JP2000221945A - マトリクス型表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 データのビット数を多くすることなく表現で
きる階調数を増大することができ、表示画像の品位を飛
躍的に向上させることができるマトリクス型表示装置を
提供する。 【解決手段】 パネル９には、発光素子がマトリクス状
に配置されている。パルス幅変調／ドライバ６は、入力
される映像信号に応じてパネル９に供給するパルス幅を
変調して階調を表現する。平均輝度検出部１１は、映像
信号の平均輝度を直接的もしくは間接的に検出する。電
圧変換部１２は、平均輝度検出部１１からの検出電圧を
変換し、電源電圧変調部１３に入力する。電源電圧変調
部１３は、パルス幅変調／ドライバ６もしくは走査ドラ
イバ８に供給する電源電圧を変調する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アクティブマトリ
クス方式とされた表示ピクセルを有する画像を表示する
マトリクス型表示装置に係り、特に、電界放出型カソー
ドを用いたフィールド・エミッション・ディスプレイ
（ＦＥＤ）表示装置や、有機エレクトロルミネセンス
（有機ＥＬ）表示装置に用いて好適なマトリクス型表示
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】発光素子がマトリクス状に配置され、互
いに直交する電極群の交点を画素とし、各画素への印加
電圧を調整することにより画像を表示するマトリクス型
表示装置には、液晶ディスプレイ装置の他、ＦＥＤ表示
装置、プラズマディスプレイ装置、有機ＥＬ表示装置等
がある。例えば、ＦＥＤ表示装置は、特開平４−２８９
６４４号公報に記載されているように、各画素に微小な
電界放出陰極を多数配置し、そこからの電界放出電子を
真空中で加速して蛍光体に照射し、発光させるものであ
る。

【０００３】これらのマトリクス型表示装置において
は、ある行に適当な電圧を印加して半選択状態とし、そ
の時点で各列に適当な信号電圧を印加することにより、
行と列との交点にある各発光素子の発光状態を制御して
画像を表示する。この際、列信号への信号電圧の印加の
仕方を工夫することにより、各発光素子の輝度、即ち階
調を調整する。この階調の調整方法には、発光時間を調
整するパルス幅変調や印加電圧振幅を調整する電圧変調
等がある。

【０００４】例えば、上記の特開平４−２８９６４４号
公報に記載された階調表示方法で、２５６階調を得よう
とする場合には、発光輝度が２のｎ乗（ｎ＝０〜７）に
比例するように印加電圧を設定し、この印加電圧を組み
合わせて各発光素子に印加することにより、２５６階調
の表示を実現している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、これらのマ
トリクス型表示装置における課題の１つとして、表示品
位を上げるために良好な階調表現を実現するということ
がある。入力ビデオ信号に応じて発光輝度を制御し、良
好な階調表現を実現するには、例えば、入力ビデオ信号
の値に基づいてパルス幅変調（ＰＷＭ）した信号をドラ
イブ信号とする方式がある。この場合、入力ビデオ信号
の値に応じて各画素の発光時間が制御され、階調が表現
される。

【０００６】この場合は一般に、入力ビデオ信号をＡ／
Ｄ変換し、そのデジタルデータとカウンタのカウント値
との一致を検出することでパルス幅を変調することにな
るが、実際上、配線数やカウンタ用クロックの周波数の
制限等から、Ａ／Ｄ変換は８ビット程度、つまり２５６
階調程度が限界となってしまい、それ以上の階調を実現
することは非常に困難なものとなっていた。即ち、ＰＷ
Ｍ方式では階調表現に実用上の限界があり、飛躍的な表
示の高品位化は望めないという問題点があった。

【０００７】さらに、この変調方法では、各画素毎の電
圧−電流特性のばらつきのため、各画素毎に電流がばら
ついてしまい、画面の輝度むらとして現れてしまう。こ
れをを抑えるため、印可電圧を固定し、駆動回路で一定
電流を流してパルス幅変調を行う場合もある。しかしな
がら、この場合でも、電流のばらつきは回避されるが、
上記と同様に階調表現に実用上の限界がある。

