JP4099572B2

JP4099572B2 - 有機ｅｌ表示装置

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Publication number: JP4099572B2
Application number: JP2002144225A
Authority: JP
Inventors: 洋長谷川; 義石橋
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-05-20
Filing date: 2002-05-20
Publication date: 2008-06-11
Anticipated expiration: 2022-05-20
Also published as: JP2003338372A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光画素の発光素子（電気光学素子）として、有機材料のエレクトロルミネッセンス(以下、有機ＥＬ(electroluminescence) と記す)素子を用いた有機ＥＬ表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機ＥＬ素子は、１０Ｖ以下の駆動電圧で数１００ｎｉｔの輝度が得られる自発光型の発光素子である。この有機ＥＬ素子を発光画素の発光素子として用いてなる有機ＥＬ表示装置は、視野角依存性がなくかつコントラスト比が高く、液晶表示装置に代表されるホールド型ディスプレイに比べて動画の表示性能が優れているなどの特長を持つため、将来のフラットパネルディスプレイとして有望視されている。
【０００３】
しかし、有機ＥＬ素子に代表される発光素子は、高輝度化のために高い電圧または大きな電流で駆動し続けると、素子特性が変化したり、消費電力が増大するという課題がある。また一般的に、有機ＥＬ表示装置においては、通常、画素の駆動が一定の条件で行われているため、発光輝度およびコントラストは有機ＥＬ素子の特性に依存している。同様に、消費電力についても有機ＥＬ素子の特性に依存しているのが現状である。このような状況から、有機ＥＬ表示装置では、ブラウン管を使用したディスプレイのように、十分な余裕を持った輝度で常時画素を発光させることは、有機ＥＬ素子の特性変化や消費電力増大による温度上昇の観点からも困難とされている。
【０００４】
しかしながら、有機ＥＬ表示装置においては、そのリニアな階調特性や応答速度の速さなどから、例えば映画のような比較的暗い信号においても映像の質を損なうことなく再現することができるため、視聴環境に応じてディスプレイの発光輝度の制御を行うことは非常に重要であると考えられている。そのため、従来、周囲の明るさを受光素子で検出し、その検出結果に応じて有機ＥＬ素子の駆動電圧を変化させることによって発光輝度をコントロールする技術が種々提案されている（例えば、特開平１−１００６９７号公報、特開２００２−０６２８５６号公報等参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術ではいずれも、周囲の明るさを検出するためにフォトトランジスタ等の専用の受光素子をパネル外部に設けた構成を採っているため、部品点数が増加することによってコストアップを招くことになったり、あるいは例えばフォトトランジスタでの明るさ検出の場合には１点による明るさ検出となってしまい、面の表示領域に対して明るさを検出できる位置に偏りが生じるため、周囲の明るさ環境を的確に検出することが難しいという課題があった。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、周囲の明るさ環境に応じて発光輝度を正確にコントロールすることが可能な有機ＥＬ表示装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、有機ＥＬ素子を含む発光画素がマトリクス状に配置されてなる表示画素領域を有する有機ＥＬ表示装置において、表示画素領域の有機ＥＬ素子を発光素子または受光素子として機能させる。具体的には、１フィールド期間における有機ＥＬ素子の非発光期間に当該有機ＥＬ素子を受光素子として機能させる。そして、受光素子として機能するときの有機ＥＬ素子の受光出力に基づいて、発光素子として機能するときの有機ＥＬ素子の発光輝度を制御する。具体的には、ＲＧＢの各有機ＥＬ素子の受光特性に合わせてこれら有機ＥＬ素子の受光出力に電気的補正を掛けて各発光時間を制御する。
【０００８】
