显示设备以及电子产品 【技术领域】
本发明涉及通过电流驱动布置在每个像素处的发光元件来显示图像的显示设备。本发明还涉及使用该显示设备的电子产品。具体地，本发明涉及所谓的有源矩阵显示设备的驱动系统，其通过在每个像素电路中提供的绝缘栅场效应晶体管等来控制在发光元件(例如有机EL元件)中流动的电流量。
背景技术
在显示设备中，例如，在液晶显示器中，大量的像素被布置成矩阵状，并且通过根据要显示的图像信息控制每个像素中入射光的透射强度或反射强度来显示图像。这与有机EL显示器中的相同，在所述有机EL显示器中有机EL元件用于像素，然而，所述有机EL元件是不同于液晶像素的自发光元件。因此，有机EL显示器具有如下的优点，例如，与液晶显示器相比较，图像的可见性更高，不需要背光并且响应速度更高。另外，可以通过在每个元件中流动的电流值来控制每个发光元件的亮度级(灰度)，并且有机EL显示器与液晶显示器在很大程度上不同，液晶显示器属于电压控制类型而有机EL显示器属于所谓的电流控制类型。
有机EL显示器具有以与液晶显示器同样的方式作为其驱动系统的无源矩阵类型和有源矩阵类型。前者虽然结构简单但是存在问题使得它难以实现大尺寸及高清晰度的显示，因此，目前有源矩阵类型被广泛地发展。在这种类型中，通过在像素电路中设置的有源元件(通常，薄膜晶体管，TFT)来控制在每个像素电路的发光元件中流动的电流，这在以下专利文献中有记载。
[专利文献1]JP-A-2003-255856
[专利文献2]JP-A-2003-271095
[专利文献3]JP-A-2004-133240
[专利文献4]JP-A-2004-029791
[专利文献5]JP-A-2004-093682
[专利文献6]JP-A-2006-215213
【发明内容】
在相关技术中的显示设备主要包括屏幕单元和驱动单元。屏幕单元具有多行扫描线、多列信号线以及在各个扫描线和各个信号线交叉的部分处布置的矩阵状像素。驱动单元被布置在屏幕单元的周边，其包括顺序地给各个扫描线提供控制信号的扫描器以及给各个信号线提供视频信号的驱动器。在屏幕单元中的每个像素当根据由相应扫描线提供的控制信号而被选中时从相应信号线获取视频信号，并且根据所获取的视频信号发光。
每个像素包括例如有机EL器件作为发光元件。在发光元件中，电流/亮度特性随时间而趋向于劣化。因此，存在以下问题，即在有机EL显示器中每个像素的亮度随着时间推移而减少。亮度减少的程度取决于每个像素的累积发光时间。当屏幕中各个像素的累积发光时间不同时，可能出现亮度不均匀性并且容易出现称为“老化(burn-in)”的图像质量不良。
鉴于以上情况，期望提供一种能够补偿像素中的亮度减少的显示设备。
根据本发明的实施例，提供了一种显示设备，其包括屏幕单元、驱动单元和信号处理单元。屏幕单元包括多行扫描线、多列信号线、矩阵状像素电路和光传感器。驱动单元包括给扫描线提供控制信号的扫描器以及给信号线提供视频信号的驱动器。屏幕单元被划分成多个区域，每个区域具有多个像素电路。驱动单元使得属于不同区域的多个像素电路能够同时发光。像素电路根据视频信号发光。光传感器根据光发射来输出亮度信号。信号处理单元根据亮度信号来校正视频信号并且向驱动器提供信号。
优选的是，屏幕单元将多个光传感器布置为使其对应于多个区域，并且每个光传感器根据属于相应区域的像素电路的光发射来输出亮度信号。信号处理单元在屏幕单元显示视频的显示时段期间提供用于显示的视频信号，并且在屏幕单元不显示视频的检测时段期间提供用于检测的视频信号。信号处理单元在每个帧中提供用于检测的视频信号，并且仅仅使得作为检测目标的像素电路发光。信号处理单元将在第一时段期间从光传感器输出的第一亮度信号与在第一时段之后的第二时段期间从光传感器输出的第二亮度信号进行比较，根据该比较结果校正视频信号并且向驱动器提供信号。
根据本发明的实施例，信号处理单元根据从光传感器输出的亮度信号来校正视频信号，并且向驱动单元的驱动器提供所校正的视频信号。根据该配置，可以通过校正视频信号来补偿像素的亮度劣化，结果，可以防止过去一直以来已经成为问题地例如“老化”的图像质量不良。
根据本发明的实施例，光传感器检测每个像素的发光亮度并且输出相应的亮度信号。由于对于每个单独的像素检测发光亮度，因此即使当在屏幕中出现局部不均匀性时也可以通过校正每个像素中的视频信号来校正局部亮度不均匀性。
特别地，在本发明的实施例中，在区域彼此不干扰的范围内将屏幕单元划分成多个区域。驱动单元通过使得属于不同区域的像素同时发光来同时检测多个像素的发光亮度。因此，在本发明的实施例中同时检测多个像素的发光亮度，因此，与通过使得多个像素逐一点亮来检测发光亮度的情况相比，可以缩短总的检测时间。
在本发明的优选实施例中，在屏幕单元中将多个光传感器布置为使其对应于多个区域。每个光传感器检测属于相应区域的像素的发光亮度。因此，在本发明的实施例中对于被包括在一个区域中的多个像素使用一个用于校正视频信号的光传感器。在检测发光亮度时，例如使得在多个区域之上的多个像素同时发光，而相对于一个光传感器而言逐个像素发光。多个光传感器以点顺序(dot-sequential)的方式接收相应区域所发射的光，同时检测发光亮度。据此，与一对一地布置像素和光传感器的情况相比可以显著减少光传感器的数目。另外，可以显著减少发光亮度的检测时间，这实现了视频信号校正系统的成本降低以及操作时间的缩短。
