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【発明の名称】 有機EL表示装置およびその制御方法
【発明者】 【氏名】長谷川 洋
【住所又は居所】東京都品川区西五反田3丁目9番17号 ソニーエンジニアリング株式会社内

【要約】 【課題】発光画素の駆動を入力信号レベルにかかわらず常に一定の条件で行うと、高輝度化、高コントラスト化については発光素子の特性に依存する割合が大きく、低消費電力化についても発光素子の特性に依存せざるを得ない。

【解決手段】有機EL素子12を含む発光画素が行列状に配置されてなる有機EL表示装置において、画素領域の全画素の総電流値を電流検出回路14で検出し、その検出した電流を電流−電圧変換回路15で電圧に変換し、その検出電圧Vdetを比較器16で基準電圧Vrefと比較する。そして、その比較結果に基づいて、デューティ制御回路17により、画素回路のTFT13をON/OFF駆動することによって有機EL素子12の発光時間を制御する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】 発光画素に流れる電流値を検出する検出手段と、前記検出手段が検出した電流値に基づいて前記発光画素の発光時間を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする有機EL表示装置。
【請求項2】 前記制御手段は、前記検出手段が検出した電流値を基準値と比較する比較手段を有し、その比較手段の比較結果に基づいて前記発光画素の発光時間を制御することを特徴とする請求項1記載の有機EL表示装置。
【請求項3】 前記検出手段は、前記発光画素に流れる全画素分の総電流値を検出することを特徴とする請求項1記載の有機EL表示装置。
【請求項4】 前記検出手段は、前記発光画素が行列状に配されてなる画素領域を所定の領域単位で分割し、その分割した領域毎に前記発光画素に流れる電流値を検出することを特徴とする請求項1記載の有機EL表示装置。
【請求項5】 前記発光画素は、R(赤)G(緑)B(青)の各発光色に対応して設けられており、前記検出手段は、RGB毎に前記発光画素に流れる電流値を検出し、前記制御手段は、前記検出手段が検出したRGB毎の電流値に基づいて前記発光画素の発光時間をRGB毎に制御することを特徴とする請求項1記載の有機EL表示装置。
【請求項6】 前記発光画素は、R(赤)G(緑)B(青)の各発光色に対応して設けられており、前記検出手段は、前記発光画素に流れる全画素分の総電流値を検出し、前記制御手段は、前記検出手段が検出した総電流値に基づいて前記発光画素の発光時間をRGB毎に制御することを特徴とする請求項1記載の有機EL表示装置。
【請求項7】 発光画素に流れる電流値を検出し、その検出電流値に基づいて前記発光画素の発光時間を制御することを特徴とする有機EL表示装置の制御方法。
【請求項8】 前記検出電流値を基準値と比較し、その比較結果に基づいて前記発光画素の発光時間を制御することを特徴とする請求項7記載の有機EL表示装置の制御方法。
【請求項9】 前記発光画素に流れる全画素分の総電流値を検出することを特徴とする請求項7記載の有機EL表示装置の制御方法。
【請求項10】 前記発光画素が行列状に配されてなる画素領域を所定の領域単位で分割し、その分割した領域毎に前記発光画素に流れる電流値を検出することを特徴とする請求項7記載の有機EL表示装置の制御方法。
【請求項11】 前記発光画素は、R(赤)G(緑)B(青)の各発光色に対応して設けられており、RGB毎に前記発光画素に流れる電流値を検出し、そのRGB毎の検出電流値に基づいて前記発光画素の発光時間をRGB毎に制御することを特徴とする請求項7記載の有機EL表示装置の制御方法。
【請求項12】 前記発光画素は、R(赤)G(緑)B(青)の各発光色に対応して設けられており、前記発光画素に流れる全画素分の総電流値を検出し、その検出総電流値に基づいて前記発光画素の発光時間をRGB毎に制御することを特徴とする請求項7記載の有機EL表示装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、各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表示装置およびその制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】有機EL素子は、有機材料を陽極・陰極の2つの電極で挟み込む構造を持ち、電極間に電圧が印加されることにより、陰極から電子が、陽極から正孔が有機層に注入され、電子・正孔が再結合することによって発光するものであり、10V以下の駆動電圧で、数100〜数10000cd/m2の輝度を得ることができる。