JP2006184462A - 画像表示装置およびその駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】表示基板の蛍光面から出力される画像を長期に亘って安定に出力させることのできる画像表示装置およびその駆動方法を提供する。
【解決手段】画像表示装置の表示パネル１に映像信号を供給する映像処理回路４において、補正回路４２からＸドライバ２に入力される輝度信号を、ＡＰＬ検出回路４０およびＡＢＬ回路４１により、動作時間の累計（すなわち累計表示時間）に基づいた所定の時間Ｈａにおいて、予め設定されたレベルまで増大させる。
【選択図】 図２

Description

この発明は、画像表示装置およびその表示駆動方法に係わり、さらに詳しくは、蛍光面を有する表示基板と表示基板の蛍光面に向けて電子を放出する電子源基板とからなる画像表示装置において、表示基板の蛍光面から出力される画像を長期に亘って安定に出力させることのできる画像表示装置およびその駆動方法（画像表示方法）に関する。

陰極線管（ＣＲＴ）に代わる画像表示装置として、電子放出素子（電子源）を平面状、かつマトリクス状に配列し、所定間隔で対向させた平面状の蛍光面（前面基板）に選択的に電子線を照射することにより、蛍光面から任意の色の光を出力させて画像を表示させる画像表示装置が開発されている。この種の画像表示装置は、フィールド・エミッション・ディスプレイと呼ばれている（以下、ＦＥＤと称する）。また、ＦＥＤのうち、電子源として表面伝導型エミッタを用いた表示装置は、表面伝導型電子放出ディスプレイ（以下、ＳＥＤと呼称する）として区分されることもあるが、本願においては、ＳＥＤも含む総称として、ＦＥＤという用語を用いる。

ＦＥＤは、上述した電子源側の基板と蛍光面側の基板との隙間を数ｍｍ以下に設定することができ、周知のＣＲＴと比較して厚さを薄くすることが可能で、ＬＣＤ装置のような画像表示装置と比較しても同等か、それ以下の厚さにできる。従って、軽量化の面でも、期待がされる。また、ＣＲＴやプラズマディスプレイと同様の自己発光型であるため、表示画像の輝度も、得やすい特徴がある。

前面基板の内面に設けられる蛍光面には、赤（Ｒ）、青（Ｂ）、緑（Ｇ）の蛍光体が、所定の大きさ、かつ所定の順に配列されている。蛍光面の個々の蛍光体には、それぞれの蛍光体に所定の掃引電圧を与えるアノード電極が接続されている。

電子源側の基板には、任意の位置のエミッタと対向される蛍光面を発光させるための、予め特定されたエミッタから所定量の電子を放出させるための走査線および信号線がそれぞれ、マトリックス状に接続されている。

上述のＦＥＤは、一般に、表示パネルと、この表示パネルを駆動する駆動ユニットとを備える。表示パネルは、横（水平）方向に伸びる複数の走査線、個々の走査線に交差して縦（垂直）方向に伸びる複数の信号線、並びにそれぞれの走査線および信号線の交差位置に配置される複数の表示画素を含む（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−２２１９３３号公報

ところで、近年は、表示パネルの大きさが対角で４０インチを超えるような画面の大きなＦＥＤが広くユーザから求められている。このため、輝度が十分に得られるとともに、長期に亘って、維持されなければならない。なお、輝度のばらつき（輝度ムラ）とともに重要視される要素として、輝度寿命（明るさの減少）がある。輝度寿命としては、例えば初期時の全白表示時の輝度が、概ね１／２まで低下する時点を寿命と考えることが一般的である。なお、輝度寿命は、オーバーロードにより、蛍光体の発光能力が低下する時期であることが知られている。

しかしながら、今日のユーザの要求である画面の大きな表示装置において、特に長期に、安定な輝度が得られ、しかもその寿命が長い表示装置は、まだ実現されていない。

この発明の目的は、蛍光面を有する表示基板と表示基板の蛍光面に向けて電子を放出する電子源基板とからなる画像表示装置において、表示基板の蛍光面が出力する光の輝度を長期に亘って一定の輝度以上に維持するとともに、輝度寿命を高めることのできる画像表示装置および画像表示装置の駆動方法を達成することである。