然而，本发明不限于上述优选实施例。同样优选的是，以多个区域所共有的方式布置一个光传感器而不是将多个光传感器布置为使其对应于所划分的多个区域。同样，在该情况下，在区域彼此不干扰的范围中划分多个区域，因此，如果在相邻区域中两个像素同时发光，则将这些像素充分地分开到一定程度，即从这些像素发出的光不会彼此干扰。因此，在光不被混合在一起的状态下，以相邻区域所共有的方式布置的光传感器可以检测从各个区域中的像素发出的光。然而，当将光传感器以多个区域所共有的方式布置时，必须设计一种以时间分割方式执行光接收操作的方法。例如，在多个区域同时执行像素侧中的发光操作，但是公共的光传感器侧中的光接收操作可以以时间分割方式执行。
【附图说明】
图1是根据本发明第一实施例的显示设备的面板的框图；
图2是根据第一实施例的像素电路图；
图3是用于说明第一实施例的操作的定时图；
图4也是用于说明操作的定时图；
图5是示出了第一实施例的整体配置的框图；
图6是也示出了整体配置的框图；
图7示出了根据第一实施例的、被包括在显示设备中的面板的示意性平面图和截面图；
图8是面板的放大的截面图；
图9示出了表示光传感器的光接收灵敏度的分布的曲线图；
图10A是用于说明第一实施例的操作的示意图；
图10B也是用于说明操作的示意图；
图10C示出了用于说明操作的定时图；
图11是示出老化现象的示意图；
图12是示出视频信号的制作操作的示意图；
图13是根据本发明第二实施例的显示设备的定时图；
图14是示出了根据本发明第三实施例的显示设备的面板配置的框图；
图15是示出像素电路的配置的电路图；
图16是示出了根据本发明第四实施例的显示设备的面板配置的框图；
图17是根据第四实施例的像素电路图；
图18是示出了根据本发明的应用实例的显示设备的设备结构的截面图；
图19是示出了根据本发明的应用实例的显示设备的模块结构的平面图；
图20是示出了包括根据本发明的应用实例的显示设备的电视机的透视图；
图21是示出了包括根据本发明的应用实例的显示设备的数字静态照相机的透视图；
图22是示出了包括根据本发明的应用实例的显示设备的笔记本式个人计算机的透视图；
图23是示出了包括根据本发明的应用实例的显示设备的便携式终端设备的示意图；以及
图24是示出了包括根据本发明的应用实例的显示设备的摄像机的透视图。
【具体实施方式】
在下文中，将说明优选实施例(在下面的描述中被称为实施例)。将按以下顺序进行该说明。
第一实施例
第二实施例
第三实施例
第四实施例
应用实例
第一实施例
[面板的整体配置]
图1是示出了根据本发明的实施例的、作为显示设备主要单元的面板的整体配置图。如该图所示，显示设备包括像素阵列单元1(屏幕单元)以及驱动像素阵列单元1的驱动单元。像素阵列单元1具有多行扫描线WS、多列信号线SL、被布置在这两种线交叉的部分处的矩阵状像素2、以及布置为与各个像素2的各个线相对应的给送线(电力线)VL。在该实例中，将RGB三原色中的任何一个分配给每个像素2以实现彩色显示。然而，本发明不限于此，并且还包括单色显示设备。驱动单元包括写入扫描器4、电源扫描器6以及水平选择器(信号驱动器)3，该写入扫描器4通过向各个扫描线WS顺序地提供控制信号来逐行执行像素2的线顺序扫描，该电源扫描器6对应于线顺序扫描地向各个给送线VL提供在第一电压和第二电压之间切换的电源电压，该水平选择器3对应于线顺序扫描地向多行信号线SL提供作为视频信号的信号电位和参考电位。
[像素的电路配置]
图2是示出了被包括在图1所示的显示设备中的像素2的具体配置和连接关系的电路图。如该图所示，像素2包括发光元件EL(其典型地为有机EL器件等)、采样晶体管Tr1、驱动晶体管Trd和像素电容器Cs。采样晶体管Tr1的控制端(栅极)连接到相应的扫描线WS，其一对电流端(源极/漏极)中的一个连接到相应信号线SL，并且其另一个电流端连接到驱动晶体管Trs的控制端(栅极G)。驱动晶体管Trd的一对电流端(源极/漏极)中的一个连接到发光元件EL，并且其另一个电流端连接到相应的给送线VL。在本实例中，驱动晶体管Trd为N沟道类型，其中其漏极连接到给送线VL而源极S连接到发光元件EL的阳极作为输出节点。发光元件EL的阴极连接到给定的阴极电位Vcath。像素电容器Cs连接在作为驱动晶体管Trd的电流端之一的源极S与作为控制端的栅极G之间。
在上述配置中，根据由扫描线WS提供的控制信号，采样晶体管Tr1变为导通状态，对由信号线SL提供的信号电位进行采样以便将该电位存储在像素电容器Cs中。驱动晶体管Trd接收由处于第一电位(高电位Vdd)的给送线VL提供的电流，根据存储在像素电容器Cs中的信号电位而使得驱动电流能够流到发光元件EL中。写入扫描器4向控制线WS输出具有给定脉冲宽度的控制信号，用于使得采样晶体管Tr1能够在信号线SL处于信号电位的时间间隙中导通，并且由此将信号电位存储在像素电容器Cs中并且将对驱动晶体管Trd的迁移率μ的校正加到信号电位上。在那之后，驱动晶体管Trd向发光元件EL提供与要被写入像素电容器Cs中的信号电位Vsig相对应的驱动电流，发光元件EL进入发光操作。