【０００８】また他の方式として、ドライブ電圧、即ち
ＦＥＤ表示装置におけるゲート・カソード間電圧や、有
機ＥＬ表示装置における電極間電圧を変調することによ
って階調を表現するパルス振幅変調方式も考えられてい
る。しかしながら、ＦＥＤ表示装置や有機ＥＬ表示装置
におけるアノード電流特性上のアノード電流立上がり点
電圧のばらつき（各画素毎のばらつき）や駆動回路の温
度特性、電力損失の点等から、階調を精密に制御するこ
とができず、良好な表示品位が得られないという問題点
があった。

【０００９】また、マトリクス型表示装置でテレビジョ
ン等の画像を表示する際、通常２５６階調以下の階調表
示を行っている。多くの場合、２５６階調で十分である
と考えられているが、例えば、画面全体はそれほど明る
くないが，一部にピーク輝度がある場面等では、画面中
のごく１部の領域で２５６階調の最高輝度よりも、少な
くとも２倍、好ましくは５倍以上の輝度がないと迫力の
ある映像にならないことが知られている。実際、陰極線
管（ＣＲＴ）を用いた直視型テレビジョン受像機あるい
は投射型テレビジョン受像機では、画面の１部分の瞬発
的な輝度（ピーク輝度）を、平均輝度の１０倍程度以上
得られるようにして、迫力ある映像を実現している。こ
れは、ＣＲＴでは、信号電圧に対して輝度が指数関数以
上に急峻に変化するためである。

【００１０】これに対して、例えば、代表的なマトリク
ス型表示装置である液晶ディスプレイ装置では、信号電
圧に対して輝度（液晶ディスプレイ装置の場合は透過
率）がほぼ１次関数的に変化するので、ＣＲＴのように
大きな輝度のダイナミックレンジを得ることができず、
高々４００階調しか得られない。

【００１１】通常のＦＥＤ表示装置では、発光輝度が信
号電圧に対してほぼ指数関数的に変化するので、大きな
輝度のダイナミックレンジを得ることが可能である。こ
れは、ＦＥＤ表示装置に用いられる電子放出素子は、印
加電圧に対する放出電流量の変化が、ファウラー・ノル
トハイムの式という、指数関数に近い変化をする式に従
うからである。蛍光面の発光輝度は、放出電流量にほぼ
比例するので、輝度も指数関数に近い形で変化すること
となる。

【００１２】従来の階調表示方法で２５６階調よりも大
きなダイナミックレンジを得るには、輝度が２のｍ乗
（ｍ＝０〜９）に比例するように１０種の信号電圧を設
定し、それらの組み合わせで１０２４階調とすればよ
い。しかし、この方法では、各発光素子毎の信号情報と
して１０ビット必要になり、制御回路が複雑になるばか
りでなく、高速な回路が必要になるのでコストアップに
つながり、現実的ではない。また、たとえ１０ビットに
しても、１対１０２４の輝度比、即ち、３桁のダイナミ
ックレンジしか得られない。

【００１３】本発明はこのような問題点に鑑みなされた
ものであり、データのビット数を多くすることなく表現
できる階調数を増大することができ、表示画像の品位を
飛躍的に向上させることができるマトリクス型表示装置
を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述した従来
の技術の課題を解決するため、発光素子がマトリクス状
に配置されたパネル（９）と、入力される映像信号に応
じて前記パネルに供給するパルス幅を変調して階調を表
現するパルス幅変調部（６）とを備えたマトリクス型表
示装置において、前記映像信号の平均輝度を直接的もし
くは間接的に検出する検出手段（１１）と、前記検出手
段によって検出した平均輝度によって、前記パネルに印
加する電圧を制御する制御手段（１２，１３）とを備え
て構成したことを特徴とするマトリクス型表示装置を提
供するものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明のマトリクス型表示
装置について、添付図面を参照して説明する。図１は本
発明のマトリクス型表示装置の第１実施例を示すブロッ
ク図、図２は図１中の電源電圧変調部１３の具体的構成
の一例を示す回路図、図３は本発明のマトリクス型表示
装置の第２実施例を示すブロック図、図４は電界放出素
子の素子電圧と素子電流との関係を示す特性図、図５は
電界放出素子のパルス幅と輝度レベルとの関係を示す特
性図、図６は図１，図３中の電圧変換部１２の動作の一
例を説明するための特性図、図７は本発明による効果を
説明するための特性図、図８は本発明による効果を説明
するための波形図、図９は図１，図３中の電圧変換部１
２の動作の他の例を説明するための特性図である。

