JP2006520926A - 走査型バックライトを備えたアクティブ・マトリックス型ディスプレイ - Google Patents

Abstract

本発明は、アクティブ・マトリックス型ディスプレイ・システムおよびこのようなシステムを動作させる方法に関する。このシステムは、アクティブ・マトリックス型ディスプレイ・パネルと、いくつかの光部材（３ａ〜ｅ）を含む走査型バックライトとを含み、これらの光部材はそれぞれ、１つのピクセル列または複数のピクセル列からなる１つのセクタを、そのセクタの中のピクセル列がビデオ信号に従ってアドレス指定され（６ａ〜ｅ）、完全にまたはほぼ完全に調節された新たな状態に達したときに、完全に活動化された高光強度状態（８）で、限られた期間の間、照明する。これは、高速で動く物体をディスプレイに表示するときのいわゆる「サンプル・アンド・ホールド」アーチファクトの傾向を排除しまたは低減させるために実行される。本発明によれば光部材（３ａ〜ｅ）は、完全に活動化された連続する２つの高光強度状態間の期間中、完全にはオフにならない。その代わりにこれらの光部材は、ディスプレイの明るさを高めフリッカを低減させるために、完全に活動化された状態における高光強度の１０〜５０％、好ましくは１５〜４０％、最も好ましくは２０〜３０％の低光強度を有する低減された薄暗い状態すなわちグロー状態（９）に操作される。

Description

本発明は、走査型バックライトを備えたアクティブ・マトリックス型ディスプレイ・システム、例えばテレビジョン・セットまたはモニタで使用されるアクティブ・マトリックス型ＬＣＤシステムに関する。
本発明はまた、このようなアクティブ・マトリックス型ディスプレイ・システムを動作させるための方法に関する。

ビデオ応用に使用されるためにディスプレイが満たさなければならない最も重要な要件の１つは、鮮鋭な動画を提供することである。それにもかかわらず、アクティブ・マトリックス型ディスプレイ、例えばアクティブ・マトリックス型ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）パネル上に示される動画は、非常に高速なＬＣＤパネルが使用されるときでさえ、高速に動く物体を表示するときに鮮鋭度を弱め、ぼやけ（ブラー（ｂｌｕｒ））を生じる。そうなる理由は、このモーション・ブラーがピクセル（画素）の速度だけに起因するものではないからである。モーション・ブラーは、ある１回の調節サイクルまたはフレーム時間に各ピクセル列がいったん調節され、その後、次の調節サイクルまで、各ピクセル列がバックライトからの光を連続的に伝えるディスプレイのホールド（ｈｏｌｄ）特性と、動きを追跡しようとする人間の眼の特性との組合せによっても引き起こされる。この効果は、「サンプル・アンド・ホールド（Ｓａｍｐｌｅ ａｎｄ Ｈｏｌｄ）」アーチファクトとして知られており、この効果は、アクティブ・マトリックス型ＬＣＤだけに限定されない。あらゆるアクティブ・マトリックス型ディスプレイが同じ問題で苦しむ。

アクティブ・マトリックス型ディスプレイ・パネルにおける「サンプル・アンド・ホールド」アーチファクトを除去する最も効率的な方法は、いわゆる走査型バックライト、すなわち連続的に発光するのではなしに光を短時間パルスとして発するように操作されるディスプレイを使用する方法である。パルス光による各ピクセルの露光は、１フレーム時間に一度、実施されなければならず、ピクセルがその所望の透過レベルに達する前に実施されてはならず、すなわちそのピクセルがアドレス指定され、完全にまたはほぼ完全に調節された新たな状態に達したときに実施されなければならない。アクティブ・マトリックス型ディスプレイ・パネルは列ごとにアドレス指定されるので、その時期は列ごとに異なる。したがって、ビデオ信号と同期した走査型バックライトを使用することが必要である。このようバックライトは、パネルの上を縦に走査するある幅の水平な光の帯を生み出す。このバックライトのストロボ効果のため、物体は、当該ピクセル列が調節された瞬間にしか見られず、これによって鮮鋭な画像が知覚される。