上記構成の有機ＥＬ表示装置において、表示画素領域の有機ＥＬ素子を、表示画素領域の周囲の明るさを検出するための受光素子として兼用することで、パネル外部に特別な受光素子を設ける必要がなくなる。また、Ｒ，Ｇ，Ｂの有機ＥＬ素子が、それぞれの発光特性と同様に受光特性を持つことから、その受光特性に合わせてＲ，Ｇ，Ｂの各検出値に電気的補正を掛けて発光輝度の制御を行うようにしていることにより、特定の波長の光に左右されることなく、広い波長帯域で周囲の明るさを検出できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１０】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る有機ＥＬ表示装置の構成の概略を示す正面図である。図１から明らかなように、本実施形態に係る有機ＥＬ表示装置はその正面側に、画像表示を行う表示画素領域１１と、この表示画素領域１１の周囲の明るさ、即ち表示画素領域１１に対する照度を検出する受光画素領域１２と、ブランド名、メーカー名などのマーク（本例では、「ＤＩＳＰＬＡＹ」）を表示するバッチ領域１３とを有する構成となっている。
【００１１】
表示画素領域１１は、走査線およびデータ線がマトリクス状に配線され、その交差部に有機ＥＬ素子を含む発光画素が配置された構成となっている。発光画素は、能動素子として例えばポリシリコン薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor;ＴＦＴ)を用い、当該薄膜トランジスタを形成した基板上に有機ＥＬ素子を形成した構成となっている。図２に、発光画素の回路構成の一例を示す。
【００１２】
図２から明らかなように、発光画素回路は、アノードが例えばグランド（ＧＮＤ）に接続された有機ＥＬ素子２１と、ドレインが有機ＥＬ素子２１のカソードに、ソースが例えば負電源Ｖｓｓにそれぞれ接続されたＴＦＴ２２と、このＴＦＴ２２のゲートと負電源Ｖｓｓとの間に接続されたキャパシタ２３と、ゲートが走査線２７に、ドレインがデータ線２８にそれぞれ接続されたＴＦＴ２４と、ドレインがＴＦＴ２４のソースに、ソースが負電源Ｖｓｓに、ゲートがＴＦＴ２２のゲートにそれぞれ接続されたＴＦＴ２５と、ドレインがＴＦＴ２５のドレインに、ゲートが制御線２９に、ソースがＴＦＴ２２のゲートにそれぞれ接続されたＴＦＴ２６とを有する構成となっている。
【００１３】
上記構成の発光画素回路は、輝度情報が電流の形で書き込まれる電流書き込み型の画素回路となっている。すなわち、当該画素回路には走査線２７が選択された状態において、輝度情報がデータ線２８を通して電流として書き込まれる。この電流輝度情報はＴＦＴ２４によって画素回路内に取り込まれ、ＴＦＴ２５によって電圧輝度情報に変換されてキャパシタ２３に保持される。
【００１４】
ＴＦＴ２２は、キャパシタ２３に保持された電圧輝度情報を電流に変換し、この電流（駆動電流）を有機ＥＬ素子２１に流すことによって当該有機ＥＬ素子２１を発光駆動する。これにより、有機ＥＬ素子２１は、書き込まれた電流輝度情報に応じた輝度で発光する。この書き込まれた輝度情報は、走査線２７が非選択となった後もキャパシタ２３に保持される。したがって、有機ＥＬ素子２１はその保持された電圧輝度情報に応じた輝度で発光状態を持続する。
【００１５】
この発光状態において、制御線２９を通して発光時間制御信号がＴＦＴ２６のゲートに与えられると、これに応答してＴＦＴ２６がオン状態となる。これにより、キャパシタ２３に保持されていた電圧輝度情報（電荷）がＴＦＴ２６を通して放電される。そして、ＴＦＴ２２のゲート-ソース間電位がしきい値を下回ると、ＴＦＴ２２がオフ状態となって有機ＥＬ素子２１への駆動電流の供給を停止する。その結果、発光状態にあった有機ＥＬ素子２１が非発光状態に移行する。すなわち、ＴＦＴ２６は、制御線２９を通して与えられる発光時間制御信号に応じてオン／オフすることによって、有機ＥＬ素子２１の発光時間をコントロールする。
【００１６】
なお、図２には、発光画素回路の一例を示したに過ぎず、これに限られるものではない。すなわち、発光画素回路としては、他の回路構成の電流書き込み型画素回路であっても良く、また電流書き込み型に限らず、輝度情報が電圧の形で書き込まれる電圧書き込み型の画素回路を用いることも可能である。
【００１７】
図３は、有機ＥＬ素子の構造の一例を示す断面図である。図３から明らかなように、有機ＥＬ素子は、透明ガラス等からなる基板３１上に、透明導電膜からなる第１の電極（例えば、陽極）３２を形成し、その上にさらに正孔輸送層３３、発光層３４、電子輸送層３５および電子注入層３６を順次堆積させて有機層３７を形成した後、この有機層３７の上に金属からなる第２の電極（例えば、陰極）３８を形成した構成となっている。かかる構成の有機ＥＬ素子２１では、第１の電極３２と第２の電極３８との間に直流電圧Ｅを印加することで、発光層３４において電子と正孔が再結合する際に発光するようになっている。
【００１８】
