JP4534031B2 - 有機ｅｌ表示装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
有機ＥＬ装置における黒レベルの設定に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図1に、アクティブ型の有機ＥＬ表示装置における１画素分の回路（画素回路）の構成例を示す。ソースが電源ラインＰＶｄｄに接続されたＰチャンネルの駆動ＴＦＴ１のドレインが有機ＥＬ素子３のアノードに接続され、有機ＥＬ素子３のカソードが陰極電源ＣＶに接続されている。駆動ＴＦＴ１のゲートには、Ｎチャンネルの選択ＴＦＴ２のソースが接続されており、この選択ＴＦＴ２のドレインはデータラインＤａｔａに接続され、ゲートはゲートラインＧａｔｅに接続されている。また、駆動ＴＦＴ１のゲートには、保持容量Ｃの一端が接続されており、他端は容量電源ラインＶｓｃに接続されている。
【０００３】
従って、水平方向に伸びるゲートラインをＨレベルにして、選択ＴＦＴ２をオンし、その状態で垂直方向に伸びるデータラインＤａｔａに表示輝度に応じた電圧を有するデータ信号をのせることで、データ信号が保持容量Ｃに蓄積される。これによって、駆動ＴＦＴ１がデータ信号に応じた駆動電流を有機ＥＬ素子３に供給して、有機ＥＬ素子３が発光する。
【０００４】
ここで、有機ＥＬ素子の発光量と電流はほぼ比例関係にある。通常、駆動ＴＦＴ１のゲート−ＰＶｄｄ間には画像の黒レベル付近でドレイン電流が流れ始めるような電圧（Ｖｔｈ）を与える。また、画像信号の振幅としては、白レベル付近で所定の輝度となるような振幅を与える。
【０００５】
図２は駆動ＴＦＴ１のゲートソース間電圧Ｖｇｓ（データラインＤａｔａの電圧と電源ＰＶｄｄの差）に対する有機ＥＬ素子３に流れる電流ｉｃｖ（輝度に対応する）の関係を示している。そして、黒レベル電圧として、Ｖｔｈを与え、白レベル電圧として、Ｖｗを与えるように、データ信号を決定することで、有機ＥＬ素子３における適切な階調制御を行うことができる。
【０００６】
ところが、前記Ｖｔｈは、温度、外光などによって変化する。すなわち、パネルの使用環境の変化や自己発熱などに起因して、画像の輝度が変化するとともに、黒つぶれや黒浮きなどの現象が起きる。
【０００７】
また、この結果、パネルに過剰な電流が流れ、ＯＬＥＤ素子の劣化を早めることもある。そこで、表示パネルに流れる電流を制限するため、パネルの総電流を検出して入力信号のコントラストや輝度レベルを変化させるという方法が提案されている（特許文献１）。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−２５１１６７
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、表示パネルに流れる電流を制限するだけであり、環境変化に対する黒レベルや白レベルの変化を補正することはできず、環境が変化した場合に、適切な表示を維持することができなかった。
【００１０】
本発明は、環境の変化や自己発熱により有機ＥＬ表示素子の特性が変わった場合にも、輝度や黒レベルを適切に調整して、安定した画像を表示することに関する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の有機ＥＬ素子を配列して形成した表示パネルを有する有機ＥＬ表示装置であって、それぞれが有機ＥＬ素子、ドレインが前記有機ＥＬ素子に接続された駆動薄膜トランジスタを含む複数の画素と、表示パネルに表示する表示画像に関する画素毎の表示データについて、黒レベル電圧設定値に応じてシフトし、各有機ＥＬ素子についての駆動指令を作成する黒レベル設定手段と、表示パネルに供給される表示データに基づいて表示パネルに流れる電流に相当する推定電流値を演算する表示データ演算手段と、表示パネルの全画素に流れるパネル電流を検出するパネル電流検出手段と、前記表示データ演算手段により得られる推定電流値と、パネル電流検出手段によって検出された対応する表示についてのパネル電流と、を比較する比較手段と、前記比較手段の比較結果に応じて、前記黒レベル電圧設定値を調整する調整手段と、を有し、前記駆動薄膜トランジスタのゲートに接続される保持容量に蓄積される表示データで駆動電流の大きさが制御されることを特徴とする。
【００１２】