像素电路2除了如上所述的迁移率校正功能之外还包括阈值电压校正功能。具体地说，电源扫描器6在采样晶体管Tr1对信号电位Vsig采样之前的第一定时处将给送线VL从第一电位(高电位Vdd)切换到第二电位(低电位Vss)。同样在采样晶体管Tr1对信号电位Vsig采样之前，写入扫描器4使得采样晶体管Tr1在第二定时处是导通的，以便向驱动晶体管Trd的栅极G施加来自信号线SL的参考电位Vref并且将驱动晶体管Trd的源极S设为第二电位(Vss)。在第二定时之后的第三定时处，电源扫描器6将给送线VL从第二电位Vss切换到第一电位Vdd，以便将与驱动晶体管Trd的阈值电压Vth相对应的电压存储在像素电容器Cs中。根据上述阈值电压校正功能，显示设备可以消除驱动晶体管Trd的阈值电压Vth根据像素而改变的影响。
像素电路2还包括自举(bootstrap)功能。也就是说，写入扫描器4在信号电位Vsig被存储在像素电容器Cs中时的阶段不将控制信号施加到扫描线WS，以便使得采样晶体管Tr1为不导通的状态并且将驱动晶体管Trd的栅极G与信号线SL电气断开，由此使得栅极G的电位能够随驱动晶体管Trd的源极S的电位改变而改变并且将栅极G与源极S之间的电压Vgs维持为恒定的。
[定时图1]
图3为用于说明图2所示的像素电路2的操作的定时图。在该附图中，将扫描线WS的电位改变、给送线VL的电位改变以及信号线SL的电位改变表示在这些线所共用的时间轴中。另外，还与这些电位改变并行地表示驱动晶体管的栅极G和源极S的电位改变。
将用于使采样晶体管Tr1导通的控制信号脉冲施加到扫描线WS。在一个帧(1f)周期中对应于像素阵列单元的线顺序扫描地将控制信号脉冲施加到扫描线WS。在一个水平扫描周期(1H)期间控制信号脉冲包括两个脉冲。第一脉冲有时被称为第一脉冲P1并且随后的脉冲被称为第二脉冲P2。同样在一个帧周期(1f)期间给送线VL在高电位Vdd与低电位Vss之间切换。将在一个水平扫描周期(1H)期间在信号电位Vsig与参考信号Vref之间切换的视频信号提供给信号线SL。
如图3的定时图所示，像素从前一帧中的发光时段进入到当前帧中的不发光时段，然后进入当前帧中的发光时段。在不发光时段中，执行准备操作、阈值电压校正操作、信号写入操作、迁移率校正操作等等。
在前一帧的发光时段中，给送线VL处于高电位Vdd，并且驱动晶体管Trd向发光元件EL提供驱动电流Ids。驱动电流Ids从处于高电位Vdd的给送线VL通过驱动晶体管Trd经过发光元件EL，流到阴极线中。
随后，在当前帧的不发光时段中，在定时T1给送线VL从高电位Vdd切换到低电位Vss。据此，将给送线VL放电到Vss，并且此外，驱动晶体管Trd的源极S降低到Vss。因此，发光元件EL的阳极电位(即，驱动晶体管Trd的源极电位)处于反偏压状态中，因此，驱动电流不流动并且停止发光。栅极G的电位也随着驱动晶体管Trd的源极S的电位降低而降低。
接下来，在定时T2，通过将扫描线WS从低电平切换到高电平，采样晶体管Tr1变为导通状态。在这时候，信号线SL处于参考电位Vref。因此，驱动晶体管Trd的栅极G的电位通过导通的采样晶体管Tr1而处于信号线SL的参考电位Vref。在这时候，驱动晶体管Trd的源极S处于足够低于Vref的电位Vss中。以上述方式，初始化驱动晶体管Trd的栅极G与源极S之间的电压Vgs使得它变得大于驱动晶体管Trd的阈值电压Vth。从定时T1到定时T3的时段T1-T3对应于准备时段，在其中驱动晶体管Trd的栅极G与源极S之间的电压Vgs预先被设置为Vth或更多。
在那之后，在定时T3中，给送线VL从低电位Vss转变到高电位Vdd，并且驱动晶体管Trd的源极S的电位开始增大。然后，当驱动晶体管Trd的栅极G与源极S之间的电压Vgs变为阈值电压Vth时，切断电流。以这样的方式，将与驱动晶体管Trd的阈值电压Vth相对应的电压写入像素电容器Cs中。这是阈值电压校正操作。在这时候，设置阴极电位Vcath，以便为了使得电流仅仅在像素电容器Cs侧流动而不流到发光元件EL中，而使发光元件EL关断。
在定时T4，扫描线WS从高电平回到低电平。换句话说，除去施加到扫描线WS的第一脉冲P1以使得采样晶体管关断。如从上面说明可见的，将第一脉冲P1施加到采样晶体管Tr1的栅极以执行阈值电压校正操作。
在那之后，信号线SL从参考电位Vref切换到信号电位Vsig。随后，在定时T5扫描线WS再次从低电平升到高电平。换句话说，将第二脉冲P2施加到采样晶体管Tr1的栅极。因此，采样晶体管Tr1再次被导通并且从信号线SL采样信号电位Vsig。因此，驱动晶体管Trd的栅极G的电位变为信号电位Vsig。这里，由于最初发光元件EL处于关断状态(高阻抗状态)，因此在驱动晶体管Trd的漏极与源极之间流动的电流仅仅流到像素电容器Cs以及发光元件EL的等效电容中，从而开始充电。在那之后，直到采样晶体管Tr1关断时的定时T6驱动晶体管Trd的源极S的电位增加了ΔV。因此，视频信号的信号电位Vsig通过被增加到Vth而被写入像素电容器Cs，并且将用于迁移率校正的电压ΔV从存储在像素电容器Cs中的电压中减去。因此，从定时T5到定时T6的时段T5-T6对应于信号写入时段和迁移率校正时段。换句话说，当将第二脉冲P2施加到扫描线WS时，执行信号写入操作和迁移率校正操作。信号写入时段和迁移率校正时段T5-T6等于第二脉冲P2的脉冲宽度。也就是说，第二脉冲P2的脉冲宽度规定了迁移率校正时段。