【００１６】＜第１実施例＞まず、第１実施例の基本的
動作について説明する。図１において、入力端子１より
入力されたコンポジット映像信号は、デコーダ２に入力
され、３原色の輝度信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ信号）及び水平，
垂直同期信号に分離される。Ｒ，Ｇ，Ｂ信号は、パラレ
ル・シリアル（Ｐ／Ｓ）変換部３に入力され、水平，垂
直同期信号はタイミング発生部５に入力される。Ｐ／Ｓ
変換部３は、入力されたパラレル信号を、パネル９の各
蛍光体の並びに対応した順番に並んだシリアル信号に変
換して出力する。このシリアル信号は、シリアル・パラ
レル（Ｓ／Ｐ）変換部４に入力され、パネル９の１行毎
に対応したパラレル信号に変換され出力される。

【００１７】一方、タイミング発生部５は、水平，垂直
同期信号に同期した各種のタイミング信号を発生し、Ｐ
／Ｓ変換部３，パルス幅変調器（ＰＷＭ）／ドライバ
６，走査ドライバ８に入力する。ＰＷＭ／ドライバ６に
は、Ｓ／Ｐ変換部４よりパラレル信号に変換された映像
信号が入力される。ＰＷＭ／ドライバ６は、入力された
各映像信号の輝度に応じたパルス幅を有するドライブパ
ルスを生成し、電流検出部７を介してパネル９の列電極
に供給する。なお、電流検出部７は、通常の駆動時は特
別な機能を果たさない。

【００１８】走査ドライバ８は、走査パルスをパネル９
の行電極に供給し、パネル９における選択する行を順次
走査する。パネル９にドライブパルスが供給されると、
走査ドライバ８が選択した行に接続された画素のみが、
ドライブパルスの各パルス幅に応じた期間だけ電子を放
出し、蛍光体が発光する。これによって、パネル９上に
２次元画像が形成される。なお、以上の説明はＰＷＭの
場合であり、電圧変調の場合には、ドライバ６は映像信
号の強度に応じた電圧の所定幅のドライブパルスを生成
する。

【００１９】次に、映像信号（画面）の平均輝度に応じ
てピーク輝度を制御する構成について説明する。パネル
９に表示される映像の平均輝度を検出する方法として
は、入力された映像信号の平均輝度レベルを検出する第
１の方法、パネル９の各画素に流れる素子電流の平均レ
ベルを検出する第２の方法、パネル９に印加する高圧電
流を検出する第３の方法等がある。平均輝度の検出方法
は、直接的もしくは間接的に検出する任意の方法でよ
い。また、平均輝度は１画面（１フィールド）の平均輝
度に限定されることなく、所定期間（少なくとも１フィ
ールド）の平均輝度であればよい。

【００２０】第１の方法では、デコーダ２より出力され
たＲ，Ｇ，Ｂ信号を平均輝度検出部１１に入力する。平
均輝度検出部１１は、入力されたＲ，Ｇ，Ｂ信号に例え
ばローパスフィルタによってフィルタをかけ、１画面の
画素の積算値を求めることによって、平均輝度を検出す
る。第２の方法では、電流検出部７を構成する抵抗７Ｒ
によって各素子に流れる素子電流を検出し、この検出出
力を平均輝度検出部１１に入力する。平均輝度検出部１
１は、同様に、電流検出部７からの検出出力にフィルタ
をかけ、１画面の画素の積算値を求めることによって、
平均輝度を検出する。第３の方法では、高圧電源１０よ
りパネル９に印加する高圧電流を検出抵抗１４によって
検出し、この検出出力を平均輝度検出部１１に入力す
る。平均輝度検出部１１の動作は同様である。なお、図
１では、第１〜第３の方法を全て行うよう図示している
が、いずれか１つの検出方法により行えばよい。