再び図１において、受光画素領域１２は、表示画素領域１１を囲むようにその周囲に、発光画素を構成する有機ＥＬ素子２１と同一の構造を有する有機ＥＬ素子（図示せず）を含む受光画素が適当な間隔をもって多数配置された構成となっている。ここで、共に有機ＥＬ素子で構成される表示画素領域１１と受光画素領域１２とは同時に形成される。一例として、発光画素と受光画素とはＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法によって同時に蒸着される。また、画素の形成と同様に、表示画素領域１１を保護する保護ガラス１４についても、発光画素と受光画素とを同一の同一のガラスで同時に張り合わすことができる。
【００１９】
受光画素領域１２は、表示画素領域１１とは独立した検出用の回路配線を有する。受光画素は発光画素と異なり、マトリクス状にＲ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）の３色を配列して駆動する必要はない。ただし、製造プロセスを考慮した場合は、受光画素領域１２もマトリクス配列とすることで、表示画素領域１１と共通化する方が望ましい。また、受光画素領域１２については、表示画素領域１１の周囲の明るさ環境に対して十分な検出感度を得るためにも、可能な限り広い面積とするのが好ましい。
【００２０】
図４に、受光画素の回路構成の一例を示す。図４から明らかなように、受光画素回路は、有機ＥＬ素子４１、検出抵抗Ｒ１１、電流検出アンプ４２、検出抵抗Ｒ１２、ＡＤコンバータ４３および発光時間設定回路４４を有する構成となっている。有機ＥＬ素子４１は例えばグランドと正電源Ｖｄｄとの間に検出抵抗Ｒ１１と直列に接続されて受光素子として機能する。有機ＥＬ素子４１および検出抵抗Ｒ１１には、有機ＥＬ素子４１が周囲光（明かり）を受光することで、その周囲光の光量に応じた検出電流Ｉｄが流れる。
【００２１】
電流検出アンプ４２は、検出抵抗Ｒ１１の両端に各一端がそれぞれ接続された抵抗Ｒ１３，Ｒ１４と、これら抵抗Ｒ１３，Ｒ１４の各他端に非反転（＋）入力端および反転（−）入力端がそれぞれ接続されたオペアンプＯＰと、このオペアンプＯＰの出力端にベースが、非反転入力端にコレクタがそれぞれ接続されたバイポーラトランジスタＱとを有する構成となっている。検出抵抗Ｒ１２は、トランジスタＱのエミッタとグランドとの間に接続されている。
【００２２】
なお、図４の回路例では、有機ＥＬ素子４１が１個の場合を例に挙げたが、実際には、受光画素領域１２には多数の有機ＥＬ素子が配置されることになる。したがって、これら多数の有機ＥＬ素子に対しては、全てのアノードをグランドに共通に接続するとともに、全てのカソードを検出抵抗Ｒ１１に共通に接続するようにすれば良い。これにより、多数の有機ＥＬ素子で検出した明るさの平均値を検出抵抗Ｒ１１で検出できることになる。
【００２３】
ここで、受光画素領域１２の具体的な構成例について説明する。表示画素領域１１のサイズ（ディスプレイサイズ）を例えば１５インチとするとき、表示画素領域１１の周囲それぞれ例えば１ｃｍずつを受光画素領域１２とする。そして、受光素子（有機ＥＬ素子）材料として、アノード電極にＩＴＯ（２００ｎｍ）、有機材料にＣｕＰｃ（１５ｎｍ）、α−ＮＰＤ（４５ｎｍ）、Ａｌｑ３（５０ｎｍ）、カソード電極にＭｇＡｇ（１００ｎｍ）を用いる。
【００２４】
これは、表示画素領域１１の有機ＥＬ素子を作成する場合と同一条件に設定した場合の例である。この条件で形成された受光素子（有機ＥＬ素子）では、暗所における検出電流Ｉｄがほとんどゼロであるのに対して、一般的な蛍光灯の照明（およそ２５０ルクス）の下において、バイアス電圧７Ｖで４２ｍＡ／ｍ²の特性が得られることが本願発明者によって確認されている。
【００２５】
ここで、１５インチディスプレイの外周それぞれ１ｃｍずつ受光画素領域１２が形成されており、このときの受光画素領域１２の面積が０．０１１４ｍ²であることから、４２ｍＡ／ｍ²×０．０１１４ｍ²＝０．４７９ｍＡ、つまり約０．５ｍＡの検出電流Ｉｄが有機ＥＬ素子４１および検出抵抗Ｒ１１に流れることになる。よって、検出抵抗Ｒ１１の抵抗値を例えば１００Ω、電流検出アンプ４２を２０倍程度に設定すると、約０．５ｍＡの検出電流Ｉｄを検出抵抗Ｒ１２によって約１Ｖの検出電圧Ｖｄとして得られる。
【００２６】
この検出電圧Ｖｄは、ＡＤコンバータ４３によって例えば４ビットのデジタルデータに変換される。ここでは、４ビットのＡＤ変換を行う場合を例に挙げているが、４ビットに限られるものではない。ビット数は多い方が細かな制御が可能となるため、できるだけ多い方が望ましい。デジタル化されたデータは、発光時間設定回路４４に与えられる。
【００２７】