このように、本発明によれば、表示データから推測されるパネル電流と、実際のパネル電流を比較し、その比較結果に応じて黒レベル電圧設定値を調整するため、環境の変化などにより、有機ＥＬ素子の特性が変化した場合にもこれを補償して適切な表示を維持することができる。
【００１３】
また、前記表示データ演算手段は、表示データの総和または平均値に基づく理想的な表示を行った場合に表示パネルに流れる電流から推定電流値を演算し、前記調整手段は、前記比較手段で算出した差に基づいて黒レベルを調整することが好適である。
【００１４】
また、前記比較手段の比較結果に応じて、有機ＥＬ表示パネルのおかれている環境を推定する環境推定手段をさらに有することが好適である。推定する環境としては、温度や入射光の有無などがあり、これらの環境を推定することで、環境に応じた対処が可能となる。例えば、温度上昇に対しては冷却手段の起動や、表示輝度の減少、入射光の存在に対しては輝度の上昇などの処理が可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。
【００１６】
図３に実施形態の構成を示す。画素毎の画像データから構成される映像信号は、ガンマ補正回路１０に入力され、予め設定されているガンマ特性によって、画像データと画素に流れる電流が直線の関係となるように補正される。各画像データについてガンマ補正された映像信号は、加算器１２に供給され、ここで黒レベル設定値が加算される。これによって、加算器１２の出力は、各画素についての駆動電流に関するデータとなる。加算器１２の出力は、Ｄ／Ａ変換器１４に供給され、ここでアナログの信号に変換されて、これが有機ＥＬパネル１６に供給される。
【００１７】
この有機ＥＬパネル１６は、図１に示したような画素回路がマトリクス状に配置されて構成されている。そして、Ｄ／Ａ変換器１４からの信号は、有機ＥＬパネル１６の周辺駆動回路に一旦記憶され、この記憶された画素毎の信号に基づき、各画素の駆動ＴＦＴが駆動されて、対応する有機ＥＬ素子が発光する。
【００１８】
有機ＥＬパネル１６には、電源ＰＶｄｄが接続されており、ここから全有機ＥＬ素子の駆動電流が供給されると共に、電流検出器１８が接続されており、有機ＥＬパネル１６に流れる全電流を検出する。すなわち、電源ＰＶｄｄからの電流が有機ＥＬパネル１６の各有機ＥＬ素子に表示データに応じて流れ、その総和（パネル電流）が電流検出器１８によって検出される。有機ＥＬパネル１６の各画素回路は保持容量を有しおり、ほぼ１フレームの期間発光する。従って、この電流検出器１８において、１フレームの全電流が検出できる。なお、有機ＥＬパネル１６は、点順次でデータが書き込まれるため、全画像データが書き込まれた後の垂直ブランキング期間での全電流を検出することも好適である。また、１フレームのパネル総電流ではなく、数フレームにおける積算電流を検出してもよく、その積算電流から平均電流を算出してもよい。さらに１フレーム内における所定期間の平均電流や、積算電流を用いてもよい。
【００１９】
この電流検出器１８の検出結果は、Ａ／Ｄ変換器２０においてデジタルデータに変換された後加算器２２に供給される。この加算器２２には、電流計算部２４から入力映像信号の推定電流データがマイナスデータとして供給されている。この推定電流データは、有機ＥＬパネル１６において流れるパネル電流に対応している。従って、この加算器２２において、電流検出器１８において検出した有機ＥＬパネル１６における発光輝度に対応する電流値についてのデータ（パネル総電流）と、入力映像信号の推定電流データが比較され、その差が算出される。
【００２０】
ここで、電流検出器１８で検出されるのは、入力されてくる各画素の輝度データをガンマ補正し、黒レベル調整して、パネルに入力した結果による電流値である。このため、映像信号の１フレーム分の推定電流データに対応したものである。
【００２１】
そこで、電流計算部２４では、次のような換算を行う。すなわち、Ｙ＝（1フレーム分の画像データの平均）×Ａとして、このＹを加算器２２の入力とする。ここで、この係数Ａは、例えば Ａ＝Ｉｙ0／ｙ0とする。Ｉｙ0は、通常使用環境下で最適黒レベル及び最適最大輝度に調整し、平均レベルｙ0（全画素について輝度データがすべてｙ0）の画像を表示した時の画素部の総電流（パネル総電流）であり、ガンマ補正および黒レベル調整後のパネル総電流である。これによって、電流計算部２４からの出力は、１フレーム分の映像信号における画像データを有機ＥＬパネル１６に表示した場合におけるパネル総電流であって、ガンマ補正および黒レベル調整を行ったものに対応したものになる。なお、電流検出器１８において検出する電流を１フレームのパネル総電流でないものにした場合には、電流計算部２４において算出する値も電流検出器１８において検出した値に対応したものとする。