したがって、この有機EL素子を画素の発光素子として用いた有機EL表示装置は、次世代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】有機EL表示装置の駆動方式としては、単純(パッシブ)マトリクス方式とアクティブマトリクス方式とが挙げられる。ディスプレイの大型化・高精細化を実現するには、単純マトリクス方式の場合は、各画素の発光期間が走査線(即ち、垂直方向の画素数)の増加によって減少するため、瞬間的に各画素の有機EL素子が高輝度で発光することが要求される。一方、アクティブマトリクス方式の場合は、各画素が1フレームの期間に亘って発光を持続するため、ディスプレイの大型化・高精細化が容易である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このアクティブマトリクス型有機EL表示装置においては、従来、発光画素の駆動については入力信号(表示信号)レベルにかかわらず常に一定の条件で行っていた。そのため、高輝度化、高コントラスト化については有機EL素子の特性に依存する割合が大きく、同様に低消費電力化についても有機EL素子の特性に依存せざるを得なかった。しかも、高輝度化のために有機EL素子に対して高い電圧を印加したり、あるいは大きい電流を流し続けると、有機EL素子の特性が劣化する傾向にあり、さらに消費電力も増大するという問題が発生する。
【0005】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、有機EL素子の特性に依存することなく、高コントラスト化および低消費電力化が可能な有機EL表示装置およびその制御方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するために、本発明では、発光画素(有機EL素子)が行列状に配置されてなる有機EL表示装置において、発光画素に流れる電流値を検出し、その検出した電流値に基づいて発光画素の発光時間を制御する構成を採っている。
【0007】発光画素に流れる電流に基づく発光時間の制御において、検出した電流値が大きいときには、発光画素の発光時間を短く設定することで、画面全体の発光輝度および消費電力が抑制される。一方、検出した電流値が小さいときには、発光画素の発光時間を長く設定することで、高輝度化が図られる。
【0008】
【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。
【0009】[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表示装置を示す概略構成図であり、モノクロ方式の有機EL表示装置に適用した場合を例に採って示している。ここでは、図面の簡略化のために、6行37列の画素配列の場合を例に採って示している。
【0010】図1において、有機ELパネル11は、透明ガラスなどの基板上に有機EL素子12が行列状に多数配された構成となっている。具体的には、基板上に、透明導電膜からなる第1の電極(例えば、陽極)が形成され、その上にさらに正孔輸送層、発光層、電子輸送層および電子注入層が順次堆積されることで有機層が形成され、この有機層上にさらに低仕事関数の金属からなる第2の電極(例えば、陰極)が形成されることで有機EL素子12が形成されている。
【0011】この有機EL素子12において、第1の電極と第2の電極との間に直流電圧を印加することにより、正孔が第1の電極(陽極)から正孔輸送層を経て、電子が第2の電極(陰極)から電子輸送層を経てそれぞれ発光層内に注入され、この注入された正負のキャリアによって発光層内の蛍光分子が励起状態となり、この励起分子の緩和過程で発光が得られるようになっている。
【0012】有機EL素子12を含む画素回路において、有機EL素子12を駆動する能動素子として、一般的に、薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor;TFT)が用いられる。画素回路は、通常、TFTを複数個有するとともに、画素情報(輝度情報)を保持するキャパシタを有する構成となっている。ただし、ここでは、図面の簡略化のために、画素回路として、有機EL素子12に対して直列に接続されて当該素子を駆動するためのTFT13のみを代表して示している。
【0013】有機EL素子12には、TFT13を通して駆動電圧が選択的に与えられることによって当該素子の駆動が行われる。ここで、有機EL素子12が例えば流れる電流によって輝度が変化する構成の素子であるとすると、各画素の有機EL素子12に流れる電流は、各画素の輝度情報に応じて図示せぬTFTによって制御されることになる。
