JP2006284854A - 映像表示装置及び映像表示方法 - Google Patents

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賢一 永井
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Abstract

【課題】この発明は、映像信号の持つ階調を劣化させることなく、簡易な構成で表示映像の明るさを容易に可変することができるようにした映像表示装置及び映像表示方法を提供することができる。
【解決手段】平面的に配列された複数の電子放出素子42と、複数の電子放出素子42の配列面に対向して設置され、各電子放出素子42に印加する電圧の時間長に応じた輝度で発光するスクリーン51とを備えた表示パネル14を備える。そして、映像信号をサンプリングした各サンプリング値に対応したパルス幅変調信号を得、この各パルス幅変調信号に対して表示映像の明るさを示す表示モードに応じたパルス幅制限を施して複数の電子放出素子42に与える。
【選択図】図3

Description

この発明は、例えばSED(surface-conduction electron-emitter display)等の平面型表示パネルを用いた映像表示装置及び映像表示方法に関する。
周知のように、近年では、テレビジョン放送のデジタル化が推進されてきている。例えば、日本国内においては、BS(broadcasting satellite)デジタル放送及び110度CS(communication satellite)デジタル放送等の衛星デジタル放送だけでなく、地上デジタル放送も開始されている。
そして、このようなテレビジョン放送を受信するテレビジョン放送受信機においては、薄型で大画面のものが望まれる傾向にある。このため、現在では、2つの素子電極間に電圧を印加することにより電子ビームを放出する表面伝道型電子放出素子を使用した、SED等の平面型表示パネルが広く採用されてきている。
すなわち、この平面型表示パネルは、表面伝道型電子放出素子から放出された電子ビームを、蛍光体をコーティングしたスクリーンに照射することにより蛍光物質を発光させることができ、そのときの輝度の強さを電子放出素子に印加する電圧の時間長で可変することができることを利用している。
具体的には、多数の電子放出素子をマトリクス状に平面配列し、この配列体をスクリーンに対向させるように設置する。そして、個々の電子放出素子に、映像信号のサンプリング値に応じた時間長の電圧パルスを印加することによって、スクリーン上に映像を形成するようにしている。
ところで、テレビジョン放送受信機には、周辺環境やユーザの好みに応じて、表示映像の明るさを可変する機能が備えられている。例えば、表示映像の明るい順に「鮮やか」、「標準」、「映画」の3種類の表示モードが用意されており、ユーザの操作によって各表示モードを選択的に切り替えることができるようになっている。
この場合、表示映像の明るさを可変するには、映像信号に係数を乗算してゲインを変更する手法が容易である。しかしながら、この手法では、映像信号の持つ階調が劣化するという問題が生じる。例えば、映像信号が8ビットで256階調を有していても、ゲインを1ビット分絞ると128階調に劣化することになる。
特許文献1には、映像信号のサンプリング値に応じてクロック数をカウントすることにより、電子放出素子に印加する電圧レベルを、1水平走査期間を最大パルス幅としてパルス幅変調する際、電圧パルスの時間的な最大パルス幅を変えることなくクロック周波数を可変して階調を変更可能とするようにした構成が開示されている。
特開2003−195800号公報
そこで、この発明は上記事情を考慮してなされたもので、映像信号の持つ階調を劣化させることなく、簡易な構成で表示映像の明るさを容易に可変することができるようにした映像表示装置及び映像表示方法を提供することを目的とする。
この発明に係る映像表示装置は、平面的に配列された複数の電子放出素子と、複数の電子放出素子の配列面に対向して設置され、複数の電子放出素子に印加する電圧の時間長に応じた輝度で発光するスクリーンと、映像信号をサンプリングし、その各サンプリング値に対応したパルス幅を有するパルス幅変調信号を得る変調手段と、変調手段で得られた各パルス幅変調信号に対して、表示映像の明るさを示す表示モードに応じたパルス幅制限を施して複数の電子放出素子に与えるパルス幅制御手段とを備えるようにしたものである。