如上所述，在信号写入时段T5-T6中同时执行信号电位Vsig的写入和校正量ΔV的调节。Vsig越高，驱动晶体管Trd提供的电流Ids变得越高，并且ΔV的绝对值变得越高。因此，执行对应于发光亮度级的迁移率校正。当Vsig被固定时，驱动晶体管Trd的迁移率μ越高，ΔV的绝对值变得越大。换句话说，迁移率μ越高，到像素电容器Cs的负反馈量ΔV变得越高，因此，可以消除每个像素中的迁移率μ的变化。
最后，在定时T6，如上所述扫描线WS转变到低电平侧，并且采样晶体管Tr1关断。因此，将驱动晶体管Trd的栅极G与信号线SL断开。在这时候，漏电流Ids开始在发光元件EL中流动。因此，发光元件EL的阳极电位根据驱动电流Ids而增大。发光元件EL的阳极电位的增大正好是驱动晶体管Trd的源极S的电位增大。当驱动晶体管Trd的源极S的电位增大时，通过像素电容器Cs的自举操作，驱动晶体管Trd的栅极G的电位也增大。栅极电位的增大量将等于源极电位的增大量。因此，在发光时段期间在驱动晶体管Trd的栅极G与源极S之间的输入电压Vgs维持为恒定的。栅极电压Vgs的值是对信号电位Vsig进行阈值电压Vth和迁移率μ的校正所得到的值。驱动晶体管Trd工作在饱和区。也就是说，驱动晶体管Trd输出对应于栅极G和源极S之间的输入电压Vgs的驱动电流Ids。栅极电压Vgs的值是对信号电位Vsig进行阈值电压Vth和迁移率μ的校正所得到的值。
[定时图2]
图4是用于说明图2所示的像素电路2的操作的另一定时图。该图基本上与图3所示的定时图相同，并且将相应的附图标记给予相应的部分。不同在处在于，在多个水平时段上以时间分割方式反复地执行阈值电压校正操作。在图4的定时图的实例中，在每个1H时段中执行两次Vth校正操作。当屏幕单元变为高清晰度的屏幕单元时，增大了像素的数目并且也增大了扫描线的数目。通过增大扫描线的数目，1H时段变得更短。由于以更高的速度来执行线顺序扫描，因此存在1H时段内没有完成Vth校正操作的情况。因此，在图4的定时图中，以时间分割方式执行两次阈值校正操作，使得可靠地将驱动晶体管Trd的栅极G与源极S之间的电位Vgs初始化到Vth。重复Vth校正的次数不限于两次，而根据需要可以增大时间分割的数目。
[显示设备的整体配置]
图5是示出了根据本发明的实施例的显示设备的整体配置的示意性框图。如该图所示，显示设备主要包括屏幕单元1、驱动单元和信号处理单元10。屏幕单元(像素阵列单元)1具有面板“0”，其包括多行扫描线、多列信号线、布置在各个扫描线和各个信号线交叉的部分处的矩阵状像素以及光传感器8。驱动单元包括给各个扫描线顺序地提供控制信号的扫描器以及给各个信号线提供视频信号的驱动器。在本实施例中，扫描器和驱动器安装在面板“0”上，从而包围屏幕单元1。
被包括在屏幕单元1中的每个像素从相应信号线获取视频信号，并且当像素根据由相应扫描线提供的控制信号而被选择时根据所获取的视频信号来发光。光传感器8检测每个像素的发光亮度并且输出相应的亮度信号。在本实施例中，光传感器8安装在面板“0”的背面一侧(与发光表面相对的一侧)上。
信号处理单元(DSP)10根据从光传感器8输出的亮度信号来校正视频信号，并且向驱动单元中的驱动器提供所校正的视频信号。在本实施例中，将AD转换器(ADC)9插在光传感器8与信号处理单元10之间。ADC 9将从光传感器8输出的模拟的亮度信号转换为数字的亮度信号(亮度数据)并且向数字信号处理单元(DSP)10提供该信号。
作为本发明的实施例的特征内容(feature matter)，在区域彼此不干扰的范围内将屏幕单元1划分成多个区域。驱动单元使得属于不同区域的像素能够同时发光并且同时检测这些多个像素的发光亮度。通过同时检测多个像素的发光亮度可以缩短校正视频信号所需要的时间。在多个区域彼此不干扰的范围中划分包括相邻区域的多个区域，因此，即使当各个像素在相邻区域中同时发光时也没有所发射的光被基本上混合在一起的危险。因此，可以精确测量每个像素的发光亮度。
在本实施例中，特别的是，布置多个光传感器8使其对应于屏幕1中的多个区域。光传感器8检测属于相应区域的像素的发光亮度。与对于一个像素形成一个光传感器的情况相比，可以显著减少光传感器的总数。
[修改实例]
图6是示出了根据图5所示的第一实施例的显示设备的修改实例的框图。为了让人更容易理解，将相应的附图标记给予对应于图5所示的组件的部分。不同之处在于光传感器8被布置在面板“0”的表面侧上而不是在背面一侧上。当将光传感器8布置在表面侧上时，存在如下的优点，即与背面一侧的情况相比增大了光接收量。然而，当将光传感器8布置在面板“0”的表面侧上时，出现如下的缺点，即损失了来自部分像素的光发射。
[面板的配置]
图7示出了被包括在图5所示的显示设备中的面板的配置的示意性平面图和截面图。如该图所示，将面板“0”的屏幕单元1划分为多个区域A。在本实例中，屏幕单元包括15行和20列的像素2。15行和20列的像素被划分为十二个区域A。每个区域A包括5行和5列的像素。区域A的划分被设置为在这些区域彼此不干扰的范围内。换句话说，分区的形状和尺寸被设置在即使当像素在相邻区域A中同时发光时所发射的光也基本上不被混合在一起的范围内。