【0014】有機EL素子12の一端(本例では、カソード)は全画素共通に接続され、さらに電流検出回路14の入力端に接続されている。電流検出回路14は、全画素に流れる電流を映像信号の垂直周期、即ち1フィールド期間に亘って検出し、その検出した電流値を電流−電圧変換回路15に供給する。電流−電圧変換回路15は、電流検出回路14で検出された電流値を電圧値に変換し、その電圧値の検出電圧Vdetを比較器16に供給する。
【0015】比較器16は、電流−電圧変換回路15から出力される検出電圧Vdetを基準電圧Vrefと比較し、例えば、検出電圧Vdetが基準電圧Vrefよりも高いときに高レベル、検出電圧Vdetが基準電圧Vref以下のときに低レベルの比較結果(デジタル信号)を出力し、デューティ制御回路17に供給する。デューティ制御回路17は、比較器16の比較結果が高レベルのときは有機EL素子12の発光時間を短く設定し、当該比較結果が低レベルのときは発光時間を長く設定するようにTFT13を駆動する。
【0016】次に、上記構成の第1実施形態に係る有機EL表示装置の動作について、図2および図3の各波形図を用いて説明する。なお、図2は、1フィールドにおける映像信号と基準電圧Vrefとの関係を示す波形図である。また、図3は、1フィールドにおけるデューティ制御による発光期間−非発光期間の関係を示す波形図である。
【0017】先ず、電流検出回路14で全画素に流れる電流値を1フィールド期間に亘って検出する。通常、映像信号には垂直ブランキング区間が存在するため、入力信号(表示信号)と全画素に流れる電流とを比較した場合、この垂直ブランキング区間において電流は減少する。それ以外の部分については、入力信号および画素の発光時間との関係に比例した出力が得られる。
【0018】電流検出回路14で検出された電流値は、電流−電圧変換回路15で電圧値に変換されて比較器16に供給される。電流−電圧変換回路15では、検出電圧Vdetが入力信号に比例した成分と垂直ブランキング区間の成分とを含んでいるため、それらの影響を考慮して電圧変換を行うようにする。比較器16では、任意に設定した基準電圧Vrefと検出電圧Vdetとを比較する。
【0019】この比較において、比較器16は例えば、検出電圧Vdetが基準電圧Vrefよりも高いときに高レベル、検出電圧Vdetが基準電圧Vref以下のときに低レベルのデジタル信号を出力し、デューティ制御回路17に供給する。これにより、以降、すべてデジタル処理となるため、アナログ的なバラツキや偏差などを考慮する必要はない。
【0020】デューティ制御回路17は、比較器16の比較結果が高レベルのとき、即ち検出電圧Vdetが基準電圧Vrefよりも高いときには、有機EL素子12の発光時間を短く設定することで、画面全体の発光輝度および消費電力を抑制する。発光時間が短くなることにより、一般的な動作状態における消費電力の削減が可能となる。
【0021】一方、比較器16の比較結果が低レベルのとき、即ち検出電圧Vdetが基準電圧Vref以下のときには、有機EL素子12の発光時間を長く設定することで、高輝度化を図る。発光時間を長く設定することで、一般的な動作状態における最大輝度を大きくすることが可能となる。
【0022】上述したように、有機EL素子12を含む発光画素が行列状に配置されてなるモノクロ方式の有機EL表示装置において、画素領域の全画素の総電流値を検出し、その検出した総電流値に基づく検出電圧Vdetと基準電圧Vrefとの比較結果に応じて有機EL素子12の発光時間を制御するようにし、発光期間/非発光期間を適宜組み合わせることにより、高コントラスト化と低消費電力化という相反する条件を両立することが可能となる。
【0023】すなわち、小面積を光らせるときには、発光期間を長く設定し、高輝度で有機EL素子12を発光させることにより、コントラスト感のあるインパクトのある画像を表示できる。また、大面積の明るい画面においては、輝度を抑制することにより、画質を損なうことなく、有機EL素子12の発熱や駆動電流による有機EL素子12の劣化を抑制することができるため、本有機EL表示装置の長寿命化が図れる。
【0024】また、基準電圧Vrefの設定により、最大輝度と消費電力とのどちらを重要視するかを任意に選択することができる。さらに、上記の制御においては、有機EL素子12の発光時間のみを制御するようにしているため、信号の階調表現に影響を与えることなく、入力信号(表示信号)に応じた発光時間の最適な設定が可能となる。