この発明は、電子線源を保持した第１基板と、前記電子線源から出力された電子線が照射されることで所定の色の光を出力するマトリクス状に区画された複数の蛍光体を含む蛍光体層を保持し、前記第１基板に所定間隔で対向された第２基板と、前記第１基板および前記第２基板を密閉構造とする側壁と、を備える表示パネルの駆動方法において、蛍光体層の個々の区画された蛍光体を発光させる駆動回路に供給される駆動電圧を、累計動作時間または駆動電流の大きさを参照し、所定時間経過時に、駆動回路に供給される駆動電圧を増大させることを特徴とする画像表示装置の駆動方法を提供するものである。

また、この発明は、複数の走査線と、前記複数の走査線に交差する複数の信号線と、前記複数の走査線および前記複数の信号線との交差位置に配置され各々一対の走査線および信号線間の画素電圧に対応して駆動される複数の表示画素と、前記複数の走査線を順次駆動する走査線ドライバと、前記走査線ドライバによって前記複数の走査線の各々が駆動される間に前記複数の信号線を駆動する信号線ドライバと、個々の前記表示画素を発光させるための、それぞれの画素に供給される駆動電圧を、累計動作時間または駆動電流の大きさを参照し、所定時間経過時に、前記信号線ドライバに供給される駆動電圧を増大させる駆動電圧補正回路と、を有することを特徴とする画像表示装置を提供するものである。

また、この発明は、複数の走査線と、前記複数の走査線に交差する複数の信号線と、前記複数の走査線および前記複数の信号線との交差位置に配置され各々一対の走査線および信号線間の画素電圧に対応して駆動される複数の表示画素とを備える画像表示装置の駆動方法であって、前記複数の走査線を順次駆動し、前記複数の走査線の各々が駆動される間に複数の信号線を駆動して、個々の表示画素を発光させる際に、それぞれの前記表示画素に供給される駆動電圧を、累計動作時間または駆動電流の大きさを参照して検知される所定時間経過時に、所定のレベルまで増大されることを特徴とする画像表示装置の駆動方法を提供するものである。

本発明によれば、蛍光面を有する表示基板と表示基板の蛍光面に向けて電子を放出する電子源基板とからなる画像表示装置において、表示基板の蛍光面から出力される光の輝度が長期に亘って一定の輝度以上に維持可能となる。従って、輝度寿命が増大され、画像表示装置としての寿命も長期化される。また、その輝度寿命に達するまでの間、安定な画像の表示が可能な画像表示装置が得られる。

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、この発明が適用される平面画像表示装置の回路構成の一例を示す。

図１に示す画像表示装置は、例えば横１２８０×縦７６８の表示画素が形成されたフィールド・エミッション・ディスプレイ（ＦＥＤ）装置である。画像表示装置は、表示パネル１、Ｘドライバ（信号線駆動回路）２、Ｙドライバ（走査線駆動回路）３、および映像信号処理回路４を有する。

表示パネル１は、横（水平すなわちＹ）方向に、概ね平行に設けられた７６８本の走査線Ｙ（ｍ＝７６８，Ｙ１〜Ｙｍ）、走査線Ｙ１〜Ｙｍに、直交する縦（垂直すなわちＸ）方向に設けられた１２８０×３本の信号線Ｘ（ｎ＝１２８０，Ｘ１〜Ｘｎ）を有する。

それぞれの走査線Ｙ１〜Ｙｍおよび信号線Ｘ１〜Ｘｎの交差位置には、ｍ×ｎ（＝約２７６万）個の表示画素ＰＸが設けられている。各表示画素ＰＸは、図示しないが水平方向において隣接する３個の表示画素ＰＸ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を含む。

表示パネル１の個々の表示画素ＰＸ（Ｒ，Ｇ，Ｂのそれぞれ）は、いずれも表面伝導型電子放出素子１１および個々の電子放出素子１１から放出される電子ビームにより発光する赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、および青（Ｂ）の蛍光体１２（図５に断面の一例を示す）を含む。

各走査線Ｙ１〜Ｙｍは、対応する水平ライン（行）の表示画素ＰＸの電子放出素子１１に接続され、走査電極として用いられる。各信号線Ｘ１〜Ｘｎは、対応する列（垂直方向）の表示画素ＰＸの電子放出素子１１に接続され、信号電極として用いられる。