【００２１】このようにして、平均輝度検出部１１によ
って画面の平均輝度が検出されると、平均輝度検出部１
１は検出電圧を電圧変換部１２に入力する。電圧変換部
１２は入力された検出電圧を制御電圧に変換し、電源電
圧変調部１３に入力する。電圧変換部１２における電圧
変換は、上述した第１〜第３の方法のいずれを用いたか
によって若干異なるが、検出電圧を増幅したり、反転し
たり、また、後述するように、映像の条件に合わせて曲
線状に変換したり、折れ線に変換したりする。

【００２２】電源電圧変調部１３には、ＰＷＭ／ドライ
バ６や走査ドライバ８に供給するための電源電圧が入力
されている。電源電圧変調部１３は、電圧変換部１２よ
り入力された制御電圧に応じて電源電圧を変調し、ＰＷ
Ｍ／ドライバ６や走査ドライバ８に供給する。なお、こ
こでは便宜上、電源電圧変調部１３によって変調した電
源電圧をＰＷＭ／ドライバ６及び走査ドライバ８に入力
しているが、電源電圧を変調するのはＰＷＭ／ドライバ
６と走査ドライバ８のいずれか一方でよい。電源電圧変
調部１３としては、図２に示すようなシリーズレギュレ
ータによって構成してもよいし、スイッチングレギュレ
ータ等の電圧を可変できるものであれば、どのような構
成であってもよい。なお、図２中、Ｃはコンデンサ、Ｑ
はトランジスタ、Ｒは抵抗、ＯＰはオペアンプである。

【００２３】＜第２実施例＞第２実施例は、映像信号
（画面）の平均輝度に応じてピーク輝度を制御する他の
構成例である。図３において、図１と同一部分には同一
符号を付し、その説明を省略する。なお、図３において
は、パネル９に表示される映像の平均輝度を検出する方
法として、電流検出部７を用いて、パネル９の各画素に
流れる素子電流の平均レベルを検出する第２の方法を用
いた構成について示しているが、第１の方法や第３の方
法であってもよい。

【００２４】図３に示すように、パネル９の列電極のそ
れぞれには、図示の向きにダイオードが接続されてい
る。ダイオード群はパネル電圧制限部１５を構成してい
る。電圧変換部１２より出力された制御電圧は、電圧制
限部１５におけるダイオードのカソードに印加される。
これにより、パネル９の列電極にかかる電圧は、制御電
圧とダイオードによる電圧分（０．７Ｖ）との合計値に
制限される。即ち、電圧変換部１２からの制御電圧によ
って、パネル９の列電極にかかる電圧を制御することが
できる。

【００２５】以上のような第１，第２実施例の構成で、
ＰＷＭ／ドライバ６や走査ドライバ８に供給する電源電
圧を変調したり、パネル９の列電極にかかる電圧を制御
したときの動作について説明する。ＦＥＤ表示装置等に
用いられる電子放出素子は、前述のように、印加電圧に
対する放出電流量が、ファウラー・ノルトハイムの式と
いう、指数関数に近い特性で変化する。パネル９の印加
電圧（素子電圧）と放出電流（素子電流）との関係を図
４に示す。パネル９の蛍光面の発光輝度は、放出電流量
にほぼ比例するので、輝度も指数関数に近い形で変化す
る。

【００２６】この図４の特性により、映像信号の輝度レ
ベルに応じて電圧変調すれば階調を表現することができ
るが、映像信号の輝度レベルに対してリニアとすること
は難しい。そこで、パネル９の素子に印加する素子電圧
を一定とし、パルス幅を変えることによって階調を表現
するＰＷＭ方式とすると、図５に示すように、映像信号
の輝度レベルに応じたパルス幅に対してリニアな輝度レ
ベルの特性を得ることができる。しかし、このままで
は、発明が解決しようとする課題にて説明したように、
表現できる階調には限界がある。そこで、本発明では、
ＰＷＭ方式と電圧変調方式を組み合わせることによっ
て、実質的に表現できる階調を広げるようにする。