【００２２】
そこで、加算器２２の出力として、映像信号の１フレーム分の輝度からあるべき有機ＥＬパネル１６の総電流と、実際に検出された有機ＥＬパネル１６のパネル総電流の差が算出されることになる。
【００２３】
加算器２２において算出された差は、ＬＰＦ２６に供給され、ここで平滑化され、大きな変動を除去され、急激な応答による不安定さを防止することができる。ＬＰＦ２６の出力には、Ｋ乗算器２８においてループゲインＫが乗算された後、加算器３０に供給される。ここで、ループゲインＫは、補正の強さを決定し、このループゲインＫが大きいほど設定値（初期の調整値）に近づけることができる。
【００２４】
加算器３０には、黒レベル設定値が供給されており、ここにおいてこの黒レベル設定値がＫ乗算器２８の出力に加算される。ここで、この黒レベル設定値は、通常は上述した通常使用環境下における最適黒レベルについてのデータであり、図２においてＶｔｈで示した値である。
【００２５】
このようにして、最適黒レベルのデータが、加算器２２からのデータによって補正され、これが加算器１２に供給される。従って、操作状態や環境の変化に従い、図２において破線で示したａ、ｂ等の特性に変化した場合に、これに対応して特性がシフトされ黒レベルの調整が自動的になされることになる。すなわち、温度、外光などによって、Ｖｔｈが変化すると、これによって電流検出器１８におけるパネル総電流が変化する。従って、加算器２２において、その変化分が差として取り出され、これに所定のゲインＫを乗算したものが、加算器３０を介し加算器１２において表示データに加算されるため、Ｖｔｈの変化に起因した画像の輝度が変化や、黒つぶれ、黒浮きなどの現象の発生を効果的に防止できる。
【００２６】
「他の実施形態」
上述の実施形態は、モノクロパネルを例として説明したが、カラーパネルで各色の電流が個別に検出できれば、各色毎に上述の制御を行えばよい。一方、カラーパネルでは、各色の電流が外部から個別に測定できない場合が多い。この場合には、図４に示すように、Ｒ信号、Ｇ信号、Ｂ信号を別々に受け入れる。そして、ガンマ補正回路１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂ、加算器１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂ、Ｄ／Ａ変換器１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂを有している。
【００２７】
Ｒ信号、Ｇ信号、Ｂ信号は３つのガンマ補正回路１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂにそれぞれ入力され、このガンマ補正回路１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂにおいてそれぞれガンマ補正される。ガンマ補正回路１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂの出力は、加算器１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂにおいて、加算器３０からの調整後の黒レベル補正値が加算された後、Ｄ／Ａ変換器１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂでアナログ信号に変換され、有機ＥＬパネル１６に供給される。有機ＥＬパネル１６には、ＲＧＢのそれぞれ別の表示画素が存在し、これら画素の発光がＲＧＢ別々の輝度信号により制御され、カラー表示が行われる。
【００２８】
ここで、この装置において、電流計算部２４においては、
Y=Ｒ×Ａｒ＋Ｇ×Ａｇ＋Ｂ×Ａｂ
という演算を行う。
【００２９】
ここで、Ｒ，Ｇ，Ｂは入力されてくるＲ信号、Ｇ信号、Ｂ信号の輝度データであり、Ａｒ＝Ｉｒ0／ｒ0、Ａｇ＝Ｉｇ0／ｇ0、Ａｂ＝Ｉｂ0／ｂ0である。
【００３０】
また、