発光時間設定回路４４は、例えば検出電圧Ｖｄと発光画素の発光時間との対応表を参照テーブル（ＬＵＴ）として持っており、当該参照テーブルに従ってＡＤコンバータ４３から供給される検出電圧Ｖｄに対応するデジタルデータから１フィールド期間における発光画素（有機ＥＬ素子２１）の発光時間を決定する。この発光時間の制御は、発光時間設定回路４４で１フィールド期間ごとに発光時間が設定された発光時間制御信号により、図２において、制御線２９を通してＴＦＴ２６をオン／オフ制御することによって実現できる
【００２８】
発光時間の実際の値としては、リフレッシュレートが６０Ｈｚの信号の場合、１フィールドすべての時間について有機ＥＬ素子２１を発光させると約１６．６７ｍｓであり、これを１００％とする。また、このときの有機ＥＬ素子２１は、一定の電流値において５０％の発光時間で約３００ｃｄ／ｍ²の発光輝度が得られるように設計されている。
【００２９】
ここで、表示画素領域１１の周囲が暗く、受光素子である有機ＥＬ素子４１による検出電流Ｉｄが小さい場合、発光時間設定回路４４は参照テーブルに従い、発光画素（有機ＥＬ素子２１）の発光時間を短く設定し、図５（Ｂ）に示すように、例えば２５％とする。これにより、このディスプレイの最大輝度は１５０ｃｄ／ｍ²に制御され、表示画面の明るさが制限されることにより、暗い環境下であっても適切な明るさで表示画像を見ることができる。
【００３０】
逆に、表示画素領域１１の周囲が明るく、有機ＥＬ素子４１による検出電流Ｉｄが大きい場合、発光時間設定回路４４は参照テーブルに従い、発光画素（有機ＥＬ素子２１）の発光時間を長く設定し、図５（Ａ）に示すように、例えば５０％とする。これにより、このディスプレイの最大輝度は３００ｃｄ／ｍ²に制御され、暗い環境での輝度に比べて２倍の明るさで発光するため、明るい環境下においても最適な明るさで表示画像を見ることができる。
【００３１】
なお、以上述べた表示画素領域１１の周囲の明るさ環境に応じた発光時間の制御はあくまでも一例であり、制御の可変範囲をさらに大きく設定することも可能である。
【００３２】
上述したように、第１実施形態に係る有機ＥＬ表示装置においては、表示画素領域１１の周囲の明るさを検出するための受光素子として、表示画素領域１１の発光画素と同じ有機ＥＬ素子を用いることにより、フォトトランジスタなどの専用の受光素子を別途設けなくても明るさを検出できるため、低コストにて周囲の明るさ環境に応じた最適な画像表示が可能になるとともに、ＥＬ素子を蒸着プロセスによって構成する場合においても特別な工程を必要とせず、同時に作成することができる。
【００３３】
そして、周囲の明るさ環境に応じて表示画素領域１１の発光画素の輝度を制御することにより、次のような作用効果を得ることができる。先ず、無駄な消費電力による温度上昇を抑制し、発光画素の特性変化を最小限に抑えることが可能になる。また、寝室におけるパーソナルユースのテレビジョンを考えると、夜間に視聴する場合も、朝あるいは昼間に視聴する場合においても、それぞれの状況の明るさ環境に応じた最適な制御で発光輝度を設定できるため、画質を損なうことがない。さらに、カーナビゲーションに代表される車載型ディスプレイにおいても、従来の液晶表示装置がバックライトのコントロールによって発光輝度を制御しているのと同様な効果を、有機ＥＬ表示装置にて容易に実現可能となる。
【００３４】
また、先述したように、有機ＥＬ素子は応答速度が速いことが知られており、この応答速度の速い有機ＥＬ素子を受光素子として用いることにより、周囲の明るさの変化を迅速に検出して、有機ＥＬ素子２１の発光輝度の制御に反映させることができる。特に、受光画素領域１２の有機ＥＬ素子４１を、表示画素領域１１を囲むようにその周囲に多数配置しているため、表示画面が受ける周囲の明るさを的確に検出できるため、周囲の明るさ環境に応じたより正確な輝度制御を実現できる。
【００３５】
なお、上記実施形態では、表示画素領域１１の周囲の明るさに応じた発光輝度の制御を、有機ＥＬ素子２１の発光時間を制御することによって行う場合を例に挙げて説明したが、これに限られるものではなく、有機ＥＬ素子２１の輝度は入力データの関数であるため、有機ＥＬ素子２１の駆動電流を制御することによっても、上記の場合と同様に、有機ＥＬ素子２１の発光輝度を制御することが可能である。
【００３６】
ただし、有機ＥＬ素子２１の発光時間を制御、具体的にはアクティブマトリクス型において、１画素が１フィールド期間に発光する時間をコントロールし、発光輝度を調整するようにした方が、コントラストや階調性能など画質性能を劣化させることなく、発光輝度を調整できる利点がある。
【００３７】
また、上記実施形態においては、周囲の明るさ検出および発光輝度の制御を常時行い、周囲の明るさに応じて発光輝度をリニアにコントロールすることを前提としているが、例えばカーナビゲーションに代表されるように、昼モードと夜モードの２段階切り替えを始め、数段階に切り替えるコントロール方法もアプリケーションによっては有効な方法である。これらの切り替えについては、図４の発光時間設定回路４４で行うようにすれば良い。