【００２７】図１，図３中の電圧変換部１２は、一例と
して、図６に示すように、平均輝度検出部１１によって
検出された平均輝度の検出電圧を反転させ、検出電圧と
は逆特性の制御電圧を生成する。この制御電圧によっ
て、ＰＷＭ／ドライバ６や走査ドライバ８に供給する電
源電圧を変調したり、パネル９の列電極にかかる電圧を
制御する。これにより、図７に示すように、画面の平均
輝度が低いときには、素子電圧（Ｖｆ）−素子電流（Ｉ
ｆ）特性上のＡ点に位置し、平均輝度が高くなるに従っ
てＢ点の方向へと変化していく。

【００２８】すると、平均輝度は低いが、一部にピーク
輝度がある場合には、素子への印加電圧が大きくなるの
で、図８（Ａ）に示すように、左側に図示しているよう
な映像信号がパネル９に表示される際には、右側に示す
ようにピーク輝度が数倍に伸長される。その結果、ピー
ク輝度が高くなり、階調が実質的に増大する。一方、平
均輝度が高い場合には、素子への印加電圧が小さくなる
ので、図８（Ｂ）に示すように、左側に図示しているよ
うな映像信号がパネル９に表示される際、右側に示すよ
うにピーク輝度は伸長されない。この場合には、消費電
力を減らすことができる。なお、パルス幅は変えていな
いので、電圧が下がっても階調数は減らない。

【００２９】図６の例では、検出電圧に対して制御電圧
を比例関係としたが、特に比例関係である必要はなく、
映像信号によって変えてもよい。図９（Ａ）に示すよう
に、制御電圧を実線や破線のように、任意の曲線として
もよいし、図９（Ｂ）に示すように、制御電圧を実線で
示すように所定の点以上で制限したり、破線で示すよう
に傾きを変えてもよい。制御電圧の特性は、映像信号の
条件により適宜に設定すればよい。

【００３０】本発明は以上説明した本実施例に限定され
ることはなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において
種々変更可能である。本発明は、ＦＥＤ表示装置に限定
されることなく、ＥＬ表示装置等の他のマトリクス型表
示装置であってもよい。

【００３１】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明のマ
トリクス型表示装置は、映像信号の平均輝度を直接的も
しくは間接的に検出する検出手段と、この検出手段によ
って検出した平均輝度によって、パネルに印加する電圧
を制御する制御手段とを備えて構成したので、データの
ビット数を多くすることなく表現できる階調数を増大す
ることができ、表示画像の品位を飛躍的に向上させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示すブロック図である。

【図２】図１中の電源電圧変調部１３の具体的構成の一
例を示す回路図である。

【図３】本発明の第２実施例を示すブロック図である。

【図４】電界放出素子の素子電圧と素子電流との関係を
示す特性図である。

【図５】電界放出素子のパルス幅と輝度レベルとの関係
を示す特性図である。

【図６】図１，図３中の電圧変換部１２の動作の一例を
説明するための特性図である。

【図７】本発明による効果を説明するための特性図であ
る。

【図８】本発明による効果を説明するための波形図であ
る。

【図９】図１，図３中の電圧変換部１２の動作の他の例
を説明するための特性図である。

【符号の説明】

１ 入力端子 ２ デコーダ ３ パラレル・シリアル変換部 ４ シリアル・パラレル変換部 ５ タイミング発生部 ６ パルス幅変調／ドライバ（パルス幅変調部） ７ 電流検出部 ８ 走査ドライバ ９ パネル １１ 平均輝度検出部（検出手段） １２ 電圧変換部（制御手段） １３ 電源電圧変調部（制御手段） １４ 検出抵抗 １５ パネル電圧制限部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】発光素子がマトリクス状に配置されたパネ
   ルと、入力される映像信号に応じて前記パネルに供給す
   るパルス幅を変調して階調を表現するパルス幅変調部と
   を備えたマトリクス型表示装置において、 前記映像信号の平均輝度を直接的もしくは間接的に検出
   する検出手段と、 前記検出手段によって検出した平均輝度によって、前記
   パネルに印加する電圧を制御する制御手段とを備えて構
   成したことを特徴とするマトリクス型表示装置。