信号線駆動回路２、走査線駆動回路３、および映像信号処理回路４は、表示用駆動ユニットとして表示パネル１の周囲に配置され、例えば外部に設けられるタイミングコントローラ（図示せず）から制御信号および画像信号が供給されることで、表示パネル１に画像を表示させる。

映像信号処理回路４は、外部の信号源から供給され、Ｒ，Ｇ，Ｂ信号を含む映像信号をデジタル形式で処理する。走査線駆動回路３は、走査信号を用いて、走査線Ｙ１〜Ｙｍを順次駆動し、信号線駆動回路２は、走査線Ｙ１〜Ｙｍの各々が走査線駆動回路３によって駆動される間に映像信号処理回路４からの映像信号に対応して、信号線Ｘ１〜Ｘｎを駆動する。

映像処理回路４は、例えば１フレーム分のＲＧＢ映像信号のレベルを合計して平均レベルを検出するＡＰＬ検出回路（平均検出回路）４０、高輝度部分の面積が多い画像パターンについて輝度を一律に低下させるためにＡＰＬ検出回路４０によって検出された平均レベルに基づいてＲＧＢ映像信号を調整するＡＢＬ（輝度制限回路）４１、ＡＢＬ回路４１から出力されるＲＧＢ映像信号の階調レベルすなわちエミッタ１１に印加される駆動電圧Ｖｆを補正する補正回路４２を含む。なお、ＡＰＬ検出回路４０は、１または複数フレーム分のＲＧＢ映像信号の平均階調レベルおよび、１または複数水平ライン分のＲＧＢ映像信号の平均階調レベルの少なくとも一方を検出するように構成されても良い。また、ＡＰＬ検出回路４０は、１または複数フレーム分の映像信号、あるいは、１または複数水平ライン分の映像信号の平均階調レベルを複数の表示画素ＰＸに実際に流れる発光電流あるいは放電電流から検出するように構成されても良い。

Ｘドライバ（信号線駆動回路）２は、映像処理回路４から供給される１水平ライン分の映像信号を、水平同期信号ＨＤに同期してサンプリングし、保持するラインメモリ２０、およびこのラインメモリ２０から並列的に出力される１水平ライン分の映像信号にそれぞれ対応する、ｎ個の駆動信号を発生する駆動信号発生部２１を含む。

駆動信号発生部２１は、各々対応する画素の映像信号の階調レベルに比例するパルス幅のパルス信号を発生するｎ個のパルス幅変調回路２２、および各々対応パルス幅変調回路２２からのパルス信号のパルス幅に等しい期間だけ駆動用基準電圧端子からの基準電圧Ｖｒｅｆを、信号線Ｘ１〜Ｘｎに、所定タイミングで出力するｎ個の出力バッファ（ＡＭＰ）２３を含む。

パルス幅変調回路２２および出力バッファ２３は、１信号線Ｘに対する駆動信号出力部として機能する。すなわち、パルス幅変調回路２２から発生されるパルス信号として、例えば基準電圧Ｖｒｅｆが出力され、ｎ個のパルス幅変調回路２２に供給される。

Ｙドライバ（走査線駆動回路）３は、シフトレジスタ３１に接続され、ｍ個の出力バッファ（ＡＭＰ）３２を介して、それぞれに対応する走査線Ｙ１〜Ｙｍのそれぞれに、走査信号を供給する。すなわち、全ての走査線Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３，…，Ｙｍ−１，Ｙｍには、順に、１ラインごとに、走査信号が供給される。

従って、任意の走査線に走査信号が供給されている状態で、Ｘドライバ２の任意のＡＭＰ（バッファ）２３通じて画像信号（輝度信号）Ｖｆが供給されることで、それぞれのラインが交差する位置の表示画素ＰＸの電子放出素子（電子源すなわちエミッタ）１１が選択的にオンされ、対応する画素ＰＸから所定の色の光が出力される。