走査型バックライトに基づくこの方法は高速なピクセル応答を要求せず、モーション・ブラー・アーチファクトを効果的に除去することを可能とする。この方法は、ちょうど１フレーム時間に収まるピクセル応答時間（フレーム・レート６０Ｈｚで〜１６ミリ秒、フレーム・レート５０Ｈｚで〜２０ミリ秒）での動きの完全な描写を可能とする。大量の信号処理も必要ない。

「サンプル・アンド・ホールド」アーチファクトを除去しまたは少なくとも低減させる当技術分野で知られている方法は他にもいくつかあるが、走査型バックライトは、「サンプル・アンド・ホールド」効果を完全に除去することができる唯一の方法であることが分かっている。さらに、この方法が使用されると動的コントラストおよび色純度が増大され、このことは、走査型バックライトの使用を、「サンプル・アンド・ホールド」アーチファクトを除去する最も有益な方法とする。

しかし走査型バックライトは欠点もいくつか有する。最も重要なのは明るさ（ｂｒｉｔｈｔｎｅｓｓ）の低下である。ピクセルの露光時間を短くすることはピクセルが発する光の量を減らすことと同じであり、これによって画像は暗くなる。明るさの低下は、バックライトのデューティ・サイクル、すなわち各ピクセルの「オン」状態と「オフ」状態の間の時間比に比例する。

走査型バックライト法の他の欠点はフリッカ（ｆｌｉｃｋｅｒ）の出現である。バックライトのストロボ的性質のため、ディスプレイを見る人は、フレーム・レートの周波数でディスプレイ全体が明滅する印象を受ける。

従来技術の走査型バックライト装置および方法の一例として、国際公開第９５０１７０１号を参照されたい。

本発明の目的は、改良された走査型バックライトを備えたアクティブ・マトリックス型ディスプレイ・システムを提供することである。より正確には、走査型バックライトを備えたアクティブ・マトリックス型ディスプレイ・システムの明るさを高め、フリッカの傾向を除去することが目的である。少なくともこの目的は、請求項１に記載のアクティブ・マトリックス型ディスプレイ・システムによって達成される。
本発明はまた、走査型バックライトを備えたアクティブ・マトリックス型ディスプレイ・システムを動作させる方法に関し、この方法は上記の目的と本質的に同じ目的を有する。この目的は請求項５に記載の方法によって達成される。

したがって本発明は、ピクセル列の２回の調節操作間の期間中に光が完全にはオフにならないように走査型バックライトを駆動することによって、明るさが高められ、フリッカの傾向が除去され、「サンプル・アンド・ホールド」アーチファクトが除去されるまたは少なくとも低減された鮮鋭な画像が知覚されることを理解することに基づく。光が完全にオフにする代わりに、ピクセルの２回の調節操作間の期間中、バックライトを、低強度の薄暗い状態すなわちグロー（ｇｌｏｗ）状態にする。明るさはある期間中の平均光強度の関数なので、最も低い光強度レベルが、０％から、最大光強度の１０〜５０％、好ましくは１５〜４０％、最も好ましくは２０〜３０％に増大された場合に明るさが増大されることは明白である。さらに、最大光強度と最小光強度の差が低下されるのでフリッカが低減される。さらに、低光強度を有する期間中、画像の詳細は実際には知覚されないので、低強度バックライトは画像が劣化されない程度にまで低減される。したがってこのディスプレイは、「サンプル・アンド・ホールド」アーチファクトのない鮮鋭な動画を提供することができる。

走査型バックライトを備えた本発明に基づくアクティブ・マトリックス型ディスプレイでは、各ピクセル列が別個の光部材によって照明されてもよい。しかし、例えばアクティブ・マトリックス型ＬＣＤディスプレイは通常１０００本を超える列を含むので、そのような解決法ではディスプレイが複雑に、したがって高価となろう。通常、ディスプレイの許容される性能は、例えば５０から１５０ピクセル列ごとに１つの光部材、したがってディスプレイごとに通常約７から１２個の光部材を提供することによって達成される。