【００３８】
［第２実施形態］
図６は、本発明の第２実施形態に係る有機ＥＬ表示装置の構成の概略を示す正面図であり、図中、図１と同等部分には同一符号を付して示している。図６から明らかなように、本実施形態に係る有機ＥＬ表示装置はその正面側に、画像表示を行う表示画素領域１１とそれを保持するフレーム１５とを有し、フレーム１５の下部の中央には、ブランド名、メーカー名などのマーク（本例では、「ＤＩＳＰＬＡＹ」）を表示するバッチ領域１３が第２の表示画素領域として設けられた構成となっている。
【００３９】
表示画素領域１１は、第１実施形態の場合と同様に、走査線およびデータ線がマトリクス状に配線され、その交差部に有機ＥＬ素子を含む発光画素が配置された構成となっている。バッチ領域１３のフレーム部分は透明となっており、文字については、有機ＥＬ素子によって表示されるようになっている。このバッチ領域１３の有機ＥＬ素子は、文字等の画表示を行う発光素子として機能とすると同時に、受光素子としても機能する。有機ＥＬ素子が受光素子としての機能を併せ持つことは周知である。
【００４０】
バッチ領域１３の発光／受光画素は、表示画素領域１１の発光画素と同時に形成される。例えば、表示画素領域１１の発光画素とバッチ領域１３の発光／受光画素とはＣＶＤ法によって同時に蒸着される。バッチ領域１３においては、有機ＥＬ素子が発光素子および受光素子の両機能を持つことから、表示画素領域１１とは独立した回路配線を有する。また、バッチ領域１３の発光／受光画素については、表示画素領域１１の発光画素と異なり、マトリクス状にＲＧＢの３色を配列して駆動する必要はない。ただし、文字部分を白色で発光させる場合は、表示画素領域１１の発光画素と同様に、マトリクス状にＲＧＢの３色を配列して駆動する必要がある。
【００４１】
図７は、バッチ領域１３の発光／受光画素の回路構成の一例を示す回路図である。図７から明らかなように、発光／受光画素回路は、有機ＥＬ素子５１と、この有機ＥＬ素子５１を発光素子として機能させるか、受光素子として機能させるかを切り替える切替スイッチ５２と、有機ＥＬ素子５１が発光素子として機能するときにこれを駆動する画素駆動回路５３と、有機ＥＬ素子５１が受光素子として機能するときに有機ＥＬ素子５１に流れる電流Ｉｄを検出する検出回路５４とを有する構成となっている。
【００４２】
本回路例においては、有機ＥＬ素子５１が１個の場合を例に挙げているが、実際には、バッチ領域１３には表示する文字に応じて多数の有機ＥＬ素子が配置され、また文字部分を白色で発光させる場合は有機ＥＬ素子の数がさらに多数となる。したがって、これら多数の有機ＥＬ素子に対しては、全てのアノードをグランドに共通に接続するとともに、切替スイッチ５２の固定接点Ｂ側を共通に接続するようにすれば良い。
【００４３】
画素駆動回路５３は、負電源Ｖｓｓと切替スイッチ５２の一方の固定接点Ａとの間に接続された駆動トランジスタＴＦＴと、負電源ＶｓｓとトランジスタＴＦＴのゲートとの間に接続された抵抗Ｒ２１と、この抵抗Ｒ２１に対して並列に接続されたキャパシタＣと、トランジスタＴＦＴのゲートとグランドとの間に接続された抵抗Ｒ２２とからなる定電流源の構成となっている。
【００４４】
検出回路５４は、第１実施形態の受光画素回路（図４を参照）と同じ構成となっている。ただし、検出抵抗Ｒ１１のグランド側の端部は切替スイッチ５２の他方の固定接点Ｂに接続されている。
【００４５】
次に、上記構成の発光／受光画素回路の回路動作について説明する。有機ＥＬ素子５１を通常発光させて使用しているとき、即ちバッチ領域１３において文字を有機ＥＬ素子５１によって発光表示しているとき、切替スイッチ５２は固定接点Ａ側に切り替わっており、定電流源からなる画素駆動回路５３によって一定の電流（通常発光時電流Ｉｎ）にて有機ＥＬ素子５１が駆動されることで、当該有機ＥＬ素子５１は発光状態にある。
【００４６】
ディスプレイの電源を入れたときや、意図的に周囲の明るさを検出したいときは、切替スイッチ５２を固定接点Ｂ側に切り替える。この切り替えは、手動で行っても良いし、また自動的に行うようにすることも可能である。また、周囲の明るさを常に監視する場合は、ＡＤコンバータ４３と発光時間設定回路４４、さらにはディスプレイの垂直走査タイミングと同期をとることによって、数１０μｓという時間、即ち視覚的に認識できない程度の早さで切替スイッチ５２を切り替えることにより、周囲の明るさを常時検出することが可能となる。
【００４７】