Ｉｒ0：通常使用環境下で最適黒レベル及び最適最大輝度に調整し、平均レベルｒ0の赤単色画像を表示した時の赤画素のパネル総電流
ｒ0：Ｉｒ0を測定するために使用する赤単色静止画像データの1フレームの平均レベル
Ｉｇ0：通常使用環境下で最適黒レベル及び最適最大輝度に調整し、平均レベルｇ0の緑単色画像を表示した時の緑画素のパネル総電流
ｇ0：Ｉｇ0を測定するために使用する緑単色静止画像データの1フレームの平均レベル
Ｉｂ0：通常使用環境下で最適黒レベル及び最適最大輝度に調整し、平均レベルｂ0の青単色画像を表示した時の青画素のパネル総電流
ｂ0：Ｉｂ0を測定するために使用する青単色静止画像データの1フレームの平均レベル
である。
【００３１】
従って、各ＲＧＢ信号の輝度レベルに応じてそれぞれ決定されるべき各色の表示のための総電流が計算され、これが実際にパネル流れるパネル総電流と比較され、その差が加算器２２から出力されることになる。
【００３２】
このように、入力されてくるＲＧＢ信号に基づく平均的なパネル総電流と、実際のパネル総電流の比較から、その変動を補償して、常に適切な表示が行える。
【００３３】
また、図に示したように、ＬＰＦ２６の出力である平滑化した差の信号をＣＰＵに供給することも好適である。これによって、ある特定の画像を表示した時のＬＰＦ２６または加算器２２出力の値をＣＰＵで読み取り、環境の変化を知ることも出来る。例えば、パネルの特性が温度変化以外の影響を受けない時、あるいは温度変化以外の環境変化が既知で、それに対する特性の変化が既知である場合、温度変化をこの値から読み取ることができる。同様に、パネルへの入射光以外の温度変化その他の環境変化が既知であれば、パネルへの入射光を知ることもできる。そこで、このような環境の変化に対応して、熱発生を抑制するような処理（例えば輝度の減少、表示の中止）や、冷却（例えばファンや冷却素子の駆動）を行ったり、入射光があることに応じた表示（例えば輝度の上昇）を行ったりすることができる。さらに、温度上昇や入射光がある場合の対処についての表示を行ったりして、ユーザに対処を促すこともできる。
【００３４】
図５には、Ｋ乗算器のかわりに使用できる特性の例について示してある。（ａ）のように、Ｖｔｈの変動がある一定の範囲内ではＫ＝０として補正をせず、その範囲を越えた時にのみ、Ｋを所定値として、差に比例した補正量を出力することもできる。また、（ｂ）のように入力が負の場合に出力を０とすると黒うきのみを補正することができ、その逆に入力が正の場合に出力を０とすると黒のつぶれのみを補正することができる。
【００３５】
また、図６に示す構成とすることもできる。この構成では、Ａ／Ｄ変換器２０の出力は、ＣＰＵ４０に供給されるとともに、電流計算部２４の出力もＣＰＵ４０に供給される。そして、ＣＰＵ４０が調整された黒レベル設定値を加算器１２に供給する。このような構成において、定期的に（例えば数秒ごとに）ＣＰＵ４０でＡ／Ｄ変換器２０から供給されるパネル総電流を読み取り、現在表示している画像に対して本来流れるべき電流と実際の電流を比較し、Ｖｔｈの変化を推測して黒レベルの設定値を変更する。すなわち、図３における加算器２２、ＬＰＦ２６、Ｋ乗算器２８、加算器３０の動作をすべてＣＰＵ４０が行うことになる。さらに、電流計算部２４の動作もＣＰＵ４０において行うこともできる。
【００３６】
なお、この例でも、上述の図４と同様にして、フルカラー（ＲＧＢ）表示に対応することができる。
【００３７】
さらに、パネル上の一部にダミー画素を設け、パネル動作時にその画素の特性を監視することにより同様の制御を行ってもよい。すなわち、ダミー画素は、表示が見えない領域または前面を覆うことによって、光が放出されない領域に設け、このダミー画素に任意の表示データを供給してその際にその画素に流れる電流を検出する。そして、このダミー画素の推定電流と実際に流れる電流とを比較することで、パネルがおかれている環境の変化などを確実に検出することができる。
【００３８】
以上のように、本実施形態によれば、パネルを駆動する画像の1フレームまたは数フレームのデータの総和または平均と、パネルの全画素に流れるパネル総電流の差をパネル入力の黒レベル電圧調整値に帰還し、Ｖｔｈが変化した場合も常に最適な黒レベル入力電圧をパネルに供給する。
【００３９】
