JP2004252289A

JP2004252289A - 画像表示装置の駆動方法

Info

Publication number: JP2004252289A
Application number: JP2003044099A
Authority: JP
Inventors: Takayoshi Nagai; 孝佳永井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-02-21
Filing date: 2003-02-21
Publication date: 2004-09-09

Abstract

【課題】ＰＷＭ階調制御により階調の制御を行う画像表示装置において、低階調領域においても良好な階調表現を実現し、表示パルス波形の鈍りによって生じる画質の劣化を低減する。
【解決手段】表示期間を不均一な時間区分τ１〜τｋに分割する。階調レベルがｊの場合は、連続した時間区分τ１〜τｊが選択され、表示パルスはτ１〜τｊの期間、連続して印加される。また、階調レベルｊと表示パルス幅Ｗとの関係を表す関数Ｗ＝ｆ（ｊ）を、下に凸の関数とする。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＦＥＤ（電界放出型表示装置）やＥＬ（エレクトロルミネセント）を用いた画像表示装置の階調制御に関し、特に、出力時間幅制御（ＰＷＭ）による階調制御に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、従来のＦＥＤやＥＬを用いた画像表示装置では、出力時間幅制御（ＰＷＭ）による階調制御が行われている。この階調制御方法は、各画素に表示させようとする階調に応じた時間幅（パルス幅）にパルス幅変調した駆動信号（表示パルス）を、走査ラインの駆動に同期させて１水平期間毎に表示パネルの信号ラインヘ出力し各画素に印加するものである。上記パルス幅変調を行うＰＷＭ回路が、駆動信号のパルス幅を、最高階調に対応するパルス幅１００％の出力から階調の最小単位に対応するＬＳＢ（ｌｅａｓｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｂｉｔ）出力まで制御することで、表示パネルにおける所望の階調表示を行っている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１０９４２１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＰＷＭ階調制御方法では、階調の段階を示す階調レベルに比例した時間幅の表示パルスを表示パネルに印加することにより、各画素において階調レベルに比例した輝度の出力を得ていた。即ち、単位階調レベルあたりの階調の変化量（１階調の差に対応する輝度の差、即ち”階調の分解能”）は、階調レベルによらず一定であった。このような制御方法を用いた場合、人間の視覚特性により、高階調域における階調の分解能は十分に細かく感じられるものの、低階調域においては階調の分解能が不足して感じられる。例えば、表示パネルに低階調域で階調がなめらかに変化している画像を表示した場合、階調レベルの境界に視認可能な輪郭が現れてしまう。
【０００５】
一方、上記のＰＷＭ階調制御における駆動信号の時間幅（表示パルス幅）の取得方法として、１水平期間内の有効走査期間（表示期間）を２のべき乗に比例した幅を有する複数の時間区分に区切り、それらの組み合わせにより所望の時間幅を得るという手法もある。つまり、複数個の表示パルスの組合せにより所望の時間幅が得られるので、階調によっては、１表示期間内に複数個の表示パルスが発生される。
【０００６】
表示パネルが有する静電容量並びに電極抵抗、および、表示パネルを駆動する駆動回路の出力抵抗の影響で、表示パルスの立ち上がりおよび立ち下がり波形が鈍ってしまう。この波形の鈍りは、表示パルスに対する画素の発光動作の遅延を招く。その結果、駆動回路が出力する表示パルスの時間幅と実際の画素の発光時間との間に誤差が生じてしまい（詳細は後述する）、所望の階調表現ができずに画質が低下してしまう。その誤差は、１つの表示パルス毎に現れるので、上記のような１表示期間内に複数個の表示パルスが発生される駆動方法の場合に、この問題は特に大きくなる。
【０００７】