この検出時の電流は、明るさ検出電流Ｉｄとして検出抵抗Ｒ１１に流れる。以降の検出動作は、第１実施形態の受光画素回路の場合と同じである。すなわち、明るさ検出電流Ｉｄは、電流検出アンプ４２によって増幅されることにより、検出抵抗Ｒ１２の両端に検出電圧Ｖｄとして現れる。この検出電圧Ｖｄは、ＡＤコンバータ４３によって例えば４ビットのデジタルデータに変換される。発光時間設定回路４４は、参照テーブル（ＬＵＴ）に従ってＡＤコンバータ４３から供給される検出電圧Ｖｄに対応するデジタルデータから１フィールドにおける発光画素（有機ＥＬ素子２１）の発光時間を決定する。
【００４８】
ここで、表示画素領域１１の周囲が暗く、受光素子である有機ＥＬ素子５１による検出電流Ｉｄが小さい場合、発光時間設定回路４４は参照テーブルに従い、発光画素（有機ＥＬ素子２１）の発光時間を短く設定し、例えば２５％とする。これにより、このディスプレイの最大輝度は１５０ｃｄ／ｍ²に制御され、表示画面の明るさが制限されることにより、暗い環境下であっても適切な明るさで表示画像を見ることができる。
【００４９】
逆に、表示画素領域１１の周囲が明るく、有機ＥＬ素子５１による検出電流Ｉｄが大きい場合、発光時間設定回路４４は参照テーブルに従い、発光画素（有機ＥＬ素子２１）の発光時間を長く設定し、例えば５０％とする。これにより、このディスプレイの最大輝度は３００ｃｄ／ｍ²に制御され、暗い環境での輝度に比べて２倍の明るさで発光するため、明るい環境下においても最適な明るさで表示画像を見ることができる。
【００５０】
なお、以上述べた表示画素領域１１の周囲の明るさ環境に応じた発光時間の制御はあくまでも一例であり、制御の可変範囲をさらに大きく設定することも可能である。
【００５１】
上述したように、第２実施形態に係る有機ＥＬ表示装置においては、第１実施形態に係る有機ＥＬ表示装置の作用効果に加えて、バッチ領域１３の有機ＥＬ素子を、表示画素領域１１の周囲の明るさを検出するための受光素子として兼用することで、専用の受光画素領域を設ける必要がないため、ディスプレイの外観に特別な制約なく周囲の明るさの検出が可能になる。
【００５２】
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態に係る有機ＥＬ表示装置は、その基本的な外観構成が第２実施形態に係る有機ＥＬ表示装置（図６を参照）と同じである。違うのは、第２実施形態に係る有機ＥＬ表示装置では、バッチ領域１３の有機ＥＬ素子を、周囲の明るさを検出するための受光素子として兼用していたのに対して、第３実施形態に係る有機ＥＬ表示装置では、表示画素領域１１の発光画素を周囲の明るさを検出するための受光素子として兼用するようにしている点にある。
【００５３】
本実施形態に係る有機ＥＬ表示装置においては、表示画素領域１１の有機ＥＬ素子（図２の有機ＥＬ素子２１に相当）の駆動を、垂直走査タイミング内で発光用と受光用とに切り替えることにより、発光素子としての有機ＥＬ素子に受光素子としての機能を持たせている。具体的には、１フィールド期間における発光時間を制御することによって発光輝度を決定するアクティブマトリクス型有機ＥＬ表示装置において、図５のタイミングチャートに示すように、発光時間を２５％〜５０％に設定するのが一般的であることから、その非発光時間を受光期間に割り当てるようにする。この場合、受光期間として７５％〜５０％の期間を確保でき、しかも有機ＥＬ素子は応答性に優れているため、周囲の明るさを確実に検出できる。
【００５４】
図８は、表示画素領域１１の有機ＥＬ素子を受光素子として兼用する場合の発光／受光画素の回路構成の一例を示す回路図である。本構成例に係る発光／受光画素回路は、ＲＧＢ３色それぞれについて一つ以上設けられる。
【００５５】
具体的には、Ｒ（赤）の発光／受光画素回路は、有機ＥＬ素子６１Ｒと、この有機ＥＬ素子６１Ｒを発光素子として機能させるか、受光素子として機能させるかを切り替える切替スイッチ６２Ｒと、有機ＥＬ素子６１Ｒが発光素子として機能するときにこれを入力信号に応じて駆動する画素駆動回路６３Ｒと、有機ＥＬ素子６１Ｒが受光素子として機能するときに有機ＥＬ素子６１Ｒに流れる電流Ｉｄを検出する検出回路６４Ｒとを有する構成となっている。
【００５６】
Ｇ（緑）の発光／受光画素回路も同様に、有機ＥＬ素子６１Ｇ、切替スイッチ６２Ｇ、画素駆動回路６３Ｇおよび検出回路６４Ｇを有し、Ｂ（青）の発光／受光画素回路も同様に、有機ＥＬ素子６１Ｂ、切替スイッチ６２Ｂ、画素駆動回路６３Ｂおよび検出回路６４Ｂを有する構成となっている。なお、表示画素領域１１内にはＲＧＢごとに多数の有機ＥＬ素子が配置されていることから、これら多数の有機ＥＬ素子に対しては、全てのアノードをグランドに共通に接続するとともに、切替スイッチ５２の固定接点Ｂ側を共通に接続するようにすれば良い。
【００５７】
