JP2006038967A - 表示装置及びその駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 回路的な手段で自発光型表示装置の長寿命化を図る。
【解決手段】画素アレイ１２は、画像信号のレベルに応じた輝度で発光して１フレームごとに画像を画面に表示するとともに、デューティ比で規定された発光時間だけ各フレーム内で画面の発光を持続する。情報検出部１６Ａは、画像信号からフレーム単位で画像が動画か静止画かを示す情報を検出する。寿命制御部１６Ｂは、検出された情報に基づいて、発光素子の寿命を延ばす様に、画像信号の最大信号許容レベル及びデューティ比を同時に調整する。信号出力部１４Ａは、調整された最大信号許容レベル内で画像信号を画素アレイ１２に出力して画面を表示駆動する。デューティ比伝達部１３Ｄは、調節されたデューティ比を画素アレイ１２に伝達しこれによって規定された発光時間だけ画面を発光動作させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機ＥＬなどの発光素子の集合で構成される画面を備えたフラット型の表示装置に関する。より詳しくは、発光素子の経時的な劣化を回路的に抑制して、発光寿命の改善を図る技術に関する。

発光素子を画素にしたフラットパネル型の表示装置として、例えば有機ＥＬディスプレイが盛んに開発されている。有機ＥＬディスプレイは、広視野角特性、高応答速度、広い色再現性、高コントラストと言う高い画質を実現可能である。又、有機ＥＬディスプレイはパネル形態が薄いという利点を有する。これらの特徴から有機ＥＬディスプレイは、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイの次の世代のフラットパネルディスプレイとして最有力視されている。

有機ＥＬディスプレイの画素に使われる発光素子は、その累積発光量に応じて劣化する特性があることは一般的に知られている。換言すると、発光時間に比例して輝度が低下していく傾向にある。この発光素子の寿命の改善が現在有機ＥＬディスプレイの大きな開発課題となっている。

この様な状況の中で、有機ＥＬディスプレイを例えばテレビジョンセットのモニタとして使用する場合には、発光素子の発光寿命特性を更に改善する必要がある。しかしながら、有機ＥＬ発光素子を構成する有機ＥＬ材料の開発には多大な時間と費用が掛かり、まだ劇的な改善に至ってはいない。このことから、有機ＥＬディスプレイを早期に実用化する為、発光素子の寿命改善を材料開発のみに依存するのではなく、発光素子の駆動方法を改善することにより、実用レベルまで発光寿命を速やかに改善することが望まれている。

有機ＥＬディスプレイの寿命の回路的な改善技術が、例えば以下の特許文献１〜８に記載されている。
特開平０７−０３６４１０号公報 特開２００３−１５０１１０公報 特開２００２−１６９５０９公報 特開平０８−２４８９３４号公報 特開２０００−３５６９８１公報 特開２００３−１９５８１６公報 特開２００３−１２２３０５公報 特開２００３−２５５８９５公報

有機ＥＬディスプレイはブラウン管ディスプレイと同様に、画面輝度やコントラストをユーザーがコントロールすることができる。具体的には、デューティ比を可変調整することで画面輝度をコントロールできる様にしている。デューティ比は、１フレーム期間に占める発光素子の発光時間の比率を規定する量である。特許文献６及び７は、このデューティ制御を利用して発光素子の長寿命化を図っている。デューティ比を制御することで、１フレームの画像が明るい時は発光素子の発光時間を短くすることで寿命を延ばし、１フレームの画像が暗い時は発光素子の発光時間を長くすることで高コントラストを図っている。この従来方法は、デューティ比の制御のみを行なって、発光素子の発光時間をコントロールすることで発光材料の寿命を延ばすことしかできず、実用的なレベルまで発光素子の寿命を改善することはできなかった。

特許文献１は、発光素子の駆動電圧の変化量を検知し、その変化量に応じて定電流駆動信号を制御している。特許文献２は、ＥＬ素子が発光しない間、素子が劣化しない様に逆バイアスを掛けている。特許文献８は、映像信号の書込、発光、消去などＥＬ素子の駆動と同期して、ＥＬ素子に逆方向バイアスを印加することで長寿命化を図っている。特許文献３は、画素の保持容量を積極的に放電可能な画素回路を使用して、不要な発光時間を削減し発光素子の劣化を防止するものである。特許文献４は、画像の表示位置をフレーム毎僅かずつずらすことにより、同一箇所を長時間点灯しない様にして、寿命劣化の一種である焼きつき現象を防止している。特許文献５はディスプレイに画像が表示されている時間を計測し、この計測情報を元に劣化計算を行ない、発光素子の輝度を落としてその劣化速度を減速させる様にしている。