【0025】なお、本実施形態においては、検出電圧Vdetを比較器16で単一の基準電圧Vrefと比較し、その比較結果に基づいて有機EL素子12の発光時間を2段階に制御するとしたが、この2段階制御に限られるものではなく、電圧値が異なる複数の基準電圧を用意し、これら複数の基準電圧との比較結果に基づいて発光時間を多段階に制御する構成を採ることも可能である。
【0026】また、基準電圧Vrefの電圧値を可変とし、入力信号に応じてその電圧値を切り替えるようにすることも可能である。一例として、テキスト表示と動画表示とで基準電圧Vrefの電圧値を切り替えるようにすることで、入力信号(表示する画像)に応じた最適な表示を実現できる。
【0027】[第2実施形態]図4は、本発明の第2実施形態に係るモノクロ方式の有機EL表示装置を示す概略構成図であり、図中、図1と同等部分には同一符号を付して示している。ここでは、図面の簡略化のために、8行37列の画素配列の場合を例に採って示している。
【0028】本実施形態に係る有機EL表示装置では、有機EL素子12を含む発光画素が行列状に配置されてなる画素領域を所定の領域単位で分割し、その分割した領域毎に有機EL素子12に流れる電流値を電流検出回路14で検出し、この検出した領域毎の電流値に基づいてデューティ制御回路17によって有機EL素子12の発光時間を制御する構成を採っている。
【0029】具体的には、本例に係る8行37列の画素配列の画素領域において、1行毎に行単位で領域を8分割し、その分割した領域毎に有機EL素子12に流れる電流値を電流検出回路14で検出するようにしている。ここでは、簡単のために、8行37列の画素配列を例に採っているが、実際の有機EL表示装置においては、さらに多数の画素配列となることから、所定数の行毎に行単位で領域を8分割することになる。ただし、分割数は8分割に限られるものではなく、任意に設定可能である。
【0030】分割した領域毎に電流検出回路14で検出した電流値は、その領域毎に順に電流−電圧変換回路15で電圧値に変換され、その領域毎の検出電圧Vdetが比較器16で順に基準電圧Vrefと比較され、その比較結果が領域単位で順次デューティ制御回路17に供給される。そして、比較器16から順に供給される比較結果に基づいて、デューティ制御回路17により、有機EL素子12の発光時間の制御が行われる。
【0031】次に、上記構成の第2実施形態に係る有機EL表示装置の動作について、図5および図6の各波形図を用いて説明する。なお、図5は、1フィールドにおける映像信号と基準電圧Vrefおよび検出データとの関係を示す波形図である。また、図6は、1フィールドにおけるデューティ制御による発光期間−非発光期間の関係を示す波形図である。
【0032】先ず、画素領域を8分割し、その分割した領域毎に有機EL素子12に流れる電流値を検出するということは、1画面(1フィールド)を8分割し、画素電流を1画面当たり8回検出することを意味している。具体的には、電流検出回路14は、図5のサンプリングパルスに同期して、分割した領域毎に有機EL素子12に流れる電流値(画素電流)を検出する。
【0033】以降、電流検出回路14で検出した電流を電流−電圧変換回路15で電圧(検出電圧)Vdetに変換し、この検出電圧Vdetを比較器16で基準電圧Vrefと比較する動作が、分割した領域単位で順に行われる。なお、電流検出回路14、電流−電圧変換回路15および比較器16での処理動作は、基本的に、第1実施形態の場合と同じである。そして、デューティ制御回路17において、比較器16から順に供給される比較結果に基づいて有機EL素子12の発光時間の制御が行われる。
【0034】上述したように、1画面を複数の領域に分割し、その分割した各領域毎に画素電流を検出することにより、1画面の全画素電流を検出するよりも検出時間が短くなり、1画面をより細かくデューティ制御することが可能となるため、第1実施形態に係る作用効果に加えて、画面の明るさに速やかに追従する制御を実現できるとともに、よりダイナミックな画像表示を実現できる、という作用効果が得られる。
【0035】具体的な制御としては、例えば、検出した8データすべてが基準電圧Vrefよりも高い場合、即ち画面全体が明るい場合には、サンプリングした検出データがすべて高レベルとなる。このときは、制御ステップ幅を大きくし、早く発光時間の下限値へ到達させるように制御を行う。
【0036】ここで、制御ステップ幅について説明する。制御ステップ幅は、制御の分解能とも言える。垂直走査周波数が例えば60Hzの場合、1フィールドは約16.6msであり、発光時間の上限と下限との差を50%とし、1%ステップ幅で制御とすると、全体が白の画面から黒の画面に急に切り替わったときに制御にかかる時間Tは、T=16.6ms×50=830msとなる。