光部材は、１回につき１つの光部材だけが完全に活動化された高光強度状態となるように順番に操作してもよい。すなわち、１つの光部材が、その高光強度状態から低減されたまたは薄暗い低光強度状態にされ、同時に、次の光部材がその高光強度状態に活動化される。しかし光部材は通常、２つ以上の光部材が同時に完全に活動化されたそれらの高光強度状態となるように、ある重なりをもって活動化される。

全ての透光性アクティブ・マトリックス型ディスプレイ、すなわちバックライトを備えたディスプレイは、本発明に基づく走査型バックライトを使用して、このモーション・アーチファクトを除去することができ、記載された本発明に基づく走査型バックライト駆動方法の改良は、走査型バックライト・システムが応用される全てのシステムに応用することができる。

さらに、本発明に基づく走査型バックライトを用いると光部材を流れる電流が常に存在する。したがって、光部材が完全に活動化される期間のたびに、バックライトの光部材を再点火させる必要がない。これは光部材の駆動をはるかに容易にし、光部材の駆動のためのインバータの構造をより単純にする。完全に活動化される期間の初めに光部材の再点火が必要でないことは、通常のバックライトに比べて光部材の寿命を増大させる。完全に活動化された連続した２つの期間間の期間中に光部材が完全にオフにされると、光部材がオフにされた非活動化期間中に光部材が冷えるため、通常の走査型バックライトの場合のように、光部材の温度が最適な機能温度よりも低くなる。提案されたこの駆動方法を用いると、光部材を常に流れる電流のために光部材の温度はより高くなり、すなわち温度が最適な機能温度により近くなる。

本発明は、ディスプレイ光出力の増大とモーション・アーチファクト抑制の効率との間の妥協を含む。それにもかかわらず、実験によれば、提案された光部材の最小光強度へのバイアスを導入し、動画品質の顕著な低下なしで実質的な明るさの増大を達成することが可能である。

本発明のこれらの側面および他の側面は、以下に記載される実施形態から明らかであり、以下に記載される実施形態を参照して説明される。
次に、添付図面を参照して本発明が例示によって説明される。

図面には、走査型バックライト２を備えたアクティブ・マトリックス型ディスプレイ・パネル１、例えばアクティブ・マトリックス型ＬＣＤディスプレイ・パネルの好ましい実施形態が示されている。このディスプレイ・パネルは多数のピクセルを含み、これらは通常、１０００本を超える水平のピクセル列として配置される。各ピクセルは、実質的に非透光性の状態から最大透光状態までの所望の程度に連続的に可変でもよい。これは、１秒につき数回、通常は１秒につき５０または６０回、ピクセルを列ごとにアドレス指定することによって電気的に実行される。透光状態にあるとき、ピクセルは走査型バックライトからの光を、ディスプレイの前にいる人が見ることができる画像を生み出す所望の程度に透過することができる。小さなステップおよび短い時間間隔で画像を変更することによって、連続的に動く画像の錯視が生み出される。

図の走査型バックライト２は、単純にするために、５つの別個の光部材３ａ〜ｅを含んでいるが、より多くの光部材が本発明に基づくディスプレイ・システムの一部を構成してもよいことを理解されたい。各光部材は、ディスプレイ・パネルの背面から、数本のピクセル列を含む水平セクタ４ａ〜ｅを照明するように適応されている。この照明は、１つのセクタの中の全てのピクセルがアドレス指定信号によって調節され、各ピクセルが、その完全にまたはほぼ完全に調節された状態に達するまで実行されない。