しかしながら、上述した特許文献１〜８に記載の寿命改善技術は、未だ実用レベルに達しておらず、更なる改善が必要である。この様な従来技術の課題に鑑み、本発明は発光素子を画素とするフラットタイプの表示装置の寿命を回路技術的な手段で改善することを目的とする。係る目的を達成する為に以下の手段を講じた。即ち本発明は、画素アレイと情報検出部と寿命制御部とデューティ比伝達部と信号出力部とを有する表示装置であって、前記画素アレイは、発光素子からなる画素の集合で画面を構成し、画像信号のレベルに応じた輝度で発光して１フレームごとに画像を画面に表示するとともに、デューティ比で規定された発光時間だけ各フレーム内で画面の発光を持続し、前記情報検出部は、外部より入力された画像信号からフレーム単位で画像が動画か静止画かを示す情報を検出し、前記寿命制御部は、該検出された情報に基づいて、発光素子の寿命を延ばす様に、該画像信号の最大信号許容レベル及び該デューティ比を同時に調整し、前記信号出力部は、該調整された最大信号許容レベル内で該画像信号を該画素アレイに出力して画面を表示駆動し、前記デューティ比伝達部は、該調節されたデューティ比を該画素アレイに伝達しこれによって規定された発光時間だけ該画面を発光動作させることを特徴とする。

具体的には、前記寿命制御部は、検出した該情報が動画を示す場合フレーム当りの発光時間を規定する該デューティ比を小さくする一方該最大信号許容レベルを上げ、検出した該情報が静止画を示す場合フレーム当りの発光時間を規定する該デューティ比を大きくする一方該最大信号許容レベルを下げる、更に前記情報検出部は、入力された画像信号から更に画像の平均輝度を示す情報を検出し、前記寿命制御部は、該平均輝度が高くなる程フレーム当りの発光時間を規定するデューティ比を小さく調整すると同時に、該画像信号の最大信号許容レベルを下げる。

本発明は又表示装置の駆動方法を包含している。即ち、発光素子からなる画素の集合で画面を構成し、画像信号のレベルに応じた輝度で発光して１フレームごとに画像を画面に表示するとともに、デューティ比で規定された発光時間だけ各フレーム内で画面の発光を持続する表示装置の駆動方法であって、外部より入力された画像信号からフレーム単位で画像が動画か静止画かを示す情報を検出する情報検出過程と、該検出された情報に基づいて、発光素子の寿命を延ばす様に、該画像信号の最大信号許容レベル及び該デューティ比を同時に調整する寿命制御過程と、該調整された最大信号許容レベル内で該画像信号を該画素アレイに出力して画面を表示駆動する信号出力過程と、該調節されたデューティ比を該画素アレイに伝達しこれによって規定された発光時間だけ該画面を発光動作させるデューティ比伝達過程とを含むことを特徴とする。

以上説明した様に、本発明によれば、比較的小規模な回路の改善で、発光素子の寿命を実用レベルまで延ばすことができる。具体的には、入力された画像信号から抽出された情報に基づき、フレーム当りの発光時間を規定するデューティ比だけでなく、画像信号の最大信号許容レベル（ダイナミックレンジ）を相乗的に調整することで、発光素子の寿命を劇的に改善している。特に、デューティ比と最大信号許容レベルを同時に制御することで、動画応答性を維持したまま信頼性の改善が可能である。本発明では、入力した画像信号から動画か静止画かを判定することで、より効果的且つ最適なデューティ比及び最大信号許容レベルの制御が可能である。例えば静止画の場合、デューティ比を１００％近くまで上げる一方、その分最大信号許容レベルを下げることで発光素子の信頼性を大幅に上げることができる。フレーム当りの発光量は発光時間と発光強度で決まる。発光時間はデューティ比によって規定されている。発光強度は最大信号許容レベルに対応している。この場合、発光時間を長くして発光強度を低く抑えた方が、発光時間を短くして発光強度を高くするよりも寿命が短くなることが、有機ＥＬ材料の一般的な傾向である。この傾向に合わせ、静止画を表示している時にはデューティ比を高くし、その分最大信号許容レベルを抑えることで、発光寿命を延ばすことができる。但し、動画を表示する時にはデューティ比を高くすると、動画応答性が悪くなるので、デューティ比を比較的低く抑えて発光時間を短くする一方、最大信号許容レベルを大きくして短時間で大きな発光量が得られる様にしている。

具体的な手法では、動画及び静止画の判定を前後のフレームにて画素毎に二値判定し、これを全画素加算して情報を得ている。この情報を利用することで、回路規模をかなり抑えながら、より効果的な動画／静止画判定を行なうことができる。特に上述したデューティ比及び最大信号許容レベルの同時且つ相乗的な制御はテレビジョンセットのモニタなどの場合に劇的に寿命を改善することができる。この様な長寿命化機能を基板上に実装する際、タイミングジェネレータなどＩＣの一部分に長寿命化機能を追加することで、特別な周辺システム回路を要することなく且つ既存のディスプレイシステムの機構に影響を与えることなく、発光素子の長寿命化を達成することが可能である。