本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、ＰＷＭ階調制御により階調の制御を行う画像表示装置において、低階調領域においても良好な階調表現を実現することを第１の目的とし、表示パルス波形の鈍りによって生じる画質の劣化を低減することを第２の目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る画像表示装置の駆動方法は、表示パネルの画素の階調を、前記画素の表示期間内に前記画素を発光させる時間幅を変化させることにより制御する画像表示装置の駆動方法であって、（ａ）映像信号に基づき、前記画素の階調の段階を示す階調レベルを取得する工程と、（ｂ）前記階調レベルに応じて、前記表示期間内の所定の時間幅だけ、前記画素を発光させるための駆動信号を前記画素に印加する工程とを備え、前記画素の単位階調レベルあたりの前記時間幅の変化量は、前記階調に応じて変化する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１における画像表示装置の構成を示す図である。以下の説明においては、画像表示装置としてＦＥＤ装置を例に挙げて説明するが、本発明は、ＰＷＭ階調制御を行うあらゆる画像表示装置に広く適用可能である。
【００１０】
ＦＥＤパネル１には、ストライプ状に（互いに交わらないように）配設されたｎ本のカソード電極Ｃ（１）〜Ｃ（ｎ）と、同じくストライプ状に配設されたｍ本のグリッド電極Ｇ（１）〜Ｇ（ｍ）が設けられている。これらのカソード電極とグリッド電極とは互いに直交するように配置され、その立体交差部毎に表示セル（画素）１ａが構成される。また、ＦＥＤパネル１の全面には、全ての表示セルに共通のアノード電極１ｂが設けられる。
【００１１】
カソード電極およびグリッド電極は、それぞれカソード駆動回路３、グリッド駆動回路４が接続されている。カソード駆動回路３とグリッド駆動回路４は、制御信号線５ａ、５ｂを介して制御回路６に接続されている。制御回路６は、入力される映像信号に基づいて、カソード駆動回路３とグリッド駆動回路４とを制御する。電源装置７は、カソード駆動回路３、グリッド駆動回路４並びに制御回路６に電源を供給するとともに、アノード電極に、数ｋＶ〜数十ｋＶの正の直流電圧を印加する。
【００１２】
次に、この画像表示装置の動作について説明する。制御回路６は、映像信号が入力されるとその映像信号に応じた制御信号を、それぞれ制御信号線５ａ，５ｂを通してカソード駆動回路３およびグリッド駆動回路４に出力する。カソード駆動回路３とグリッド駆動回路４は、その制御信号に従って動作する。グリッド駆動回路４は、各表示セル１ｂの表示期間を水平ライン毎に規定する走査パルスをグリッド電極Ｇ（１）〜Ｇ（ｍ）に順次印加する。カソード駆動回路３は、表示期間にある水平ラインの各表示セル１ｂを発光させるための表示パルスをカソード電極Ｃ（１）〜Ｃ（ｎ）に同時に印加する。カソード駆動回路３はＰＷＭ回路を有しており、当該表示パルスの時間幅（表示パルス幅）を変えることで各表示セルにおける輝度（階調）を制御している。
【００１３】
図２は、カソード駆動回路３、グリッド駆動回路４の動作を説明するための図である。同図に示すように、グリッド駆動回路４は、１フィールド期間毎にグリッド電極Ｇ（１）〜Ｇ（ｍ）に順次走査パルスを印加する。グリッド電極Ｇ（１）〜Ｇ（ｍ）には、走査パルスが印加されない間は通常電圧Ｖｂが印加されている。即ち、走査パルスの振幅をＶｇとすると、走査パルスが印加されて表示期間にあるグリッド電極には電圧Ｖｂ＋Ｖｇが印加される。一方、カソード電極Ｃ（１）〜Ｃ（ｎ）には、走査パルスの立ち上がりに同期して、電圧−Ｖｃの表示パルスが所定の時間幅だけ印加される。
【００１４】
その結果、走査パルスと表示パルスとが同時に印加された表示セル１ｂにおいて、表示パルス幅に応じた輝度の発光が得られる。つまり、表示セル１ｂ毎に表示パルス幅を制御することが可能であり、映像信号に基づいた階調制御が行われる。必然的に、表示パルスの最大幅は走査パルスの幅（即ち表示期間の幅）であり、このとき最大の階調が得られる。
【００１５】