アクティブマトリックス型の有機ＥＬパネルでは、各画素のデータは通常画素駆動用ＴＦＴのゲートに付加されているキャパシタにより、１フレーム期間保持されている。従って、画像データに対して画素に流れる電流が比例関係にある場合、ある時点でのＯＬＥＤパネルの画素部のパネル総電流はその時点から1フレーム前までに入力された画像データの総和と比例関係にある。この比例定数をあらかじめ測定しておくことにより、フレーム単位での画素部の総電流は画像データから推定できる。この推定値よりパネル総電流が多い場合に、Ｖｔｈが図２のaの方向にずれていると考えられ、パネルへ入力する信号の黒レベルもその方向へシフトする。逆に、パネル総電流が少ない場合は、Ｖｔｈが図２のｂの方向にずれていると考えられ、パネルへ入力する信号の黒レベルもそれに従ってシフトする。これによって、Ｖｔｈの変化に起因した画像の輝度の変化や、黒つぶれ、黒浮きなどの現象の発生を効果的に防止でき、環境の変化や自己発熱により有機ＥＬ表示素子の特性が変わった場合にも、輝度や黒レベルが変化せず、安定した画像を表示することができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、表示データから推定されるパネル電流と、実際のパネル電流を比較し、その比較結果に応じて黒レベル電圧設定値を調整するため、環境の変化などにより、有機ＥＬ素子の特性が変化した場合にもこれを補償して適切な表示を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 画素回路の構成を示す図である。
【図２】 駆動ＴＦＴに対する入力電圧と、発光輝度の関係を示す特性図である。
【図３】 実施形態の構成を示す図である。
【図４】 他の実施形態の構成を示す図である。
【図５】 ループゲインの例を示す特性図である。
【図６】 さらに他の実施形態の構成を示す図である。
【符号の説明】
１０，１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ ガンマ補正回路、１２，１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ 加算器、１４，１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂ Ｄ／Ａ変換器、１６ 有機ＥＬパネル、１８ 電流検出器、２０ Ａ／Ｄ変換器、２２，３０ 加算器、２４ 電流計算部、２８ 乗算器、３０ 加算器、４０ ＣＰＵ。

Claims (3)

  1. 複数の有機ＥＬ素子を配列して形成した表示パネルを有する有機ＥＬ表示装置であって、
    それぞれが有機ＥＬ素子、ドレインが前記有機ＥＬ素子に接続された駆動薄膜トランジスタを含む複数の画素と、
    表示パネルに表示する表示画像に関する画素毎の表示データについて、黒レベル電圧設定値に応じてシフトし、各有機ＥＬ素子についての駆動指令を作成する黒レベル設定手段と、
    表示パネルに供給される表示データに基づいて表示パネルに流れる電流に相当する推定電流値を演算する表示データ演算手段と、
    表示パネルの全画素に流れるパネル電流を検出するパネル電流検出手段と、
    前記表示データ演算手段により得られる推定電流値と、パネル電流検出手段によって検出された対応する表示についてのパネル電流と、を比較する比較手段と、
    前記比較手段の比較結果に応じて、前記黒レベル電圧設定値を調整する調整手段と、
    を有し、
    前記駆動薄膜トランジスタのゲートに接続される保持容量に蓄積される表示データで駆動電流の大きさが制御される
    ことを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
  2. 請求項１に記載の有機ＥＬ表示装置において、
    前記表示データ演算手段は、表示データの総和または平均値に基づく理想的な表示を行った場合に表示パネルに流れる電流から推定電流値を演算し、
    前記調整手段は、前記比較手段で算出した差に基づいて黒レベルを調整する有機ＥＬ表示装置。
  3. 請求項１または２に記載の有機ＥＬ表示パネルにおいて、
    前記比較手段の比較結果に応じて、有機ＥＬ表示パネルのおかれている環境を推定する環境推定手段をさらに有することを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
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