ところで、今日、ユーザの要求の高い横長の表示パネル１においては、既に説明したように、１２８０×７６８もの表示画素ＰＸが存在する（Ｒ，Ｇ，Ｂ単位では、合計数はその３倍である）。特に近年は、表示パネルの大きさが対角で４０インチを超えるような画面の大きなＦＥＤが広くユーザから求められている。このため、輝度が十分に得られるとともに、長期に亘って維持されることが必要である。なお、蛍光面２２１（または表示パネル１）の寿命は、初期の輝度に比較して概ね１／２に低下する（半減する）レベルとされている。

映像処理回路４は、上述したように、ＡＰＬ検出回路（平均検出回路）４０とＡＢＬ回路（輝度制限回路）４１とを有する。

ところで、図２に示すように、表示画素ＰＸから放射される光の強度（画像光の輝度）は、動作時間（累計表示時間）に比例して、次第に低下する。

ここで、図３に示すように、補正回路４２に入力される輝度信号を、ＡＰＬ検出回路４０およびＡＢＬ回路４１とにより、動作時間の累計すなわち（累計表示時間）に基づいた所定の時間Ｈａにおいて、予め設定されたレベルまで増大させることにより、図２に示す通り、輝度（全白輝度）を、動作時間の累計がほとんどない初期時における輝度のレベルまで向上させることができる。

すなわち、補正回路４２は、図示しない動作時間カウンタもしくは図示しない輝度レベル検出器（通常は、映像処理回路４から補正回路４２を通じてＸドライバ２の個々のバッファ２３に供給される駆動電圧に対応する駆動電流の大きさを検出する）により検出される累計動作時間を参照し、所定時間経過時に、バッファ２３に供給される駆動電圧を増大させる。

従って、図２に示したように、表示画素ＰＸから放射される光の強度（画像の輝度）は、動作時間（累計表示時間）に比例して次第に低下するものの、動作時間の累計に基づいた所定時間Ｈａにおいて、駆動電圧が増大されることにより、動作時間の累計がほとんどない初期時における輝度のレベルまで向上される。

これにより、表示パネル１の寿命が非制御時（図２の点線の曲線）に比較して大幅に増大される。

なお、駆動電圧を増大させる際の増加率やそのタイミング（累計動作時間）は、映像処理回路４が出力可能な駆動電圧の範囲で任意に設定可能であることはいうまでもない。

図４および図５に、図１に示した画像表示装置に組み込まれる表示パネルの構造の一例を示す。

表示パネル１は、電子放出素子（電子源すなわちエミッタ）１１を有する電子源側基板（第１基板、以下リアパネルと呼称する）１００と、リアパネル１００に所定の間隔で対向され、エミッタ１１から出力された電子線が照射されることで蛍光を出力する蛍光面（Ｒ，Ｇ，Ｂ蛍光体１２）を含む蛍光面側基板（第２基板、以下フェースプレートと呼称する）２００とを有する。

リアパネル１００およびフェースプレート２００は、それぞれ、所定面積が与えられた矩形状の背面（電子源側）ガラス基材１０１と前面（蛍光面側）２０１とを含み、それぞれの基材１０１および２０１の主要な部分すなわち表示領域相当部には、電子源（電子放出素子）と蛍光体（発光素子）とが所定数設けられている。

両基板１００，２００は、１〜２ｍｍのギャップ（間隔）で対向され、両基板１００，２００の周縁部に設けられる側壁３０１により、相互に接合されている。すなわち、表示パネル１は、２枚の基板１００，２００と側壁３０１とにより密閉構造の外囲器４０１となる。なお、外囲器４０１の内部は、例えば１０^−４Ｐａ程度の真空度に維持される。

リアパネル１００およびフェースプレート２００のガラス基材相互間には、外囲器４０１として組み立てられた状態で、それぞれに作用する大気圧に抗するため、板状あるいは柱状に形成された多数のスペーサ５０１が配置されている。

フェースプレート２００に用いられるガラス基材２０１の一方の面、すなわち外囲器４０１として組み立てた際に内側に面する面には、上述したＲ，Ｇ，Ｂのそれぞれの蛍光体１２が所定の順に配列された蛍光面２１１が設けられている。なお、蛍光面２１１には、後段に詳述するが、アノード電極として機能する金属薄膜（メタルバック層）が設けられる。なお、電子源とアノード電極との間に、例えば１０〜１５ｋＶの掃引電圧が印加される。