以下図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明に係る表示装置の全体構成を示す機能ブロック図である。図示する様に、本表示装置は画素アレイ１２と情報検出部１６Ａと寿命制御部１６Ｂとデューティ比伝達部１３Ｄと信号出力部１４Ａとで構成されている。画素アレイ１２は、有機ＥＬなど発光素子からなる画素の集合で発光画面を構成し、画像信号のレベルに応じた輝度で発光して１フレーム毎に画像を表示するとともに、デューティ比で規定された発光時間だけ各フレーム内で画面の発光を持続する。換言すると、画素アレイ１２はデューティ比で画面のブライトネスを制御する様になっている。デューティ比が大きい程発光時間が長くなるので、画面全体の明度（ブライトネス）が高くなる。

情報検出部１６Ａは、外部より入力されたビデオ信号などの画像信号からフレーム単位で画像に関する情報を検出する。寿命制御部１６Ｂは、情報検出部１６Ａによって検出された情報に基づいて、画素アレイ１２の発光素子の寿命を延ばす様に、画像信号の最大信号許容レベル及びデューティ比を同時に調整する。ここで画像信号の最大信号許容レベルは高くなる程画面コントラストが高くなる。例えば、最小信号レベルが黒表示に対応し、最大信号許容レベルが白表示に対応すると、最大信号許容レベルが高くなる程黒表示と白表示の差が大きくなるので、コントラストが良くなる。

信号処理部１４Ａは、寿命制御部１６Ｂで調整された最大信号許容レベル内で階調化された画像信号を画素アレイ１２に出力して画面を表示駆動する。一方デューティ比伝達部１３Ｄは、同じく寿命制御部１６Ｂで調整されたデューティ比を画素アレイ１２に伝達し、これによって規定された発光時間だけ画面を発光動作させる。この様に、入力画像信号から得られた情報を元に、デューティ比（ブライトネス）及び最大信号許容レベル（コントラスト）を同時且つ適応的に自動調整することで、画素アレイ１２で構成される発光画面の長寿命化を図っている。

具体的には、情報検出部１６Ａは、入力された画像信号から画像の平均輝度（１フレームを構成する画面の平均階調）に関する情報を検出する。これに応じて寿命制御部１６Ｂは、検出された平均輝度が高くなる程フレーム当りの発光時間を規定するデューティ比を小さく調整すると同時に、画像信号の最大信号許容レベルを下げる様にしている。長寿命化のためには画面の平均輝度が高くなる程、各発光素子の発光量を低くする必要がある。発光量を下げる手段として、デューティ比を下げて発光時間を短くする手段と、画像信号の最大信号許容レベルを下げて発光強度を小さくする手段がある。従来は画面の平均輝度（平均階調）に応じてデューティ比のみを制御していたが、本発明ではデューティ比と最大信号許容レベルを同時に制御することで一層の長寿命化を図っている。一般に有機ＥＬなどの発光素子は、累積発光量が大きくなる程劣化が進む。この場合、発光時間よりも発光強度の方が寿命の劣化に対する影響が大きい。従って、発光時間に加え発光強度も低く抑えることで、発光素子の長寿命化を図ることができる。

情報検出部１６Ａは、前述した平均階調情報に加え、本発明の特徴事項として画像信号から画像が動画か静止画かを示す情報も検出する。寿命制御部１６Ｂは、検出した情報が動画を示す場合、フレーム当りの発光時間を規定するデューティ比を小さくする一方最大信号許容レベルを上げ、検出した情報が静止画を示す場合逆にフレーム当りの発光時間を規定するデューティ比を大きくする一方最大信号許容レベルを下げる。動画の場合は、なるべくデューティ比を小さくして発光時間を短くした方がパルス発光に近くなり、ＣＲＴと同じ様に動画表示特性が良くなる。この場合、発光量を補う為、最大信号許容レベルを上げる。逆に静止画の場合特に発光時間を長くしても表示特性に影響はない。従ってデューティ比を比較的大きく取る一方最大信号許容レベルを下げることで、発光素子の長寿命化を図っている。前述した様に、発光時間よりも発光強度を下げた方が寿命に有効であり、この観点から静止画像の場合、デューティ比よりも最大信号許容レベルを優先的に下げて適応制御を行なっている。

図２は、図１に示した情報検出部の具体的な構成を示すブロック図である。図示する様に、情報検出部１６Ａは、第１フレームメモリ１６１、第２フレームメモリ１６２、平均輝度算出部１６３及び静止画判定部１６４を備えている。第１フレームメモリ１６１は現在のフレームの画像信号を全画素分格納する。画素データは多階調である。第２フレームメモリ１６２は前のフレームの入力画像信号を全画素分格納してある。平均輝度算出部１６３は、第１フレームメモリ１６１に格納された全画素分の多階調データを平均して、当該フレームの画面の平均輝度を算出する。算出された平均輝度は制御用の情報として寿命制御部に出力される。静止画判定部１６４は第１フレームメモリ１６１に格納された画素データと第２フレームメモリ１６２に格納された画素データを比較し、両者で変化の有無を検出することで、静止画／動画を判定している。現在のフレームと前のフレームとの間で画素データに変化がなければ、静止画と判定され、変化が大きければ動画と判定される。この判定結果も制御情報として寿命制御部に出力される。

