時求めてもよい。

図１３は、実施例１の図７とは別の補正方法を示す図である。図７では、ＲＧＢにおいて劣化割合を同じにしている。本実施例では、ＲＧＢの劣化割合を別に設定するものである。同じ輝度低下でも、人の目には違って見えることがある。例えば、ＲｅｄとＧｒｅｅｎは１％の輝度劣化でもはっきり見えるが、Ｂｌｕｅに関しては見えにくいことがある。図１３は、このＲＧＢの補正量の最適化をモードによって切り替える構成である。モード１３１に、いくつかの設定パタンを用意し、その内容を補正閾値選択１３２に設定する。例えば、モード１は、劣化割合をＲＧＢ同等の１％の閾値で演算する。モード２は、ＲとＧは１％の閾値で演算し、Ｂについては２％の閾値で演算する。このモードは、実施例１ないし４で説明した補正演算とは独立して設定できるので、どの実施例にも適用できる。

１…ドライバ、２…表示部、３…表示制御部、４…検出スイッチ、５…検出制御部、６…検出用電流源、７…補正制御部、８…補正選択スイッチ、９…表示用電圧源、１０…表示素子、１１…画素制御部、１２…選択スイッチ、１３…バス、２１…増幅器、２２…Ａ／Ｄ変換器、２３…ラインメモリ、２４…閾値抽出回路、２５…補正演算回路、２６…フレームメモリ。

Claims (5)

1. 複数の表示素子と、表示用電圧源と、前記表示用電圧源を用いて表示データに応じて前記複数の表示素子を制御する画素制御部と、を設けた表示部と、
   表示データと表示素子からの状態信号とを切り換える検出スイッチと、検出用電流源と、前記検出用電流源を用いて検出した前記状態信号を増幅しデジタル変換して検出データを出力する検出制御部と、前記検出データの閾値を抽出し、当該閾値に基づいて補正データを出力する補正制御部と、前記補正データに基づいて前記表示データを変換する表示制御部とを設けたドライバと、
   前記表示部と前記ドライバとをバスで接続してなる画像表示装置において、
   前記表示用電圧源は前記画素制御部を通して前記表示素子のアノードに第一電圧を供給するように構成されており、
   前記ドライバの前記検出スイッチは、前記表示データを前記表示部の前記表示素子に流す経路と、前記表示素子から前記選択スイッチと前記バスを通る前記表示素子の電圧変化の状態を前記検出制御部に流す経路を切り換えるものであり、
   前記ドライバを構成する前記検出制御部は、前記検出スイッチからの前記表示素子の電圧変化を表す微小信号を増幅する増幅器と、増幅した信号をデジタル値の検出データに変換するＡ／Ｄ変換器と、前記検出データの１ライン分を記憶するラインメモリとを有し、
   前記ドライバを構成する前記補正制御部は、前記検出データの閾値を抽出する閾値抽出回路と、抽出した閾値に基づいて補正値を演算して前記表示制御部に補正データを出力する補正演算回路とを有し、
   前記表示素子に入力する表示データの最大階調の電圧に対応する輝度を最大輝度とし、前記表示用電圧源の前記第一電圧を、前記最大輝度を超える出力輝度を前記表示素子が出力可能な電圧に予め設定してなり、
   前記補正制御部は、前記表示データの前記最大階調が前記表示素子の最大輝度となるように前記表示データのダイナミックレンジを変更する補正データを出力することを特徴とする画像表示装置。
2. 前記ドライバに補正選択スイッチを備え、
   前記補正制御部の前記閾値抽出回路には検出データの最大値、最小値又は平均値が前記閾値として設定されることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記表示制御部は、起動時に一括して複数の表示素子の状態を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。
4. 前記表示制御部は、１フレームの帰線期間において、１画面における一部の表示素子の状態を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。
5. 前記一部の表示素子の状態の検出を、数フレームの帰線期間において行うことで、１画面における表示素子の状態を検出することを特徴とする請求項４に記載の画像表示装置。
   
   

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