切替スイッチ６２Ｒ，６２Ｇ，６２Ｂは、発光時間制御信号がアクティブのとき固定接点Ａ側に切り替わり、発光時間制御信号が非アクティブのとき固定接点Ｂ側に切り替わる。画素駆動回路６３Ｒ，６３Ｇ，６３Ｂとしては、第１実施形態の画素回路(図２を参照)と同じ構成のものが用いられる。また、検出回路６４Ｒ，６４Ｇ，６４Ｂとしては、第１実施形態の受光画素回路（図４を参照）と同じ構成のものが用いられる。ただし、検出回路６４Ｒ，６４Ｇ，６４Ｂにおいて、検出抵抗Ｒ１１、電流検出アンプ４２、検出抵抗Ｒ１２およびＡＤコンバータ４３については各色ごとに設けられるものの、発光時間設定回路４４については各色に対して共通に設けられることになる。
【００５８】
次に、上記構成の発光／受光画素回路の回路動作について説明する。先ず、発光時間制御信号がアクティブのときは、切替スイッチ６２Ｒ，６２Ｇ，６２Ｂは固定接点Ａ側に切り替わる。これにより、画素駆動回路６３Ｒ，６３Ｇ，６３Ｂは、入力データ(輝度データ)に応じて有機ＥＬ素子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂを発光駆動する。このとき、有機ＥＬ素子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂの１フィールド期間における発光時間は、図５のタイミングチャートから明らかなように、２５％〜５０％に設定されるのが一般的である。
【００５９】
次に、発光時間制御信号が非アクティブのとき、即ち画素が非発光状態にあるときは、切替スイッチ６２Ｒ，６２Ｇ，６２Ｂは固定接点Ｂ側に切り替わる。これにより、それまで発光素子として機能していた有機ＥＬ素子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂが受光素子として機能する。そして、各色ごとにすべての画素について、周囲の明るさに応じて電流ＩｄＲ，ＩｄＧ，ＩｄＢが各色ごとの検出抵抗Ｒ１１Ｒ，Ｒ１１Ｇ，Ｒ１１Ｂに流れる。
【００６０】
以降の検出動作は、第１実施形態の受光画素回路の場合と同じである。すなわち、各色ごとの明るさ検出電流ＩｄＲ，ＩｄＧ，ＩｄＢは、電流検出アンプ４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂによって増幅されることにより、検出抵抗Ｒ１２Ｒ，Ｒ１２Ｇ，Ｒ１２Ｂの両端に検出電圧ＶｄＲ，ＶｄＧ，ＶｄＢとして現れる。これら検出電圧ＶｄＲ，ＶｄＧ，ＶｄＢは、ＡＤコンバータ４３Ｒ，４３Ｇ，４３Ｂによって例えば４ビットのデジタルデータに変換されて発光時間設定回路４４に供給される。
【００６１】
発光時間設定回路４４では、ＲＧＢそれぞれの有機ＥＬ素子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂの特性に合わせた演算が行われる。例えば、図９に示す有機ＥＬ素子の受光特性からも明らかなように、有機ＥＬ素子の受光出力レベルは、赤に対して青が１／２、緑が１／６というデータとなる。そこで、青の受光データを２倍、緑の受光データを６倍とする演算を行うことで、より平均化された受光データを得ることができる。
【００６２】
また、一般的な白色レベルを検出するために、Ｒ：Ｇ：Ｂ＝３：６：１という値になるように演算を行うことで、検出する波長レベルの整合をとることもできる。発光時間設定回路４４は、上記演算によって得られた結果を基に、参照テーブル（ＬＵＴ）に従って１フィールド期間における発光画素（有機ＥＬ素子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂ）の発光時間を決定する。
【００６３】
ここで、表示画素領域１１の周囲が暗く、有機ＥＬ素子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂによる検出電流ＩｄＲ，ＩｄＧ，ＩｄＢが小さい場合、発光時間設定回路４４は参照テーブルに従い、発光画素（有機ＥＬ素子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂ）の発光時間を短く設定し、例えば２５％とする。これにより、このディスプレイの最大輝度は１５０ｃｄ／ｍ²に制御され、表示画面の明るさが制限されることにより、暗い環境下であっても適切な明るさで表示画像を見ることができる。
【００６４】
逆に、表示画素領域１１の周囲が明るく、有機ＥＬ素子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂによる検出電流ＩｄＲ，ＩｄＧ，ＩｄＢが大きい場合、発光時間設定回路４４は参照テーブルに従い、発光画素（有機ＥＬ素子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂ）の発光時間を長く設定し、例えば５０％とする。これにより、このディスプレイの最大輝度は３００ｃｄ／ｍ²に制御され、暗い環境での輝度に比べて２倍の明るさで発光するため、明るい環境下においても最適な明るさで表示画像を見ることができる。