図３は、図２に示した情報検出部１６Ａの静止画判定動作を模式的に示したブロック図である。（１）は現在のフレームデータを表わしており、各画素１１毎に階調データが格納されている。（２）は前のフレームデータを表わしており、同じく各画素１１毎に階調データが格納されている。（３）は静止画判定後における各画素の二値データを表わしている。現在のフレームデータと前のフレームデータとで対応する画素の階調データに変化がない場合、静止画判定後の各画素の二値データは１となる。逆に現在のフレームデータと前のフレームデータとの間で対応する画素間に階調変化があった場合、静止画判定後の二値データは０となる。各画素の二値データを合算したデータが静止画／動画判定情報として使われる。合算値が高くなる程静止画としての度合いが強くなることを表わしている。

図４は、図１に示した寿命制御部１６Ｂの機能を示す模式図である。図示する様に、寿命制御部１６Ｂは、前述した情報検出部１６Ａから制御情報として、静止画判定データと平均輝度データを受け入れる。これらの制御情報に基づき、発光素子の長寿命化を主たる目的として、デューティ比算出処理及び最大信号許容レベル算出処理を行なう。寿命制御部１６Ｂはその処理結果をデューティ信号として後段のデューティ比伝達部１３Ｄに出力するとともに、最大レベル制御信号を同じく後段の信号出力部１４Ａに供給する。

以下、図５〜図９を参照して、寿命制御部１６Ｂで行なわれる算出処理を詳細に説明する。図５は、寿命制御処理の基本的な原理を示すグラフである。このグラフは発光素子の寿命を縦軸に取り発光量を横軸に取ってある。又３段階でデューティ比をパラメータに取ってある。ここでデューティ比７５％は、１フレームの内７５％の時間発光し、残りの時間は非発光状態にあることを意味している。逆にデューティ比２５％は、１フレーム期間の内２５％分の時間発光し、残りの７５％は非発光状態にあることを表わしている。グラフから明らかな様に、いずれのデューティ比であっても、発光素子は発光量に応じて寿命が短くなることが明らかである。ここである発光量Ｌ１に着目すると、デューティ比の高い方が寿命が長いことが分かる。デューティ比を長くすると発光時間が長くなるので、その分発光強度を下げることができる。逆にデューティ比を小さくすると発光時間が短くなるので、その分所定の発光量Ｌ１を得る為に発光強度を高めなければならない。同様に高い発光量Ｌ２でも、デューティ比が高い方が寿命が長くなっている。この様に、本発明における発光素子の長寿命化の原理は、発光素子に流す電流を小さくして発光強度を抑える一方１フレームに発光する時間を長くする場合と、発光素子に流す電流を大きくして発光強度を高くする一方１フレームに発光する時間を短くする場合とを比較すると、発光素子に瞬時に流れる電流量が小さい方が素子劣化の進行を抑えることができるということである。この原理に着目して、本発明はデューティ比と最大信号許容レベルの適応的な制御を行なっている。

図６は情報検出部から送られる画面平均輝度（平均階調）と寿命制御部が調整するデューティ比との関係を示すグラフである。比較の為、本発明のデューティ特性ラインと従来のデューティ特性ラインを示してある。いずれの場合も画面平均輝度が高くなる程デューティ比を下方調整して発光量を抑え、発光素子の長寿命化を図っている。全体的に画面が明るい場合にはデューティ比を下げてブライトネスを落としても、画質にさほどの影響は出ない。画面が明るい時はブライトネスを落として発光量を抑え、長寿命化を図っている。しかしグラフから明らかな様に、本発明は従来に比べデューティ比の下方調整の傾斜は緩くなっている。尚本実施例ではデューティ特性ラインは直線であるが、必ずしもこれに限られるものではなく、デバイスの特性に合わせて最適なデューティ特性ラインを決めればよい。

図７は、情報検出部から送られる画面平均輝度（平均階調）と寿命制御部が調節する最大出力レベル（最大信号許容レベル）との関係を示すグラフである。比較の為、本発明の最大出力レベル特性ラインに加え従来の最大出力レベル特性ラインを示してある。グラフから明らかな様に、従来は最大出力レベルを固定していた。換言すると、従来は画面の明るさに関わらず、コントラストは一定にしていた。従って、従来は寿命対策として専らデューティ比のみを可変調整していた。これに対し、本発明は画面平均輝度が高くなる程最大出力レベルを下方調整している。これにより発光量を抑えて発光素子の長寿命化を図っている。画面全体が明るい時には、多少コントラストを落としても、画質に影響を与えない。その分長寿命化に寄与することができる。従来は画面が明るい時発光時間を抑えて発光量を少なくし以って長寿命化を図っている。これに対し本発明は画面が明るい時発光時間と発光強度の両方を抑えて発光量を少なくし、以って長寿命化を図っている。同じ発光量の場合、発光時間を落とすよりも発光強度を落とした方が寿命の長期化に効果的である。尚、最大出力レベル特性ラインについても本実施例は直線となっているが、必ずしもこれに限られるものではない。ディスプレイデバイスの特性に合わせて最大出力レベル特性カーブが決められる。