在面板“0”的背面一侧上，布置多个光传感器8使得其对应于屏幕单元1中的多个区域。在本实施例中，将光传感器8放置在相应区域A的中心。每个光传感器8检测属于相应区域A的像素的发光亮度。因此，在本发明的实施例中，对于属于一个区域A的多个像素布置一个光传感器8。并行地处理被布置为对应于多个区域A的多个光传感器8的光接收操作。因此，可以显著减少光传感器8的数目，并且同时也显著减少光接收时间。结果，可以减少用于视频信号校正系统的成本，并且可以提高系统的速度。
[面板的截面结构]
图8示出了图7所示的面板的截面结构。面板“0”具有如下的结构，在其中堆叠下部的玻璃衬底101和上部的玻璃衬底108。通过TFT工艺在玻璃衬底101之上形成集成电路102。集成电路102是图2所示的像素电路的集合体。在集成电路102上，在每个像素中单独地形成发光元件EL的阳极103。还形成将各个阳极103连接到集成电路102侧的布线106。在阳极103之上形成由有机EL材料等制成的发光层104。再在其上的整个表面之上形成阴极105。阴极105、阳极103和在两者之间保持的发光层104构成发光元件。在阴极105之上，通过密封层107接合玻璃衬底108。
有机EL发光元件是自发光的器件。所发射的光大部分指向面板“0”的表面方向(上部玻璃衬底108的方向)。然而，存在倾斜发射的光以及在面板“0”内反复地被反射和散射并且穿透到面板“0”的背面一侧(下部玻璃衬底101的方向)的光。在图5所示的实例中，光传感器被安装在面板“0”的背面一侧上，其检测从发光元件穿透到面板“0”的背面一侧的所发射的光。在该情况下，不仅可以测量来自光传感器正上方的像素的光发射，而且还可以测量偏离传感器正上方的位置的周围像素的发光亮度。
[光传感器所接收的光量的分布]
图9示出了表示光传感器所接收的光量的分布的曲线图。(X)表示在行方向上所接收的光的分布。横轴通过像素的数目来表示距光传感器的距离，而纵轴表示传感器输出电压。传感器输出电压与所接收的光的量成比例。如从曲线图中清楚可见的，光传感器不仅接收来自位于中心处的像素(位于传感器正上方的像素)的光发射而且接收来自偏离中心某种程度的像素的光发射，并且输出相应的亮度信号。
(Y)表示沿列方向的光传感器所接收的光量的分布。发现在列方向上也以与(X)所示的行方向上的所接收光量的分布相同的方式，光传感器不仅接收来自中心的像素的光发射而且接收偏离到某种程度的周围像素的光发射，并且可以输出相应的亮度信号。
在本发明的实施例中，通过利用光传感器所接收的光量的分布的区域具有一定程度宽度的事实，来对于多个像素布置一个光传感器。因此，可以减少光传感器的数目并且显著降低老化校正系统中的成本。考虑图9所示的光传感器所接收的光量的分布(所接收的光强的分布)，期望一个光传感器所测量的范围(区域)为在各个方向(上和下、左和右)上到光传感器的距离相等的范围。换句话说，期望的是将光传感器布置在每个被划分区域的中心处。
[发光亮度的检测操作1]
图10A是示出了发光亮度的检测操作的序列的示意图。如该图中左上方所示，屏幕单元1包括10行和10列的像素2，其被划分为四个区域，从区域A1到区域A4。每个区域A包括5行和5列的像素。光传感器8被布置在每个区域A的中心。
在第一帧1中，在属于各个区域的像素中，在左上角的像素同时发光。其余所有像素处于不发光状态。换句话说，在帧1中将用于检测的视频信号写入位于各个区域中的左上角的像素中以使得该像素发光，并且将黑色电平信号写入其余像素中以使得这些像素处于不发光状态。因此，可以使得作为检测目标的像素在各个区域发光。
通过相应的光传感器8来接收被点亮像素所发射的光。此时，将在相邻区域中同时发光的像素所发射的光设置为不被混合在一起。在所示出的实例中，在区域A1的左上角处发光的像素所发射的光基本上不与在区域A2的左上角处发光的像素的光发射混合。类似地，在区域A1处的点亮像素不干扰在区域A3处同时发光的像素。在区域A4处的点亮像素不干扰在区域A1处的点亮像素。
当进行到下一帧2时，通过屏幕单元1的线顺序扫描来重写显示图形。在各个区域A从左上角起的第二位置中的像素发光。分别由相应的光传感器8接收来自在各个区域同时发光的像素的光，并且输出相应的亮度信号。因此，在每个区域中以点顺序的方式来点亮各个像素，并且进行光接收操作。在帧5中，在属于各个区域的像素中，右上角处的像素发光，并且将其余像素置于不发光状态。因此，在帧1到5中以点顺序的方式检测属于各个区域的第一行的五个像素的发光亮度。
当进行到下一帧6时，在各个区域的第二行开头处的像素发光，并且其余像素处于不发光状态。在那之后，操作以同样方式进行到帧7，并且在帧10中完成在各个区域的第二行中的像素的检测操作。因此，可以在总共25帧中检测被包括在一个屏幕中的像素的发光亮度。在显示器具有30Hz帧频的情况下，在一秒或更少的时间内完成了所有像素的发光亮度的检测。
如上所述，根据本发明的实施例的显示设备的信号处理单元在屏幕单元1中显示视频的显示时段期间提供正常的视频信号，而在被包括在不显示视频的非显示时段中的检测时段期间，该单元向屏幕单元1提供用于亮度检测的视频信号。在每个帧中信号处理单元提供用于检测的视频信号。在一个帧中用于检测的视频信号仅仅使得作为检测目标的像素发光并且使得其余像素处于不发光状态中。