また、この発明に係る映像表示方法は、平面的に配列された複数の電子放出素子と、複数の電子放出素子の配列面に対向して設置され、複数の電子放出素子に印加する電圧の時間長に応じた輝度で発光するスクリーンとを有する表示パネルに、映像を表示させる方法を対象としている。そして、映像信号をサンプリングし、その各サンプリング値に対応したパルス幅を有するパルス幅変調信号を得る第1の工程と、第1の工程で得られた各パルス幅変調信号に対して、表示映像の明るさを示す表示モードに応じたパルス幅制限を施して前記の電子放出素子に与える第2の工程とを備えるようにしたものである。
上記した構成及び方法によれば、複数の電子放出素子に与えるパルス幅変調信号に対して、表示映像の明るさを示す表示モードに応じたパルス幅制限を施すようにしたので、映像信号の持つ階調を劣化させることなく、簡易な構成で表示映像の明るさを容易に可変することができるようになる。
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図1は、この実施の形態で説明するテレビジョン放送受信機11を正面側から見た状態を示している。このテレビジョン放送受信機11は、主として、薄型のキャビネット12と、このキャビネット12を支持する支持台13とから構成されている。
このうち、キャビネット12には、その正面中央部にSED等の平面型表示パネル14が配置されている。また、このキャビネット12には、その平面型表示パネル14の両側に、スピーカ15、操作部16及びワイヤレスのリモートコントローラ17から送出された操作情報を受信するための受信部18等が配置されている。
一方、上記支持台13は、キャビネット12の底面中央部に回動自在に連結されるもので、所定の基台19の水平面上に載置された状態で、キャビネット12を起立させて支持するように構成されている。
図2は、上記テレビジョン放送受信機11の信号処理系を概略的に示している。この信号処理系を構成する各種の回路ブロックは、主として、上記キャビネット12の内部で背面に近い位置、つまり、上記平面型表示パネル14の裏側あたりに配置されている。
そして、デジタルテレビジョン放送受信用のアンテナ20で受信したデジタルテレビジョン放送信号は、入力端子21を介してチューナ部22に供給される。このチューナ部22は、入力されたデジタルテレビジョン放送信号から所望のチャンネルの信号を選局し復調している。そして、このチューナ部22から出力された信号は、デコーダ部23に供給されて、例えばMPEG(moving picture experts group)2デコード処理が施された後、セレクタ24に供給される。
さらに、アナログテレビジョン放送受信用のアンテナ25で受信したアナログテレビジョン放送信号は、入力端子26を介してチューナ部27に供給される。このチューナ部27は、入力されたアナログテレビジョン放送信号から所望のチャンネルの信号を選局し復調している。そして、このチューナ部27から出力された信号は、A/D(analog/digital)変換部28によりデジタル化された後、上記セレクタ24に出力される。
また、アナログ信号用の入力端子29に供給されたアナログの映像及び音声信号は、A/D変換部30に供給されてデジタル化された後、上記セレクタ24に出力される。さらに、デジタル信号用の入力端子31に供給されたデジタルの映像及び音声信号は、そのまま上記セレクタ24に供給される。
上記セレクタ24は、4種類の入力デジタル映像及び音声信号から1つを選択して、信号処理部32に供給している。この信号処理部32は、入力されたデジタル映像信号に所定の信号処理を施した後、上記平面型表示パネル14を含む映像表示部33に出力している。この映像表示部33では、入力された映像信号に基づいて平面型表示パネル14を駆動し、映像表示を行なわせている。また、上記信号処理部32は、入力されたデジタル音声信号に所定の信号処理を施し、アナログ化して上記スピーカ15に出力することにより、音声再生を行なっている。
ここで、このテレビジョン放送受信機11は、上記した各種の受信動作を含む種々の動作を制御部34によって統括的に制御されている。この制御部34は、CPU(central processing unit)等を内蔵しており、上記操作部16からの操作情報、または、上記リモートコントローラ17から送信された操作情報を受信部18を介して受けることにより、その操作内容が反映されるように各部をそれぞれ制御している。
この場合、制御部34は、主として、そのCPUが実行する制御プログラムを格納したROM(read only memory)35と、該CPUに作業エリアを提供するためのRAM(random access memory)36と、各種の設定情報及び制御情報等が格納される不揮発性メモリ37とを利用している。