信号階調平均値の変化によって出力輝度を２００ｎｉｔ〜６００ｎｉｔまで可変させた場合における、デューティ信号、出力電圧及び発光素子材料の寿命特性の関係を図８に示す。このグラフで出力データ最大値の情報を出力電圧としたのは、表示装置のデータ書込駆動方式が電圧方式の場合である。表示装置のデータ書込駆動方法が電流方式であれば電流値に置き換えられる。発光素子を構成する有機ＥＬ材料に流す最大電流を可変させることがこの技術の基本となっているので、画素回路における信号電圧及び信号電流の相違は本技術に影響を与えない。尚、グラフに示した特性ラインはあくまでも一例である。輝度を２００ｎｉｔ〜６００ｎｉｔまで可変させた場合、従来の技術では専らデューティ可変線だけを使用することによって、輝度の可変調整を行なっていた。この為、発光素子の寿命はレベルＡからレベルＢまでしか改善できなかった。これに対し本発明では、デューティ信号で発光素子が発光する時間を従来よりは長くし、発光時間を長くした分データの出力電圧を抑えることで発光強度を低くしている。これにより、発光素子の寿命はレベルＡからレベルＣまで大きく改善される。但し、図８のデューティ可変線及び出力電圧線は、入力画像が動画と判定された場合である。

図９は、信号階調平均値の変化によって出力輝度を２００ｎｉｔ〜６００ｎｉｔまで変化させた場合における、デューティ信号及び出力電圧の変化を表わしている。基本的に、図８のグラフと同じ表記となっている。但し、情報検出部から送られる静止画／動画判定情報をパラメータに取ってある。寿命制御部は、静止画／動画判定情報に基づいて、デューティ比及び出力電圧を制御している。前述した様に、情報検出部は、画素毎のバイナリデータ（二値データ）を加算した積算値として静止画／動画判定情報を供給している。積算値が小さければ画像は動画的であり、積算値が大きければ画像は静止画的である。図９のグラフは、典型的に動画の場合と静止画の場合とを比較して表わしている。実際の動作では、情報検出部から供給される積算値に応じて、連続的にデューティ及び出力電圧を調整している。積算値が大きくなるにつれ、デューティ曲線は上方に変化し、発光時間が長くなる。これと反比例する様にデータ出力電圧は下方にシフトする。つまり、積算値が多くなり静止画に近くなる程、動画応答性が不必要且つ焼きつき防止の観点から、発光素子の長期信頼性が要求される。従って静止画の場合デューティ比を相対的に長くする一方出力電圧を相対的に下げることで効果的な長寿命化を実現している。

図１０を参照して、図１に示したデューティ比伝達部１３Ｄの動作を説明する。前述した様にデューティ比伝達部は、画面を構成する画素アレイに対して寿命制御部から入力されたデューティ信号を発光素子の発光時間を制御するパルスに変換して出力する。図１０は、垂直同期信号とデューティ信号を表わしている。デューティ比伝達部はシフトレジスタを備えており、垂直同期信号に合わせデューティ信号を順次転送することで、ライン毎に発光時間を制御するパルスを出力している。一般的な有機ＥＬディスプレイは線順次走査を行なっている。この線順次走査ではライン単位でデータを表示させるのであるが、ラインを駆動するパルスを図示する様に１フレーム期間でオン／オフさせることで、ライン毎に発光時間を制御できる様になっている。このパルスを各ライン毎に走査していくことで、画面全体の発光時間を一つのデューティ信号にて制御している。つまりデューティ比とは、１垂直期間（１フレーム期間）中において、発光時間の占める割合を表わしている。図１０のタイミングチャートでは、デューティ信号がハイレベルの時発光素子が発光し、ローレベルの時発光素子は非発光となる。このデューティ信号のパルスの時間幅を可変調整することで、画面輝度を調整することができる。

続いて図１１を参照しながら、図１に示した信号出力部１４Ａの動作を説明する。信号出力部はＤ／Ａコンバータを内蔵しており、入力画像信号に含まれる入力階調データを出力電圧に変換している。図１１のグラフは、このＤ／Ａコンバータの入出力変換特性を表わしている。信号出力部は、寿命制御部から送られてくる最大信号許容レベル情報を元に、デジタル階調データをＤ／Ａコンバートし、発光素子に対して出力する。寿命制御部から送られてくる最大信号許容レベル情報とは、Ｄ／Ａコンバートする際に最大階調が入力された場合に出力されるリミット電圧のことである。この情報は前述した様に１フレーム毎寿命制御部において可変調整されている。前述した様に、画面平均輝度が高い場合、寿命制御部はこの最大信号許容レベルを下方調整する。この結果、本発明に係るデータ信号出力部の入出力特性は、従来の入出力特性に比べ下方にシフトしている。