走査型バックライトの原理によれば、光部材３ａ〜ｅは、割り当てられたそれらのセクタを、ディスプレイ・パネルの背面から順番に照明する。したがって図１では、一番上の光部材３ａが高光強度に完全に活動化され、ディスプレイ・パネルの一番上のセクタ４ａを照明しており、このセクタの中の各ピクセルはすでに所望の透光状態に調節されている。ディスプレイ・パネルの次のセクタ４ｂの中の全てのピクセルがアドレス指定され調節されると、一番上の光部材は低減された低光強度状態となり、一方、そのわずかに前に、上から２番目の光部材３ｂが完全に活動化されて、図２に示されているように、ディスプレイ・パネルの上から２番目のセクタの背面を照明する。同じように、１フレーム時間内にディスプレイ・パネル全体が照明されるまで、ディスプレイ・パネルの残りの部分がセクタごとに照明され、その後、一番上のセクタおよび光部材からこのプロセスが再び始まる。

このプロセスが図３のタイミング図に示されており、この図では、５ａ〜ｅが、光部材３ａ〜ｅの低減された状態と完全に活動化された状態との間の光強度の変動を開示し、６ａ〜ｅが、フレーム・サイクル中の各時点の各セクタ４ａ〜ｅの中のピクセルの調節率の変動を開示している。前述のとおり、各ピクセル列は順番に異なる時点にアドレス指定される。各セクタ４ａ〜ｅはいくつかのピクセル列を含むため、このことは、各セクタの中のピクセル列も同様に異なる時点にアドレス指定されることを意味する。したがって、グラフ６ａ〜ｅは、各セクタの中の最後のピクセル列のアドレス指定および調節を示しており、同じセクタの中の他のピクセル列は時間的にこれらよりもいくぶん先行している。

各セクタ、すなわち各セクタの中の最後のピクセル列は、矢印７によって示された時点において、ビデオ信号に基づくアドレス指定システムからのアドレス指定信号によってアドレス指定される。グラフ６ａ〜ｅは、各セクタの中のピクセルが、以前のアドレス指定および調節に関して変化のない状態すなわち調節されていない状態から、完全に調節された新たな状態にどのように変化するかを示している。この調節時間は、ピクセルがどれくらい高速化によって変化する。１つのセクタの中のピクセルが完全に調節された状態に達し、または完全に調節された状態に近づいたときに、その特定のセクタに対する光部材は完全に活動化されて、上向きの長方形のブロック８によって示されているように高光強度の光を放つ。

これらのピクセルは、次のアドレス指定信号まで調節された同じ状態にとどまる。図面に示されているように、完全に活動化された光部材は低減された状態になるが、次の光部材に関して、そのセクタの中の最後のピクセル列が完全にまたはほぼ完全に調節された状態に達したときにいくぶん重なり合い、すなわち、隣接する２つの光部材が短期間の間、同時に完全に活動化される。

しかし、本発明によれば、低減された状態にあるとき光部材は完全にはオフにならない。その代わり、これらの光部材の光強度は、完全に活動化された状態における高光強度の１０〜５０％、好ましくは１５〜４０％、最も好ましくは２０〜３０％の光強度を有する薄暗い状態すなわちグロー状態まで低減される。これが図３の水平に長い帯９によって示されており、これが、連続する２つの高光強度期間８間の低減された状態における光部材の低光強度を規定する。図３の数字１０は、ディスプレイの最初のピクセル列のアドレス指定から最後のピクセル列のアドレス指定までの間のフレーム時間を示している。

まとめると、本発明は、アクティブ・マトリックス型ディスプレイ・システムおよびこのようなシステムを動作させる方法に関する。このシステムは、アクティブ・マトリックス型ディスプレイ・パネルと、いくつかの光部材３ａ〜ｅを含む走査型バックライトとを含み、これらの光部材はそれぞれ、１つのピクセル列または複数のピクセル列からなる１つのセクタを、そのセクタの中のピクセル列がビデオ信号に従って６ａ〜ｅとアドレス指定され、完全にまたはほぼ完全に調節された新たな状態に達したときに、完全に活動化された高光強度状態８で、限られた期間の間、照明する。これは、高速で動く物体をディスプレイに表示するときのいわゆる「サンプル・アンド・ホールド」アーチファクトの傾向を排除しまたは低減させるために実行される。本発明によれば光部材３ａ〜ｅは、完全に活動化された連続する２つの高光強度状態間の期間中、完全にはオフにならない。その代わりにこれらの光部材は、ディスプレイの明るさを高めフリッカを低減させるために、完全に活動化された状態における高光強度の１０〜５０％、好ましくは１５〜４０％、最も好ましくは２０〜３０％の低光強度を有する低減された薄暗い状態すなわちグロー状態９に操作される。