図３は、本実施の形態に係る画像表示装置の駆動方法を説明するための図であり、階調の段階を示す階調レベルと、カソード電極に印加される表示パルス幅との関係を示している。例えば、階調レベルが０〜ｋの値をとると仮定すると、表示期間は、図３の如く複数の時間区分τ１〜τｋのｋ個に分割される。本発明においては、これらの時間区分τ１〜τｋは、表示期間を不均一に分割する（即ち、時間区分τ１〜τｋのうち少なくとも１つは他のものとの長さが異なる）。そして、階調レベルが１の場合は時間区分τ１が選択され、表示パルス（駆動信号）はτ１の期間のみ印加される（即ち、表示パルス幅Ｗ（１）＝τ１）。階調レベルが２の場合は、連続した時間区分τ１，τ２が選択され、表示パルスはτ１〜τ２の期間の連続して印加される（Ｗ（２）＝τ１＋τ２）。つまり、階調レベルがｊの場合は、連続した時間区分τ１〜τｊが選択され、表示パルスはτ１〜τｊの期間、連続して印加される（Ｗ（ｊ）＝τ１＋τ２＋・・・＋τｊ）。また、階調レベルが最大値のｋの場合は、表示パルスはτ１〜τｋの期間、すなわち最大幅の表示パルスが印加され、階調レベルが０の場合は、表示パルスは印加されない。このように、ｋ個に分割された時間区分のうち、ｊ個（０≦ｊ≦ｋ）の連続した時間区分に表示パルスを印加することによって、ｋ＋１通りの階調が表現される。
【００１６】
従来の画像表示装置においては、時間区分τ１〜τｋの期間は均等に（同じ長さに）区切られており、階調レベルの値と比例した時間幅の表示パルスを得ていた。それに対し、本発明においては、図３のようにτ１〜τｋを不均一な長さの区間に区切ることにより、階調レベルと表示パルス幅とに非線形な関係が得られるようにした。得られる輝度は表示パルス幅に比例するので、言い換えれば、階調レベルと輝度と関係が非線形になる。つまり、単位階調レベルあたりの表示パルス幅の変化量（即ち輝度の変化量）は階調に応じて変化する。
【００１７】
図４は、本実施の形態における、階調レベルと、表示パルス幅との関係を示すグラフである。同図に示すように、階調レベルｊと表示パルス幅Ｗとの関係を表す関数Ｗ＝ｆ（ｊ）は、下に凸の関数となっている。従って、単位階調レベルあたりの表示パルス幅の変化量（輝度の変化量）は、階調レベルが低い領域（低階調域）においては比較的小さく、階調レベルが高い領域（高階調域）においては比較的大きくなる。上述したように、人間の視覚特性によれば、輝度が低い場合での階調の分解能が不足しがちであるが、本実施の形態によれば低階調域（即ち低輝度領域）で特に高い分解能が得られるため、その問題は解消される。
【００１８】
また、本実施の形態においては、表示パルス幅の決定の際、図３に示したように連続した時間区分が選択され、それにより表示パルス幅が規定される。よって、１つの表示期間内には１つの表示パルスのみが発生されるので、表示パルス波形が鈍った場合の輝度の誤差を最小限に抑えることができる。この誤差については、実施の形態２にて詳細に説明する。
【００１９】
ところで、一般のテレビ方式の映像信号には、ＣＲＴ受像機における入力信号値レベルと表示輝度との特性を補正するために、ガンマ補正がかけられている。ＦＥＤ装置のような入力信号レベルと表示輝度とが比例関係となる表示装置を用いて、ガンマ補正がかけられた映像信号に基づいた画像を表示する場合には、ガンマ補正をさらに補正する逆ガンマ補正を行う必要がある。よって、そのような画像表示装置には逆ガンマ補正回路が必要であり、そのために装置の低コスト化の妨げとなっていた。
【００２０】
そこで、本実施の形態において、表示期間を時間区分で分割する際に、階調レベルｊと表示パルス幅Ｗとの関係を表す関数ｆ（ｊ）が、
Ｗ＝ｆ（ｊ）＝ａ×ｊ^γ （ａ，γは定数）・・・（式１）
の関係を満たすように各時間区分τ１〜τｋを規定するとよい。このようにすると、階調レベルと表示輝度との関係が逆ガンマ特性を持つこととなり、逆ガンマ補正回路が不要となる。よって、画像表示の構成の簡略化および低コスト化に寄与できる。なお、ＮＴＳＣ方式等ではγの値を２．２程度とするのが標準であるが、画質を向上させる目的で、例えば１．５〜４程度の範囲で任意の値を選択してもよい（このとき関数ｆ（ｊ）は下に凸である）。また、式１の関係は、近似的に満たされるものであれば充分である。
【００２１】
以上の説明においては、階調レベルｊと表示パルス幅Ｗとの関係を表す関数ｆ（ｊ）は、下に凸の関数として説明したが、少なくとも低階調域において下に凸であれば、輝度が低い場合での階調の分解能が不足してしまうのを抑えることができる。また、関数ｆ（ｊ）を、低階調域で下に凸、高階調域で上に凸となる例えば図５に示すようなＳ字カーブのグラフを描く関数としても良い。図４のように全ての階調域で関数ｆ（ｊ）を下に凸にした場合、中階調領域での輝度を従来レベル程度に保とうとすると、高階調域で輝度が飽和状態になり、高階調域での色つぶれ（いわゆる”白つぶれ”）が生じてしまう。図５のように高階調域で関数ｆ（ｊ）を上に凸にすると、この高階調域での色つぶれを抑制できる効果が得られる。またこのような場合でも、関数ｆ（ｊ）が下に凸の関係である階調域については、上記式１の関係を満たすようにするとよい。