図１２は、図１の機能ブロックに対応するハードウェアブロック図である。図１２と図１を比較すれば明らかな様に、本発明の要部を成す情報検出部１６Ａ及び寿命制御部１６Ｂは、外部システム回路１６で実現される。デューティ比伝達部１３Ｄはゲートドライバ１３で実現される。又信号出力部１４Ａはデータドライバ１４で実現される。システム回路１６は外部の回路基板上に構築されており、タイミングジェネレータ１９及び電源回路２０を備えている。タイミングジェネレータ１９は可変調整されたデューティ信号をゲートドライバ１３に送る。電源回路２０は可変調整されたリミット電圧をデータドライバ１４に送る。ゲートドライバ１３はシステム回路１６から入力されたデューティ信号を順次転送することで、画素アレイ部１２の走査線を駆動する。データドライバ１４はシステム回路１６から入力されたデジタル画像信号をアナログデータ電圧に変換して画素アレイ部１２の信号線に印加する。図１２に示した表示装置は、通常のシステム回路１６、ゲートドライバ１３、データドライバ１４及び画素アレイ部１２で構成されている。ゲートドライバ１３、データドライバ１４は画素アレイ部１２と一体的に一枚のパネル内に内蔵される場合がある。あるいは画素アレイ部１２のみを一枚のパネルで構成し、ゲートドライバ１３及びデータドライバ１４は外付けのＩＣとしてパネルに接続する場合もある。本発明は、一般的な表示装置のシステム回路１６に、情報検出機能及び寿命制御機能を盛り込むことでハード的に容易に実現できる。比較的小規模な回路変更で発光素子の寿命を改善可能である。本発明の情報検出機能及び寿命制御機能を外部システム回路ＩＣの一部に実装することで、特別な周辺回路を要することなく既存のディスプレイシステムをそのまま用いて本発明を実施可能である。

図１３は、図１２に示した表示装置の具体的な構成例を示す回路図である。例えば各画素の表示素子として自発光素子である有機ＥＬ素子を用いた、アクティブマトリクス型有機ＥＬ表示装置である。本実施形態に係るアクティブマトリクス型有機ＥＬ表示装置は、画素１１がマトリクス状に配置されてなる画素アレイ部１２と、この画素アレイ部１２を駆動するゲートドライバ１３及びデータドライバ１４とを有機ＥＬパネル（基板）１５上に形成してなり、当該有機ＥＬパネル１５の外部にゲートドライバ１３及びデータドライバ１４を駆動するシステム回路１６を有する構成となっている。なお、場合によっては、ゲートドライバ１３及びデータドライバ１４をドライバＩＣとして有機ＥＬパネル（基板）１５とは別体に設け、ドライバＩＣとパネルをＴＡＢもしくはＦＰＣで接続する形態としても良い。

本発明にかかる画像表示装置は、基本的に画素アレイ部１２と、データドライバ１４と、ゲートドライバ１３と、システム回路１６とを含む。画素アレイ部１２は、行状の走査線ＤＳＬと、列状のデータＤＴＬ線と、両者が交差する部分に配された行列状の画素１１とを備えている。データドライバ１４は、システム回路１６から供給された画像信号を各データ線ＤＴＬ−１〜ＤＴＬ−ｍに分配する。ゲートドライバ１３は、システム回路１６から供給される制御信号ＤＳに応じて動作し、各走査線ＤＳＬ−１〜ＤＳＬ−ｎに順次駆動パルスＤＳ−１〜ＤＳ−ｎを出力して画素１１を線順次で選択し、以って分配された画像信号に基き駆動パルスＤＳの時間幅だけ画素１１を駆動して画素アレイ部１２に画像を表示する。

システム回路１６はスタートパルスＶＳ（垂直ライン制御信号）、クロック信号ＶＣＫ（垂直クロックパルス）及び補正データＤＳ（デューティ制御信号）をゲートドライバ１３に供給する。またシステム回路１６は水平走査信号及び画像信号をデータドライバ１４に供給する。

引き続き図１３を参照して本表示装置の各構成各部分を個別に説明する。図１３において、画素１１は、有機ＥＬ素子１７を発光駆動する能動素子として電界効果トランジスタ、例えばポリシリコンＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｎｓｉｓｔｏｒ；薄膜トランジスタ）あるいはアモルファスシリコンＴＦＴ１８を有し、これらＴＦＴ１８が形成された基板上に有機ＥＬ素子１７が形成された構成となっている。有機ＥＬ素子１７は、基板上に設けられる透明導電膜からなる複数の第一電極を形成し、各第一電極上に正孔輸送層、発光層、電子輸送層及び電子注入層を順番に堆積させて有機層を形成し、当該有機層の上に金属からなる第二電極を形成した構造を持ち、第一電極と第二電極との間に直流電圧が印加されることで、発光層において電子と正孔とが再結合する際に発光するようになっている。