【0037】本例の場合は、1画面につき8データで発光時間の制御を行うため、発光時間の上限から下限への制御にかかる時間は、約100ms(≒830ms/8)となる。したがって、ブラウン管のテレビジョンにおけるビーム電流を制御することによる明るさ制御にかかる時間がおよそ200msであることと比較しても、動画表示においてもまったく問題ない、即ち違和感を生じさせないレベルにすることができる。
【0038】なお、本実施形態においては、発光画素が行列状に配置されてなる画素領域を垂直方向において行単位で分割するとしたが、垂直方向での分割に限られるものではなく、水平方向において列単位で分割したり、垂直および水平の両方向において分割することも可能である。
【0039】[第3実施形態]図7は、本発明の第3実施形態に係る有機EL表示装置を示す概略構成図であり、カラー方式の有機EL表示装置に適用した場合を例に採って示している。
【0040】図7において、有機ELパネル21上には、R(赤)G(緑)B(青)の各有機EL素子22R,22G,22Bが各行毎に例えばRGBの順に繰返し配列されている。そして、有機EL素子22R,22G,22Bの各一端(本例では、カソード)が各色毎に共通に接続され、さらに電流検出回路24の3系統の各入力端に接続されている。
【0041】電流検出回路24は、RGBの各色に対応した回路部分を有し、各色毎に有機EL素子22R,22G,22Bに流れる電流値を1フィールド期間に亘って検出し、その検出した電流値を電流−電圧変換回路25に供給する。電流−電圧変換回路25は、RGBの各色に対応した回路部分を有し、電流検出回路24で検出された各色毎の電流値を電圧値に変換し、その電圧値を各色毎に比較器26に供給する。
【0042】比較器26は、RGBの各色に対応した回路部分を有し、電流−電圧変換回路25から各色毎に出力される検出電圧VdetR,VdetG,VdetBを、例えば各色共通の基準電圧Vrefと比較し、例えば、検出電圧VdetR,VdetG,VdetBが基準電圧Vrefよりも高いときに高レベル、検出電圧VdetR,VdetG,VdetBが基準電圧Vref以下のときに低レベルの比較結果を各色毎に出力し、デューティ制御回路27に供給する。
【0043】デューティ制御回路27は、RGBの各色に対応した回路部分を有し、比較器26の各色毎の比較結果に基づいて、有機EL素子22R,22G,22Bに対して直列に接続されたTFT23R,23G,23BをON/OFF駆動することによって有機EL素子22R,22G,22Bの発光時間を制御する。具体的には、比較器26の比較結果が高レベルのときは有機EL素子22R,22G,22Bの発光時間を短く設定し、当該比較結果が低レベルのときは発光時間を長く設定するように、TFT23R,23G,23BをON/OFF駆動する。
【0044】上述したように、カラー方式の有機EL表示装置において、各色毎に有機EL素子22R,22G,22Bに流れる電流値を検出し、その色毎の検出電流値に基づいて有機EL素子22R,22G,22Bの発光時間をRGB毎に制御するようにしたことにより、第1実施形態に係る作用効果に加えて、ホワイトバランスに影響を与えることなく、入力信号に応じた最適な設定が可能となる。RGBそれぞれの発光時間が異なる場合には、一定の係数をかけることにより、ホワイトバランスに影響を与えないようにすることができる。
【0045】なお、本実施形態においては、RGBの各色に対して共通の基準電圧Vrefを設定するとしたが、RGBの各色に対して別々の基準電圧を設定するようにすることも可能である。
【0046】また、本実施形態では、有機EL素子22R,22G,22Bに流れる電流値を各色毎に検出するとしたが、有機EL素子22R,22G,22Bに流れる全画素分の総電流値を検出し、この総電流値に基づいて有機EL素子22R,22G,22Bの発光時間をRGB毎に制御するようにすることも可能である。
【0047】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、有機EL表示装置において、発光画素に流れる電流値を検出し、その検出した電流値に基づいて発光画素の発光時間を制御することにより、有機EL素子の特性に依存することなく、高コントラスト化および低消費電力化が可能となる。
【出願人】 【識別番号】000002185
【氏名又は名称】ソニー株式会社
【住所又は居所】東京都品川区北品川6丁目7番35号
【出願日】 平成13年10月10日(2001.10.10)
【代理人】 【識別番号】100086298
【弁理士】
【氏名又は名称】船橋 國則
【公開番号】 特開2003−122305(P2003−122305A)
【公開日】 平成15年4月25日(2003.4.25)
【出願番号】 特願2001−312321(P2001−312321)