図3は、上記映像表示部33の詳細を示している。この映像表示部33は、上記平面型表示パネル14と電圧パルス印加部38と走査部39とを備えている。このうち、平面型表示パネル14は、複数の水平ライン40と、この複数の水平ライン40に交差する複数の垂直ライン41と、複数の水平ライン40と複数の垂直ライン41との各交差部で、それぞれ、走査電極が水平ライン40に接続され信号電極が垂直ライン41に接続された表面伝導型の複数の電子放出素子42と、後述するスクリーンとから構成されている。
この電子放出素子42は、その信号電極と走査電極との間に印加された電位がスレッショルドを越えると電子放電が起き、対向するスクリーンの蛍光体を励起して発光させることができる。この場合、赤、緑、青の蛍光体を交互に配することで、カラー表示が可能となる。
また、上記電圧パルス印加部38は、上記信号処理部32から供給されるRBG映像信号の1水平走査期間分を、クロックCK1によりサンプリングしてラインメモリ43に保持する。このラインメモリ43に保持された映像信号1ライン分のサンプリング値は、次の水平走査期間に後述するパルス幅変調信号を出力する動作を行なうため、ラッチパルスDLのタイミングに合わせてラインメモリ44にラッチされ、各映像サンプリング値毎に用意されたコンパレータ451,452,453,……,45nの一方の入力端に供給される。
一方、上記電圧パルス印加部38には、10ビットのカウンタ46が備えられている。このカウンタ46は、クロックCK2をカウントアップし、リセット信号Rで初期化されることにより、水平走査期間毎に0から1023までの10ビットの値を循環的に計数する。そして、このカウンタ46の計数値は、各コンパレータ451,452,453,……,45nの他方の入力端に供給される。
これらのコンパレータ451〜45nは、それぞれ、ラインメモリ44からの映像サンプリング値と、カウンタ46の計数値とを比較し、カウンタ46の計数値が映像サンプリング値より小さい場合にH(high)レベルを出力し、カウンタ46の計数値が映像サンプリング値を越えた場合にL(low)レベルを出力する。
そして、各コンパレータ451〜45nの出力は、それぞれ出力バッファ増幅器471〜47nに供給される。これらの出力バッファ増幅器471〜47nは、対応するコンパレータ451〜45nの出力がHレベルの場合に、基準電圧Vrefを出力する。
これにより、詳細は後述するが、各出力バッファ増幅器471〜47nからは、電圧レベルが基準電圧Vrefで、映像サンプリング値に対応したパルス幅を有するパルス幅変調信号が出力されることになる。
その後、各出力バッファ増幅器471〜47nから出力されたパルス幅変調信号は、それぞれ係数乗算器481〜48nに供給される。これらの係数乗算器481〜48nは、係数Kを乗算することにより、入力されたパルス幅変調信号のパルス幅を、係数Kに対応した比率に制限するように動作する。
例えば、係数Kが1であれば、入力されたパルス幅変調信号をそのパルス幅を変えることなくそのまま出力する。また、係数Kが0.7であれば、入力されたパルス幅変調信号のパルス幅を70%に短縮して出力する。さらに、係数Kが0.5であれば、入力されたパルス幅変調信号のパルス幅を50%に短縮して出力する。
この係数Kは、ユーザが平面型表示パネル14における表示映像の明るさを設定する操作を行なうことにより、その設定された明るさに対応した値が制御部34から供給されるようになっている。
そして、各係数乗算器481〜48nから出力されたパルス幅変調信号が、平面型表示パネル14の各垂直ライン41に供給されることになる。
一方、上記走査部39は、シフトレジスタ49を有している。このシフトレジスタ49は、平面型表示パネル14の各水平ライン40に対応する複数の出力端を備えている。そして、水平同期パルスHPが入力される毎に、その複数の出力端からHレベルが順次シフトされて出力される。また、このシフトレジスタ49は、垂直同期パルスVPでリセットされる。
そして、このシフトレジスタ49の各出力は、それぞれバッファ増幅器501〜50mに供給される。これらのバッファ増幅器501〜50mは、シフトレジスタ49の出力がHレベルのときに一定の負電位Vyonを出力する。そして、各バッファ増幅器501〜50mの出力が、平面型表示パネル14の各水平ライン40に供給されることになる。
図4は、表面伝導型電子放出素子42の1つを拡大して示している。すなわち、ガラス基板421上に走査電極422と信号電極423とを形成し、各走査電極422と信号電極423とを、導電性薄膜424を介して、通電フォーミング処理により形成された電子放出部425に接続している。なお、符号426は通電活性化処理により形成した薄膜である。