画素アレイ部１２には、ｍ列ｎ行の画素配列に対して、走査線ＤＳＬ−１〜ＤＳＬ−ｎが各行に配線されている。また、データ線ＤＴＬ−１〜ＤＴＬ−ｍが各列に配線されている。走査線ＤＳＬ−１〜ＤＳＬ−ｎの各一端は、ゲートドライバ１３の各行の出力端に接続されている。ゲートドライバ１３は、システム回路１６で生成される垂直ライン制御信号ＶＳ、出力時間設定用デューティ制御信号ＤＳ、及び垂直制御信号用電源が与えられることにより、同じくシステム回路１６で生成される垂直クロックパルスＶＣＫに同期して、垂直制御順次走査パルスＤＳ−１〜ＤＳ−ｎを出力し、走査線ＤＳＬ−１〜ＤＳＬ−ｎを駆動する。

データ線ＤＴＬ−１〜ＤＴＬ−ｍの各一端は、データドライバ１４の各列の出力端に接続されている。データドライバ１４は、データ線ＤＴＬ−１〜ＤＴＬ−ｍを通して画素１１の各々に対して輝度情報を電流値または電圧値の形で書き込む、電流書き込み型または電圧書き込み型の駆動回路構成となっている。

システム回路１６は、有機ＥＬパネル１５の外部に配置される外部基板上に形成される。このシステム回路１６は、データドライバ１４及びゲートドライバ１３を制御するタイミング・ジェネレータ１９と、データドライバ１４から出力される画像信号のレベルを所望の電圧に設定する電源回路２０とを備えている。

タイミング・ジェネレータ１９は外部から供給される画像信号及び同期信号を受信し、ゲートドライバ１３を制御する垂直クロックパルスＶＣＫ、垂直制御信号ＶＳ及び出力時間設定用デューティ制御信号ＤＳと、データドライバ１４を制御する水平走査制御信号及び画像信号を同期信号に基づいて発生し、それぞれゲートドライバ１３及びデータドライバ１４に供給する。

図１４は、図１３に示した有機ＥＬパネルの構成例を示すブロック図である。この表示パネル１５は、画素回路（ＰＸＬＣ）１１がｍ×ｎのマトリクス状に配列された画素アレイ部１２、データドライバ１４、ゲートドライバ１３及びその一部をなす追加ゲートドライバ１３ａ、データドライバ１４により選択され輝度情報に応じた信号が供給されるデータ線ＤＴＬ−１〜ＤＴＬ−ｍ、追加のゲートドライバ１３ａにより選択駆動される走査線ＷＳＬ−１〜ＷＳＬ−ｎ、及びゲートドライバ１３により選択駆動される走査線ＤＳＬ−１〜ＤＳＬ−ｎを有する。ここでゲートドライバ１３はデューティ駆動を行い、ゲートドライバ１３ａはデューティ駆動に先立って、各画素に対するデータの書き込み駆動を行なう。

図１５は、図１４に示した有機ＥＬパネルの回路構成を示す回路図である。図示する様に、この画素回路１１は、基本的にｐチャネル型の薄膜電界効果トランジスタ（以下、ＴＦＴと言う）で構成されている。すなわち画素回路１１は、ドライブＴＦＴ１１１、スイッチングＴＦＴ１１２、サンプリングＴＦＴ１１５、有機ＥＬ素子１７、保持容量Ｃ１１１を有する。係る構成を有する画素回路１１は、データ線ＤＴＬ−１と走査線ＷＳＬ−１，ＤＳＬ−１との交差部に配されている。データ線ＤＴＬ−１はサンプリングＴＦＴ１１５のドレインに接続し、走査線ＷＳＬ−１はサンプリングＴＦＴ１１５のゲートに接続し、他の走査線ＤＳＬ−１はスイッチングＴＦＴ１１２のゲートに接続している。

ドライブＴＦＴ１１１、スイッチングＴＦＴ１１２及び有機ＥＬ素子１７は、電源電位Ｖｃｃと接地電位ＧＮＤの間で直列に接続されている。すなわちドライブトランジスタ１１１のソースが電源電位Ｖｃｃに接続される一方、有機ＥＬ素子（発光素子）１７のカソードが接地電位ＧＮＤに接続されている。一般に、有機ＥＬ素子１７は整流性がある為ダイオードの記号で表わしている。一方、サンプリングＴＦＴ１１５及び保持容量Ｃ１１１は、ドライブＴＦＴ１１１のゲートに接続している。ドライブＴＦＴ１１１のゲート・ソース間電圧をＶｇｓで表わしている。