アクティブ・マトリックス型ディスプレイ・パネルおよび一番上の光部材が完全に活動化された高光強度状態にある走査型バックライトの分解透視図である。 上から２番目の光部材が完全に活動化された状態にある図１と同様の図である。 ピクセル列の順次アドレス指定および光部材の活動化速度を時系列で示すタイミング図である。

Claims (8)

1. 最大透光状態と実質的に非透光性の状態との間で連続的に変化可能な方法で別々に駆動することができる、光を調節するための画素列を有するディスプレイ・パネルと、
   背面から前記ディスプレイ・パネルを照明して各画素の透光性の程度に従って表示出力を生み出すいくつかの光部材と、
   前記画素列を順番にアドレス指定して、ビデオ信号に従った各画素の所望の透光状態にするためのアドレス指定システムと、
   各ピクセルがその完全にまたはほぼ完全に調節された状態に達したときに、１本または数本の画素列を選択的に、前記アドレス指定システムと同期して一度に照明するために、各光部材を、限られた期間の間、完全に活動化された高光強度状態に駆動するための駆動システムと、
   を備えるアクティブ・マトリックス型ディスプレイ・システムであって、
   前記光部材は、完全に活動化された連続した２つの状態間の期間中、低減された低光強度状態に操作されることを特徴とするシステム。
2. 前記低減された状態にある前記光部材の光強度は、前記完全に活動化された状態における光強度の１０％から５０％であることを特徴とする、請求項１に記載のアクティブ・マトリックス型システム。
3. 前記低減状態にある前記光部材の光強度は、前記完全に活動化された状態における光強度の１５％から４５％であることを特徴とする、請求項１に記載のアクティブ・マトリックス型システム。
4. 前記低減状態にある前記光部材の光強度は、前記完全に活動化された状態における光強度の２０％から３０％であることを特徴とする、請求項１に記載のアクティブ・マトリックス型システム。
5. 光を調節するための画素列を有するディスプレイ・パネルと、前記パネルの背面にあるいくつかの光部材と、前記画素をアドレス指定するためのアドレス指定システムと、完全に活動化された高光強度状態に前記光部材を駆動するための駆動システムとを備えるアクティブ・マトリックス型ディスプレイ・システムを動作させる方法であって、
   前記アドレス指定システムによって、連続的に変化可能な方法で、最大透光状態と実質的に非透光性の状態との間の所望の程度に、前記画素を、ビデオ信号に従って前記画素を列ごとに順番に調節することによって調節して、１本または数本の画素列を選択的に、前記完全に活動化された状態で、限られた期間の間、前記ディスプレイ・パネルの背面から、前記アドレス指定システムと同期して一度に照明し、各画素の透光性の程度に従って表示出力を生み出すステップを備え、
   完全に活動化された連続した２つの状態間の期間中、低減された低光強度状態に前記光部材を駆動する追加のステップを特徴とする方法。
6. 前記低減された状態における光強度が前記完全に活動化された状態における光強度の１０％から５０％になるように前記光部材を駆動することを特徴とする、請求項５に記載の方法。
7. 前記低減された状態における光強度が前記完全に活動化された状態における光強度の１５％から４０％になるように前記光部材を駆動することを特徴とする、請求項５に記載の方法。
8. 前記低減された状態における光強度が前記完全に活動化された状態における光強度の２０％から３０％になるように前記光部材を駆動することを特徴とする、請求項５に記載の方法。

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