根据本发明的实施例，使得在一个光传感器可以接收光的范围内的像素2以点顺序的方式逐个像素地发光。此外，关于多个光传感器8同时进行光发射。因此，可以并行地处理光接收操作，这显著减少了亮度检测时间。在检测操作中，在一个面板“0”中其数目与光传感器8数目相同的像素2同时发光，并且通过点顺序的驱动来重复光发射。
通过输入到面板的视频信号来进行在多个像素中的同时的光发射的控制。通过扫描器用与正常显示时段相同的方式的线顺序扫描来控制像素的操作定时。为了防止出现测量误差，将黑色电平的视频信号输入到除了作为测量目标的像素之外的像素。根据上述操作，可以通过多个光传感器同时并且顺序地获得多个像素的发光亮度数据，这可以显著减少光接收时间。期望的是，逐个像素地进行发光亮度的检测。在彩色显示的情况下，每个像素包括发射绿光的像素、发射红光的像素以及发射蓝光的像素。在该情况下，期望逐个像素地检测发光亮度以防止不同颜色的光被混合在一起。考虑光传感器的光接收灵敏度，期望一个光传感器所测量的区域为在各个方向(上和下、左和右)上到光传感器的距离相等的范围。
[发光亮度的检测操作2]
图10B是示出了图10A所示的发光序列的另一实例的示意图。在本实例中，以与图10A所示的前一实例相同的方式点顺序地在各个区域中点亮像素。然而，本实例与前一实例的不同之处在于点顺序驱动的移动方向在相邻区域之间是相反的。在帧1中，在相邻区域中发光的像素彼此间距离最远。在帧5中，在行方向上相邻的区域中同时发光的像素又彼此接近。在该情况下，为了防止从相邻像素发出的光被混合在一起，可以沿着各个区域的分隔面提供光屏蔽壁。随后，逐帧地进行像素的点顺序的光发射。在最后一帧25中，虽然未示出，但是在布置成正方形形状的四个区域中最接近中心的四个像素同时发光，并且测量被包括在屏幕单元1中的所有像素的发光亮度。
[光接收操作的定时图]
图10C示出了表示图10A所示的发光操作的定时图。(A)表示用于对比的其中简单驱动多个传感器的情况。首先，点顺序地驱动被包括在传感器1覆盖的区域中的像素，并且测量各个发光亮度。在完成了传感器1的光接收操作时，操作进行到传感器2。顺序地测量传感器2覆盖的像素的发光亮度。以这样的方式，测量最后一个传感器N覆盖的像素的发光亮度。因此，可以测量被包括在一个屏幕中的所有的像素的发光亮度。在简单驱动多个传感器的情况下，存在如下的缺点，即需要花费很长时间来测量一个屏幕中的所有的像素的发光亮度。例如，参考图7所示的屏幕的配置实例，存在十二个传感器(N＝12)，并且被包括在每个传感器覆盖的区域中的像素为二十五个。因此，为了完成对一个屏幕的测量需要12×25＝300帧的时间。
另一方面，(B)表示根据本发明的实施例的多个传感器进行并行驱动的情况。在本实施例中，分别从传感器1到传感器N的相应的十二个光传感器同时检测像素的发光亮度。在与各个传感器相关的区域中点顺序地选择作为检测目标的像素。因此，在25帧内完成了被包括在屏幕单元中的所有像素的发光亮度的测量。与多个传感器的简单驱动相比，(B)所示的多个传感器的并行驱动可以显著缩短发光亮度的测量时间。
[老化现象]
图11是说明作为本发明的实施例的处理目标的“老化”的示意图。(A1)表示作为老化原因的图形显示。例如，在屏幕单元1中显示如该图所示的窗口。在白色窗口的一部分中的像素在高亮度下持续发光，而同时在周围的黑色帧部分中的像素被置于不发光状态。当显示该窗口图形较长时间时，白色部分的像素的亮度发生劣化，而黑色帧部分中的像素的亮度劣化得相对较慢。
(A2)表示消去了(A1)所示的窗口图形显示而在屏幕单元1中进行全面分布的(all-over)光栅显示的状态。如果没有局部劣化，则当在屏幕单元1中进行光栅显示时可以获得在整个屏幕中均匀的亮度分布。然而，实际上先前显示为白色的在中心部分处的像素的亮度发生劣化，因此，在中心部分处的亮度变得低于周围部分的亮度，并且如该图所示的表现“老化”。
[老化校正处理]
图12是示出了图11所示的“老化”的校正操作的示意图。(O)表示从外部输入到显示设备的信号处理单元的视频信号。在本实例中，示出了全面分布的视频信号。
(A)表示当在屏幕单元中显示(O)所示的视频信号时的亮度分布，其中在屏幕单元中已经出现了如图11所示的“老化”。即使当输入全面分布的视频信号时，由于在面板的屏幕单元中存在局部老化，因此，在中心处的窗口部分的亮度比周围的帧部分更暗。
(B)表示通过根据各个像素的发光亮度的检测结果校正从外部输入的视频信号(O)而获得的视频信号。在(B)所示的老化校正之后的视频信号中，要被写入中心窗口部分处的像素中的视频信号的电平被校正到相对较高，而要被写入周围帧部分处的像素中的视频信号的电平被校正到相对较低。如上所述，执行校正以便视频信号具有(B)所示的正的亮度分布，用于抵销由(A)所示的老化引起的负的亮度分布。
(C)示意性地表示在屏幕单元中显示老化校正之后的视频信号的状态。通过老化校正的视频信号来补偿由保持在面板屏幕单元中的老化而引起的不均匀的亮度分布，并且可以获得具有均匀亮度分布的屏幕。