【００２２】
＜実施の形態２＞
上述したように、ＦＥＤなどの表示パネルにおいては、各電極間における静電容量並びに電極抵抗、および駆動回路の出力抵抗によってＲＣ積分回路が構成される。その影響により、カソード電極に印可される表示パルスの立ち上がりおよび立ち下がり波形が鈍ってしまう。この波形の鈍りによって駆動回路が出力した表示パルス幅と実際の画素の発光時間との間に差が生じ、そのため出力輝度に誤差が生じてしまうことがあった。実施の形態２では、その誤差を補正して所望の輝度表現を得ることができる画像表示装置の駆動方法を示す。
【００２３】
まず、輝度に誤差が生じる問題について、図６を用いて説明する。この図において（ａ）は、理想的な矩形の表示パルス波形である。カソード駆動回路３は（ａ）に示す時間幅Ｗｖだけ表示パルスを出力する。しかし、上述の理由により実際にカソード電極に印可される表示パルス波形は（ｂ）に示すように鈍った波形になってしまう。従って、カソード駆動回路３が出力する表示パルス幅Ｗｖに対して、実際にカソード電極の電圧が−Ｖｃになる時間は短くなってしまう。
【００２４】
さらに、ＦＥＤのＶ−Ｉ特性（表示電極電圧と表示電流の関係）は、図７に示す通り、表示電極電圧が０からオフセット電圧（−Ｖｏｆｓ）までの範囲は表示電流電流はほとんど流れず、電圧が−Ｖｏｆｓを越えた範囲では、下に凸の特性を有している。従って、カソード電極の表示電流は、図６の（ｃ）に示すように表示パルス電圧がほぼ−Ｖｃにあるときのみに流れる。よって、実際の表示電流が流れる時間幅Ｗｉ（即ち、画素が発光する時間幅）は、カソード駆動回路３が出力した表示パルスの幅Ｗｖよりもさらに狭くなる。また、画素において得られる表示輝度は、表示電流の積分値に比例するため、このように表示パルス波形に鈍りが生じた場合、所望の値よりも一定の値だけ低い輝度しか得られないこととなる。なお、この時間幅の差（Ｗｖ−Ｗｉ）の大きさは表示パルス幅に関係なく一定の大きさである。
【００２５】
そこで、本実施の形態においては、表示パルス幅内に、表示パルス幅と画素の発光時間幅との差を補償する所定の補償期間を設ける。それにより、表示パルス幅を所定の時間だけ延長して輝度の誤差を補正する。
【００２６】
図８は、本実施の形態に係る画像表示装置の駆動方法を説明するための図であり、階調の段階を示す階調レベルと、カソード電極に印加される表示パルス幅との関係を示している。例えば、階調レベルが０〜ｋの値をとると仮定すると、本実施の形態では、図８の表示期間は時間区分τ０〜τｋのｋ＋１個に分割される。ここで、時間区分τ０は表示パルス幅と画素の発光時間幅の差を補償する所定の補償期間である。
【００２７】
各階調レベルの表示を行う場合は、実施の形態１に示した期間に補償期間幅τ０を加えた期間だけ表示パルスを印加する。即ち、階調レベルが１の場合は時間区分τ０，τ１が選択され、表示パルスはτ０〜τ１の期間印加される（即ち、表示パルス幅Ｗ（１）＝τ０＋τ１）。階調レベルが２の場合は、τ０，τ１，τ２が選択され、表示パルスはτ１〜τ２の期間の連続して印加される（Ｗ（２）＝τ０＋τ１＋τ２）。つまり、階調レベルがｊの場合は、連続した時間区分τ０〜τｊが選択され、表示パルスはτ０〜τｊの期間、連続して印加される（Ｗ（ｊ）＝τ０＋τ１＋τ２＋・・・＋τｊ）。このように、補償期間τ０を必ず含む連続した時間区分に表示パルスを印加する。なお、階調レベルが０の場合は、表示パルスは全く印加されない。
【００２８】
このように、表示パルス幅を、従来のものよりも一定の補償期間τ０だけ延長することにより、表示パルス波形の鈍りに起因する輝度の減少を補償し、輝度の誤差を低減して画質の劣化を抑制することができる。
【００２９】
以上の説明においては、時間区分τ１〜τｋが実施の形態１と同様に表示期間を不均一に分割する場合について説明したが、本実施の形態は、例えば従来の画像表示装置のように均等な表示期間を時間区分幅に分割したものにも適用可能である。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る画像表示装置の駆動方法によれば、単位階調レベルあたりの輝度の変化量を、階調に応じて変化させることができる。よって、例えば、低階調域（即ち低輝度領域）で特に高い分解能が得られるようにすれば、人間の視覚特性に起因する低階調域における階調の分解能不足の問題は解消される。また、１つの表示期間内には１つの駆動信号のみが発生されるので、駆動信号波形が鈍った場合の輝度の誤差を最小限に抑えることができる。