【００６５】
なお、以上述べた表示画素領域１１の周囲の明るさ環境に応じた発光時間の制御はあくまでも一例であり、制御の可変範囲をさらに大きく設定することも可能である。
【００６６】
上述したように、第３実施形態に係る有機ＥＬ表示装置においては、第１実施形態に係る有機ＥＬ表示装置の作用効果に加えて、表示画素領域１１の有機ＥＬ素子を、表示画素領域１１の周囲の明るさを検出するための受光素子として兼用することで、パネル外部に特別な受光素子を設ける必要がないため、外観上は全くそのままで周囲の明るさ状況に応じた発光輝度の制御を行うことができるとともに、フォトトランジスタなどの１点による観測とは異なり、周囲の明るさ状況を平均的に観測することができる。
【００６７】
また、Ｒ，Ｇ，Ｂの有機ＥＬ素子が、それぞれの発光特性と同様に受光特性を持つことから、その受光特性に合わせてＲ，Ｇ，Ｂの各検出値に電気的補正を掛けて発光輝度の制御を行うようにしていることにより、特定の波長の光に左右されることなく、広い波長帯域で周囲の明るさを検出でき、安定した発光輝度の制御を行うことができるため、周囲の明るさ環境に応じた良好な画像表示が可能になる。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、有機ＥＬ素子を含む発光画素がマトリクス状に配置されてなる表示画素領域を有する有機ＥＬ表示装置において、表示画素領域の有機ＥＬ素子を、表示画素領域の周囲の明るさを検出するための受光素子として兼用することにより、パネル外部に特別な受光素子を設ける必要がないため、外観上は全くそのままで周囲の明るさ状況に応じた発光輝度の制御を行うことができるとともに、フォトトランジスタなどの１点による観測とは異なり、周囲の明るさ状況を平均的に観測できる。
また、Ｒ，Ｇ，Ｂの有機ＥＬ素子の受光特性に合わせてＲ，Ｇ，Ｂの各検出値に電気的補正を掛けて発光輝度の制御を行うことにより、特定の波長の光に左右されることなく、広い波長帯域で周囲の明るさを検出でき、安定した発光輝度の制御を行うことができるため、周囲の明るさ環境に応じた良好な画像表示が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る有機ＥＬ表示装置の構成の概略を示す正面図である。
【図２】発光画素の回路構成の一例を示す回路図である。
【図３】有機ＥＬ素子の構造の一例を示す断面図である。
【図４】第１実施形態に係る有機ＥＬ表示装置における受光画素の回路構成の一例を示す回路図である。
【図５】発光時間による輝度制御を示すタイミングチャートである。
【図６】本発明の第２実施形態に係る有機ＥＬ表示装置の構成の概略を示す正面図である。
【図７】第２実施形態に係る有機ＥＬ表示装置における発光／受光画素の回路構成の一例を示す回路図である。
【図８】第３実施形態に係る有機ＥＬ表示装置における発光／受光画素の回路構成の一例を示す回路図である。
【図９】Ｒ，Ｇ，Ｂの各有機ＥＬ素子の受光特性を示す特性図である。
【符号の説明】
１１…表示画素領域、１２…受光画素領域、１３…バッチ領域、１４…保護ガラス、１５…フレーム、２１，４１，５１，６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂ…有機ＥＬ素子、４２，４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂ…電流検出アンプ、４３，４３Ｒ，４３Ｇ，４３Ｂ…ＡＤコンバータ、４４…発光時間設定回路、５２，５２Ｒ，５２Ｇ，５２Ｂ…切替スイッチ、５３，５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂ…画素駆動回路、５４，５４Ｒ，５４Ｇ，５４Ｂ…検出回路

Claims

有機ＥＬ素子を含む発光画素がマトリクス状に配置されてなる表示画素領域と、
前記表示画素領域の有機ＥＬ素子を発光素子または受光素子として機能させる切替手段と、
前記切替手段の切り替えによって受光素子として機能するときの前記有機ＥＬ素子の受光出力に基づいて、前記切替手段の切り替えによって発光素子として機能するときの前記有機ＥＬ素子の発光輝度を制御する制御手段とを備え、
前記切替手段は、１フィールド期間における前記有機ＥＬ素子の非発光期間に当該有機ＥＬ素子を受光素子として機能させ、
前記制御手段は、Ｒ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）の各有機ＥＬ素子の受光特性に合わせてこれら有機ＥＬ素子の受光出力に電気的補正を掛けて各発光時間を制御する
ことを特徴とする有機ＥＬ表示装置。