如上所述，在本校正系统中，例如在工厂发货时由光传感器来测量每个像素的发光亮度。将亮度数据从光传感器输出，转换为数字数据并且存储在存储器中。在经过了给定时间之后，输出以同样方式测量的亮度数据。将该亮度数据与初始值进行比较来计算发光亮度的减少量。基于通过该比较获得的亮度减少数据来调节每个像素的信号电压，以校正老化。
第二实施例
[定时图]
图13是根据本发明第二实施例的显示设备的定时图。为了让人更容易理解，应用与图10C所示的第一实施例的定时图相同的符号。本实施例与第一实施例的不同之处在于，不将多个光学传感器分配给多个区域。取而代之的是，由被多个区域1到N所共有的一个光传感器来执行对像素的发光亮度检测。同样在该情况下，像素在各个区域中同时发光。公共的光传感器在相同的一个帧中以时间分割方式检测在一个帧中同时发光的像素的发光亮度。以这样的方式，公共的光传感器在一个帧的时段内测量作为各个区域中的检测目标的像素的发光亮度。当操作进行到下一个帧时，作为下一个检测目标的像素在各个区域中同时发光。在此帧中，公共的传感器以时间分割方式或者通过多路复用来测量同时发光的像素的发光亮度，并且输出一系列的亮度信号。
第三实施例
[面板配置]
图14是示出了根据本发明第三实施例的显示设备的面板配置的框图。为了让人更容易理解，应用与图1所示的第一实施例的面板框图相同的标记。显示设备主要包括像素阵列单元(屏幕单元)1和驱动像素阵列单元1的驱动单元。像素阵列单元1包括多行第一扫描线WS、类似的多行第二扫描线DS、多列信号线SL以及布置在各个第一扫描线WS和各个信号线SL交叉的部分处的矩阵状像素2。另一方面，驱动单元包括写入扫描器4、驱动扫描器5以及水平选择器3。写入扫描器4通过向各个第一扫描线WS输出控制信号来逐行地进行像素2的线顺序扫描。驱动扫描器5也通过向各个第二扫描线DS输出控制信号来逐行地进行像素2的线顺序扫描。在写入扫描器4和驱动扫描器5中输出控制信号的定时不同。驱动扫描器5被布置在驱动单元中而不是在第一实施例中所使用的电源扫描器6中。由于去除了电源扫描器6，因此也从像素阵列单元1上去掉了给送线。取代其的是，将提供固定电源电位Vdd的电源线设置在像素阵列单元1中。水平选择器(信号驱动器)3对应于扫描器4和5中的线顺序扫描地向多列信号线SL提供视频信号的信号电压和参考电压。
[像素电路的配置]
图15示出了被包括在图14所示的第三实施例的显示面板中的像素配置的配置。第一实施例的像素电路具有两个晶体管，而本实施例的像素包括三个晶体管。如该图所示，本像素2主要包括发光元件EL、采样晶体管Tr1、驱动晶体管Trd、开关晶体管Tr3以及像素电容器Cs。采样晶体管Tr1的控制端(栅极)连接到扫描线WS，其一对电流端(源极/漏极)中的一个连接到信号线SL，并且其电流端中的另一个连接到驱动晶体管Trd的控制端(栅极G)。驱动晶体管Trd的一对电流端(源极/漏极)中的一个(漏极)连接到电源线Vdd，并且其电流端中的另一个(源极S)连接到发光元件EL的阳极。发光元件EL的阴极连接到给定的阴极电位Vcath。开关晶体管Tr3的控制端(栅极)连接到扫描线DS，其一对电流端(源极/漏极)中的一个连接到固定电位Vss，并且其电流端中的另一端连接到驱动晶体管Trd的源极S。像素电容器Cs的一端连接到驱动晶体管Trd的控制端(栅极G)，并且其另一端连接到驱动晶体管Trd的另一电流端(源极S)。驱动晶体管Trd的另一电流端是关于发光元件EL和像素电容器Cs的输出电流端。在本像素电路2中，为了辅助像素电容器Cs，辅助电容器Csub连接在驱动晶体管Trd的源极S与电源Vdd之间。
在上述配置中，在驱动单元侧中的写入扫描器4向第一扫描线WS提供用于执行采样晶体管Tr1的开关控制的控制信号。驱动扫描器5向第二扫描线DS输出用于执行开关晶体管Tr3的开关控制的控制信号。水平选择器3向信号线SL提供在信号电位Vsig与参考电位Vref之间切换的视频信号(输入信号)。如上所述，扫描线WS、DS以及信号线SL的电位根据线顺序扫描而变化，然而，电源线被固定到Vdd。阴极电位Vcath和固定电位Vss也被固定。
第四实施例
[显示面板的块配置]
图16是示出了根据本发明第四实施例的显示设备的显示面板的框图。显示设备主要包括像素阵列单元1、扫描器单元和信号单元。扫描器单元和信号单元构成驱动单元。像素阵列单元1包括成行布置的第一扫描线WS、第二扫描线DS、第三扫描线AZ1和第四扫描线AZ2，成列布置的信号线SL，连接到这些扫描线WS、DS、AZ1、AZ2以及信号线SL的矩阵状像素电路2，以及提供操作各个像素电路2所必需的第一电位Vss1、第二电位Vss2和第三电位Vdd的多个电源线。信号单元包括水平选择器3，其向信号线SL提供视频信号。扫描器单元包括写入扫描器4、驱动扫描器5、第一校正扫描器71以及第二校正扫描器72，其通过向第一扫描线WS、第二扫描线DS、第三扫描线AZ1和第四扫描线AZ2提供控制信号来逐行地顺序地扫描像素电路2。
[像素电路的配置]
图17是示出并入图16所示的显示设备中的像素配置的电路图。本实施例的像素的特征在于包括五个晶体管。如该图所示，像素电路2包括采样晶体管Tr1、驱动晶体管Trd、第一开关晶体管Tr2、第二开关晶体管Tr3、第三开关晶体管Tr4、像素电容器Cs以及发光元件EL。采样晶体管Tr1在给定的采样时段中根据从扫描线WS提供的控制信号而变为导通状态，在像素电容器Cs中执行对由信号线SL提供的视频信号的信号电位的采样。像素电容器Cs根据所采样的视频信号的信号电位来向驱动晶体管Trd的栅极G施加输入电压Vgs。驱动晶体管Trd向发光元件EL提供对应于输入电压Vgs的输出电流Ids。在给定的发光时段期间，发光元件EL通过由驱动晶体管Trd提供的输出电流Ids而以对应于视频信号的信号电位的亮度发光。