画素回路１１の動作であるが、まず走査線ＷＳＬ−１を選択状態（ここでは低レベル）とし、データ線ＤＴＬ−１に信号を印加すると、サンプリングＴＦＴ１１５が導通して信号が保持容量Ｃ１１１に書き込まれる。保持容量Ｃ１１１に書き込まれた信号電位がドライブトランジスタ１１１のゲート電位となる。続いて、走査線ＷＳＬ−１を非選択状態（ここでは高レベル）とすると、データ線ＤＴＬ−１とドライブＴＦＴ１１１とは電気的に切り離されるが、ドライブＴＦＴ１１１のゲート電位Ｖｇｓは保持容量Ｃ１１１によって安定に保持される。続いて他の走査線ＤＳＬ−１を選択状態（ここでは低レベル）にすると、スイッチングＴＦＴ１１２が導通し、電源電位Ｖｃｃから接地電位ＧＮＤに向かって駆動電流がＴＦＴ１１１，ＴＦＴ１１２及び発光素子１７を流れる。ＤＳＬ−１が非選択状態になるとスイッチングトランジスタ１１２がオフし、駆動電流は流れなくなる。スイッチングＴＦＴ１１２は発光素子１７の発光時間を制御する為に挿入されたものである。

ＴＦＴ１１１及び発光素子１７に流れる電流は、ＴＦＴ１１１のゲート・ソース間電圧Ｖｇｓに応じた値となり、発光素子１７はその電流値に応じた輝度で発光し続ける。上記の様に、走査線ＷＳＬ−１を選択してデータ線ＤＴＬ−１に与えられた信号を画素回路１１の内部に伝える動作を「書き込み」と呼ぶ。上述の様に、一度信号の書き込みを行なえば、次に書き換えられるまで、発光素子１７はドライブトランジスタ１１２がオンしている間一定の輝度で発光を続ける。

本発明に係る表示装置の機能ブロック図である。 図１に示した情報検出部の構成ブロック図である。 情報検出部の動作説明に供する模式図である。 寿命制御部の機能図である。 寿命制御部の動作説明に供するグラフである。 寿命制御部の動作説明に供するグラフである。 寿命制御部の動作説明に供するグラフである。 寿命制御部の動作説明に供するグラフである。 寿命制御部の動作説明に供するグラフである。 図１に示したデューティ比伝達部の動作説明に供するタイミングチャートである。 図１に示した信号出力部の動作説明に供するグラフである。 図１に示した表示装置のハードウェアブロック図である。 図１２に示した表示装置の具体的な構成例を示す回路図である。 図１３に含まれるパネルの構成例を示すブロック図である。 図１３に含まれるパネルの回路構成を示す回路図である。

符号の説明

１２・・・画素アレイ、１３Ｄ・・・デューティ比伝達部、１４Ａ・・・信号出力部、１６Ａ・・・情報検出部、１６Ｂ・・・寿命制御部

Claims (4)

1. 画素アレイと情報検出部と寿命制御部とデューティ比伝達部と信号出力部とを有する表示装置であって、
   前記画素アレイは、発光素子からなる画素の集合で画面を構成し、画像信号のレベルに応じた輝度で発光して１フレームごとに画像を画面に表示するとともに、デューティ比で規定された発光時間だけ各フレーム内で画面の発光を持続し、
   前記情報検出部は、外部より入力された画像信号からフレーム単位で画像が動画か静止画かを示す情報を検出し、
   前記寿命制御部は、該検出された情報に基づいて、発光素子の寿命を延ばす様に、該画像信号の最大信号許容レベル及び該デューティ比を同時に調整し、
   前記信号出力部は、該調整された最大信号許容レベル内で該画像信号を該画素アレイに出力して画面を表示駆動し、
   前記デューティ比伝達部は、該調節されたデューティ比を該画素アレイに伝達しこれによって規定された発光時間だけ該画面を発光動作させることを特徴とする表示装置。
2. 前記寿命制御部は、検出した該情報が動画を示す場合フレーム当りの発光時間を規定する該デューティ比を小さくする一方該最大信号許容レベルを上げ、検出した該情報が静止画を示す場合フレーム当りの発光時間を規定する該デューティ比を大きくする一方該最大信号許容レベルを下げることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
3. 前記情報検出部は、入力された画像信号から更に画像の平均輝度を示す情報を検出し、
   前記寿命制御部は、該平均輝度が高くなる程フレーム当りの発光時間を規定するデューティ比を小さく調整すると同時に、該画像信号の最大信号許容レベルを下げることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
4. 発光素子からなる画素の集合で画面を構成し、画像信号のレベルに応じた輝度で発光して１フレームごとに画像を画面に表示するとともに、デューティ比で規定された発光時間だけ各フレーム内で画面の発光を持続する表示装置の駆動方法であって、
   外部より入力された画像信号からフレーム単位で画像が動画か静止画かを示す情報を検出する情報検出過程と、
   該検出された情報に基づいて、発光素子の寿命を延ばす様に、該画像信号の最大信号許容レベル及び該デューティ比を同時に調整する寿命制御過程と、
   該調整された最大信号許容レベル内で該画像信号を該画素アレイに出力して画面を表示駆動する信号出力過程と、
   該調節されたデューティ比を該画素アレイに伝達しこれによって規定された発光時間だけ該画面を発光動作させるデューティ比伝達過程とを含むことを特徴とする表示装置の駆動方法。

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