【００３１】
さらに、表示パルス幅を、従来のものよりも一定の補償期間だけ長くすることにより、表示パルス波形の鈍りに起因する輝度の減少を補償し、輝度の誤差を低減すして画質の劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１における画像表示装置の構成を示す図である。
【図２】実施の形態１における画像表示装置の動作を説明するための図である。
【図３】実施の形態１に係る画像表示装置の駆動方法を説明するための図である。
【図４】実施の形態１に係る画像表示装置の駆動方法における階調レベルと表示パルス幅との関係を示すグラフである。
【図５】実施の形態１の変形例を示す図である。
【図６】表示パルス波形の鈍りの問題を説明するための図である。
【図７】ＦＥＤの表示電極電圧と表示電流の関係を示す図である。
【図８】実施の形態２に係る画像表示装置の駆動方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１ＦＥＤパネル、１ａアノード電極、１ｂ表示セル、３カソード駆動回路、４グリッド駆動回路、５ａ，５ｂ制御信号線、６制御回路、７電源装置、Ｃ（１）〜Ｃ（ｎ）カソード電極、Ｇ（１）〜Ｇ（ｍ）グリッド電極、τ０〜τｋ時間区分。

Claims

表示パネルの画素の階調を、前記画素の表示期間内に前記画素を発光させる時間幅を変化させることにより制御する画像表示装置の駆動方法であって、
（ａ）映像信号に基づき、前記画素の階調の段階を示す階調レベルを取得する工程と、
（ｂ）前記階調レベルに応じて、前記表示期間内の所定の時間幅だけ、前記画素を発光させるための駆動信号を前記画素に印加する工程とを備え、
前記画素の単位階調レベルあたりの前記時間幅の変化量は、前記階調に応じて変化することを特徴とする画像表示装置の駆動方法。
請求項１に記載の画像表示装置の駆動方法であって、
前記工程（ｂ）は、
（ｃ）前記表示期間を複数個に分割することにより得られる時間区分を、前記階調レベルに応じて所定の個数選択することで前記時間幅を定める工程を含み、
前記工程（ｃ）において、前記時間区分が複数個選択される場合には、連続した前記時間区分が選択されることを特徴とする画像表示装置の駆動方法。
請求項２に記載の画像表示装置の駆動方法であって、
前記複数の時間区分は、前記表示期間を不均一に分割することを特徴とする画像表示装置の駆動方法。
請求項２または請求項３のいずれかに記載の画像表示装置の駆動方法であって、
前記複数の時間区分の１つは、所定の補償期間であり、
前記連続した時間区分には、前記補償期間が必ず含まれることを特徴とする画像表示装置の駆動方法。
請求項１から請求項４のいずれかに記載の画像表示装置の駆動方法であって、
前記階調レベルをｊ、前記時間幅をＷとしたときの、ｊとＷとの関係を表す関数ｆ（ｊ）は、少なくとも低階調域においては下に凸であることを特徴とする画像表示装置の駆動方法。
請求項５に記載の画像表示装置の駆動方法であって、
前記関数ｆ（ｊ）は、高階調域においては上に凸であることを特徴とする画像表示装置の駆動方法。
請求項１から請求項４のいずれかに記載の画像表示装置の駆動方法であって、
前記階調レベルをｊ、前記時間幅をＷとしたときの、ｊとＷとの関係を表す関数ｆ（ｊ）は、
前記関数ｆ（ｊ）は、少なくとも一部のｊの範囲において、
ｆ（ｊ）＝ａ×ｊ^γ （ａ，γは定数）
の関係を満たすことを特徴とする画像表示装置の駆動方法。
表示パネルの画素の階調を、前記画素の表示期間内に前記画素を発光させる時間幅を変化させることにより制御する画像表示装置の駆動方法であって、
（ａ）映像信号に基づき、前記画素の階調の段階を示す階調レベルを取得する工程と、
（ｂ）前記階調レベルに応じて、前記表示期間内の所定の時間幅だけ、前記画素を発光させるための駆動信号を前記画素に印加する工程とを備え、
前記工程（ｂ）は、
（ｃ）前記表示期間を複数個に分割することにより得られる時間区分を、前記階調レベルに応じて所定の個数選択することで前記時間幅を定める工程を含み、
前記複数の時間区分の１つは、所定の補償期間であり、
前記工程（ｃ）において、前記時間区分が複数個選択される場合には、前記補償期間を含む連続した前記時間区分が選択されることを特徴とする画像表示装置の駆動方法。