蛍光面２１１には、図４および図５に示すように、リアパネル１００の個々のエミッタ１１から放射される電子が衝突されることでＲ，Ｇ，Ｂの光を放出する３種類の蛍光体１２−１（Ｒ），１２−２（Ｇ），１２−３（Ｂ）と、それぞれの蛍光体を区画するマトリックス状に配列された光遮光層（ブラックマスク）２２１が設けられている。

各蛍光体１２−１，１２−２，１２−３は、フェースプレート２００（ガラス基材２０１）の長手方向を第１方向（Ｘ方向）、Ｘ方向（長手方向）と直交する幅方向を第２方向（Ｙ方向）とした場合、例えばＹ方向に延びたストライプ状に形成されている。なお、各蛍光体１２−１〜−３は、前に説明したが、３つを１単位として配列される。

光遮光層２２１は、例えばカーボンとバインダ材との混合物であって、その抵抗値が、例えば１０^３〜１０^８［Ω］に設定されている。なお、バインダ材の含有量は、最大で８０％に規定されている。

光遮光層（ブラックマスク）２２１は、図４および図５から容易に理解できるとおり、Ｘ方向（列方向）とＹ方向（行方向）のそれぞれに、１２８０×３列および７６８行、配列されているとする。例えば、１画素の大きさを０．６ｍｍ四方とすると、個々の蛍光体層が帯状に伸びるＹ方向に関しては、その幅（Ｘ方向）に対応する領域の太さは、横線部の太さに比較して、狭い。一例を示すと、縦線部の幅は、Ｒ，Ｇ，Ｂからなる１画素間すなわちＢ（１２−３）とＲ（１２−１）との間で２０〜１００μｍ、より好ましくは４０〜５０μｍで、残りの部分すなわちＲ（１２−１）とＧ（１２−２）もしくはＧ（１２−２）とＢ（１２−３）との間２０〜１００μｍ、より好ましくは２０〜３０μｍである。これに対し、横線部の幅は、１５０〜４５０μｍ、より好ましくは３００μｍである。

蛍光面２１１には、光遮光層２２１により区画されたそれぞれの蛍光体領域１２−１，１２−２，１２−３を覆う全面に設けられ、表面に凹凸のある蛍光体領域に、以下に説明するように、アノード電極として機能するとともに各蛍光体領域で放出された光をガラス基板２０１側に反射させるために利用される金属薄層すなわちメタルバック層２３１が、所定の厚さに形成される。なお、メタルバック層という用語を用いているが、この層は、アノードとして機能することが可能であれば、金属（メタル）に限定されるものではなく、種々の材料を使うことが可能である。また、メタルバック層２３１が形成されるに先だって、蛍光体領域の全面に、例えば樹脂等の蛍光体粒子を相互に固定することのできる平滑化層が設けられてもよい。

以上説明したように、映像処理回路において、輝度低下時にＡＰＬ設定レベルを変えることにより、初期時の輝度とすることができ、これにより大幅に寿命が増大できる。

上述の各実施形態では、映像処理回路からＸドライバ（信号線駆動回路）に入力される輝度信号を、ＡＰＬ検出回路およびＡＢＬ回路とにより、動作時間の累計すなわち（累計表示時間）に基づいた所定の時間を区切りとして、予め設定されたレベルまで増大させることにより、表示パネルから出力される光の輝度（全白輝度）を、動作時間の累計がほとんどない初期時における輝度のレベルまで向上させることができる。なお、駆動信号が電圧振幅駆動方式であってもパルス幅変調駆動方式であってもかまわない。また、両駆動方式を併用する場合にも適用可能である。

なお、この発明は、前記各実施の形態に限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々な変形もしくは変更が可能である。また、各実施の形態は、可能な限り適宜組み合わせて実施されてもよく、その場合、組み合わせによる効果が得られる。

この発明が適用される画像表示装置の回路構成の一例を示す概略図。 図１に示した画像表示装置の表示パネルの輝度の変化を説明する概略図。 図１に示した画像表示装置の表示パネルに印加される駆動電圧の特徴の一例を説明する概略図。 図１に示した画像表示装置の表示パネルの構造の一例を示す概略図。 図４に示した画像表示装置の表示パネルの構造の一例（断面）を示す概略図。