第一开关晶体管Tr2根据由扫描线AZ1提供的控制信号而变为导通状态，并且在采样时段(视频信号写入时段)之前将作为驱动晶体管Trd的控制端的栅极G设为第一电位Vss1。第二开关晶体管Tr3根据由扫描线AZ2提供的控制信号而变为导通状态，并且在采样时段之前将作为驱动晶体管Trd的电流端之一的源极S设为第二电位Vss2。第三开关晶体管Tr4根据由扫描线DS提供的控制信号而变为导通状态，并且在采样时段之前将作为驱动晶体管Trd的电流端中另一个的漏极连接到第三电位Vdd，由此在像素电容器Cs中存储对应于驱动晶体管Trd的阈值电压Vth的电压以校正阈值电压Vth的影响。第三开关晶体管Tr4在发光时段中进一步根据由扫描线DS提供的控制信号而再次变为导通状态，并且将驱动晶体管Trd连接到第三电位Vdd，以允许输出电流Ids在发光元件EL中流动。
如从上面说明可见的，像素电路2包括五个晶体管Tr1到Tr4和Trd、一个像素电容器Cs以及一个发光元件EL。晶体管Tr1到Tr3和Trd是N沟道类型的多晶硅TFT。只有晶体管Tr4是P沟道类型的多晶硅TFT。然而，本发明不限于此，并且可以适当地混合N沟道类型TFT和P沟道类型TFT。发光元件EL是例如包括阳极和阴极的二极管类型的有机EL器件。然而，本发明不限于此，并且发光元件包括通常由电流驱动而发光的所有类型的器件。
应用实例
根据本发明的实施例的显示设备具有如图18所示的薄膜器件结构。在图18中，TFT部分具有底栅结构(栅电极被放置在沟道PS层下方)。关于TFT部分，存在多种变体，例如，夹层栅结构(沟道PS层被夹在上栅电极与下栅电极之间)以及顶栅结构(栅电极被放置在沟道PS层上方)。该图示出了在绝缘衬底上形成的像素的示意性截面结构。如该图所示，像素具有包括多个晶体管的晶体管单元(在该附图中示出了一个TFT作为实例)、包括像素电容器等的电容器单元以及包括有机EL元件等的发光单元。在衬底上，由TFT工艺形成晶体管单元和电容器单元，然后，在其上堆叠诸如有机EL元件的发光单元。此外，通过粘合剂将透明反衬底(counter substrate)接合于其上，以获得平的面板。
根据本发明的实施例的显示设备包括如图19所示的平模块成形的(flat-module shaped)设备。例如，提供了以矩阵状整体形成多个像素的像素阵列单元，每个像素都具有有机EL元件、薄膜晶体管、薄膜电容器等，并且通过布置粘合剂以包围该像素阵列单元(像素矩阵单元)来接合由玻璃等制成的反衬底以便获得显示模块。在透明反衬底中，必要时可以提供滤色器、保护膜、屏蔽膜等。还优选的是，显示模块被提供有例如FPC(柔性印刷电路)作为与外部的连接器，用于相对于像素阵列电路输入和输出信号等。
如上所述的根据本发明的实施例的显示设备包括平面板形状，其可以应用于各种电子产品，例如，数字静态照相机、笔记本式个人计算机、蜂窝电话、摄像机等。该显示设备可以应用于可以将输入到电子产品或在电子产品中产生的驱动信号显示为图像或视频的各个领域的电子产品中的显示器。下面将示出应用有上述显示设备的电子产品的实例。所述电子产品主要包括处理信息的主体和显示输入到该主体或从该主体输出的信息的显示器。
图20示出了应用有本发明的电视机，其包括具有前面板12、过滤玻璃13等的视频显示屏幕11，其通过使用根据本发明的实施例的显示设备作为视频显示屏幕11来制造。
图21示出了应用有本发明的数字静态照相机，上面的视图为前视图而下面的视图为后视图。该数字静态照相机包括成像镜头、用于闪光灯的发光单元15、显示单元16、控制开关、菜单开关、快门19等，其通过使用根据本发明的实施例的显示设备作为显示单元16来制造。
图22示出了应用有本发明的笔记本式个人计算机，其中主体20包括在输入字符等时使用的键盘21，主体盖子包括显示图像的显示单元22，并且其通过使用根据本发明的实施例的显示设备作为显示单元22来制造。
图23示出了应用有本发明的便携式终端设备。左边的视图表示打开状态而右边的视图表示闭合状态。该便携式终端设备包括上部的外壳23、下部的外壳24、连接单元(在此情况中为铰合单元)25、显示器26、子显示器27、图画灯(picture light)28、照相机29等。该便携式终端设备通过使用根据本发明的实施例的显示设备作为显示器26或子显示器27来制造。
图24示出了应用有本发明的摄像机，其包括主体30、在面向前方的侧表面处用于对对象成像的镜头34、在成像时开始/停止的开关35、监视器36等，其通过使用根据本发明的实施例的显示设备作为监视器36来制造。
本申请含有与2008年11月7日提交到日本专利局的日本在先专利申请JP 2008-286780中所公开的那些有关的主题，上述专利申请的全部内容通过引用被合并在此。
本领域技术人员应当理解，根据设计要求以及其它因素可以进行各种修改、组合、子组合和改变，只要它们在所附权利要求或其等同物的范围之内即可。