符号の説明

１…表示パネル、２…信号線駆動回路、３…走査線駆動回路、４…映像信号処理回路、１１…表面伝導型電子放出素子（エミッタ）、１２…蛍光体、１２−１…蛍光体（Ｒ）、１２−２…蛍光体（Ｇ）、１２−３…蛍光体（Ｂ）、２０…ラインメモリ、２１…駆動信号発生部、２２…パルス幅変調回路、２３…出力バッファ（ＡＭＰ）、３１…シフトレジスタ、３２…出力バッファ（ＡＭＰ）、４０…ＡＰＬ検出回路、４１…ＡＢＬ回路、４２…補正回路、１００…リアパネル（電子源側基板，第１基板）、１０１…第１基板の基材、２００…フェースプレート（蛍光面側基板，第２基板）、２０１…第２基板の基材、２１１…蛍光面、２２１…光遮光層（ブラックマスク）、２３１…メタルバック層（金属薄膜，掃引電圧印加部）、２４１…ゲッタ（不純物吸着）層、３０１…側壁、４０１…密閉構造（外囲器）、５０１…スペーサ。

Claims (7)

1. 電子線源を保持した第１基板と、前記電子線源から出力された電子線が照射されることで所定の色の光を出力するマトリクス状に区画された複数の蛍光体を含む蛍光体層を保持し、前記第１基板に所定間隔で対向された第２基板と、前記第１基板および前記第２基板を密閉構造とする側壁と、を備える表示パネルの駆動方法において、
   蛍光体層の個々の区画された蛍光体を発光させる駆動回路に供給される駆動電圧を、累計動作時間または駆動電流の大きさを参照し、所定時間経過時に、駆動回路に供給される駆動電圧を増大させることを特徴とする画像表示装置の駆動方法。
2. 駆動回路に供給される駆動電圧は、任意のタイミングで任意の大きさだけ増大可能であることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置の駆動方法。
3. 駆動電圧が増大される少なくとも１つのタイミングは、表示画素から白画像を出力させた際の輝度が初期の輝度の概ね１／２の輝度となるタイミングであることを特徴とする請求項２記載の画像表示装置の駆動方法。
4. 複数の走査線と、
   前記複数の走査線に交差する複数の信号線と、
   前記複数の走査線および前記複数の信号線との交差位置に配置され各々一対の走査線および信号線間の画素電圧に対応して駆動される複数の表示画素と、
   前記複数の走査線を順次駆動する走査線ドライバと、
   前記走査線ドライバによって前記複数の走査線の各々が駆動される間に前記複数の信号線を駆動する信号線ドライバと、
   個々の前記表示画素を発光させるための、それぞれの画素に供給される駆動電圧を、累計動作時間または駆動電流の大きさを参照し、所定時間経過時に、前記信号線ドライバに供給される駆動電圧を増大させる駆動電圧補正回路と、
   を有することを特徴とする画像表示装置。
5. 前記駆動電圧補正回路は、入力される映像信号のレベルを合計して平均レベルを検出するＡＰＬ検出回路と、高輝度部分の面積が多い画像パターンについて輝度を一律に低下させるために前記ＡＰＬ検出回路によって検出された平均レベルに基づいて入力される映像信号の輝度レベルを設定するＡＢＬ回路とにより生成される補正信号に従って、前記信号線ドライバに供給される駆動電圧を設定することを特徴とする請求項４記載の画像表示装置。
6. 複数の走査線と、
   前記複数の走査線に交差する複数の信号線と、
   前記複数の走査線および前記複数の信号線との交差位置に配置され各々一対の走査線および信号線間の画素電圧に対応して駆動される複数の表示画素とを備える画像表示装置の駆動方法であって、
   前記複数の走査線を順次駆動し、前記複数の走査線の各々が駆動される間に複数の信号線を駆動して、個々の表示画素を発光させる際に、それぞれの前記表示画素に供給される駆動電圧を、累計動作時間または駆動電流の大きさを参照して検知される所定時間経過時に、所定のレベルまで増大されることを特徴とする画像表示装置の駆動方法。
7. 駆動回路に供給される駆動電圧は、任意のタイミングで任意の大きさだけ増大可能であることを特徴とする請求項６記載の画像表示装置の駆動方法。

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