このようにガラス基板421上に複数の電子放出素子42が配列して形成される。そして、この複数の電子放出素子42の配列面に面対向するように、所定間隔を置いて加速電圧印加用のスクリーン51が配置されている。このスクリーン51は、ガラス基板511上にRGBに対応する蛍光体512を介してメタルバック513を設けたものである。
そして、上記走査電極422と信号電極423との間に電圧E1が印加されると、電子放出部425から電子が放出される。この放出された電子は、スクリーン51のメタルバック513と走査電極422との間に印加された高電圧E2によってスクリーン51側に引き付けられ、蛍光体512に衝突して発光させる。
図5(a)〜(i)は、上記電圧パルス印加部38におけるパルス幅変調動作を示している。ここでは、1水平走査期間分のパルス幅変調動作について説明する。図5(a)は水平同期信号HDを示している。図5(b)は、上記カウンタ46に与えるクロックCK2を示している。図5(c)は、カウンタ46の計数値を、縦軸を10進数値として三角波状に表記して示したものである。
図5(d)〜(h)に示す波形a〜a+4は、ラインメモリ44から出力された映像サンプリング値がaの場合、a+1の場合、……、a+4の場合に、上記出力バッファ増幅器471〜47nから得られるパルス幅変調信号をそれぞれ示している。図5(i)は、図3における水平ライン40のi本目の電位を示している。シフトレジスタ49が水平同期パルスHPに合わせて上から順に1本ずつ選択的にオンし、振幅Vyonの負のパルスを1水平走査期間出力している。
図5(d)に示すように、カウンタ46の計数値が映像サンプリング値aより小さい場合は、コンパレータ451〜45nがHレベルを出力し、出力バッファ増幅器471〜47nが基準電圧Vrefの振幅の信号を出力する。カウンタ46の計数値が映像サンプリング値aを越えると、コンパレータ451〜45nの出力がLレベルになり、出力バッファ増幅器471〜47nの出力がグランドレベルに落ちる。これにより、映像サンプリング値aに応じたパルス幅の変調信号が得られる。
同様に、ラインメモリ44から出力される映像サンプリング値がa+1の場合は、さらにクロックCK2の1周期分長いパルス幅の変調信号が得られ、ラインメモリ44から出力される映像サンプリング値がa+2、a+3、a+4、……では、その値に応じてパルス幅が決定される。
これにより、出力バッファ増幅器471〜47nからは、ラインメモリ44に保持された映像信号のサンプリング値に比例したパルス幅(階調表現に対応するパルス幅)のパルス幅変調信号が得られる。
出力バッファ増幅器471〜47nから出力されたパルス幅変調信号は、係数乗算器481〜48nにより係数Kに対応した比率にパルス幅が制限された後、垂直ライン41に供給される。
このようにして、1水平走査期間分のパルス幅変調信号が垂直ライン41に供給されている期間に、所定の選択された水平ライン40に負の電圧Vyonが印加されると、その水平ライン40に接続された各電子放出素子42にVref+Vyonの電圧レベルが加わる。
このため、各電子放出素子42は、パルス幅変調信号に応じた時間電子を放出し、蛍光体512がその時間に対応した輝度で発光することになる。これにより、1水平走査分の映像が表示される。
ここで、この実施の形態では、上記したように、各出力バッファ増幅器471〜47nから出力されたパルス幅変調信号のパルス幅を、係数乗算器481〜48nに設定された係数Kに対応した比率に制限することにより、平面型表示パネル14における表示映像の明るさを可変するようにしている。
図6は、ユーザの操作によって、表示映像の明るさを可変するための処理動作をまとめたフローチャートを示している。まず、処理が開始(ステップS1)されると、上記制御部34は、ステップS2で、表示映像の明るさを変更することを要求する操作が行なわれたか否かを判別する。
そして、表示映像の明るさを変更することを要求する操作が行なわれたと判断された場合(YES)、制御部34は、ステップS3で、OSD(on screen display)により平面型表示パネル14に明るさ設定画面を表示させる。
この明るさ設定画面は、図7に示すように、「鮮やか」、「標準」、「映画」の3種類の明るさを示す表示モードに対応した項目が表示されており、いずれかの項目をリモートコントローラ17のカーソルキーで選択し決定キーを操作することによって、明るさを設定することができる。
そして、制御部34は、ステップS4で、明るさ設定画面上でいずれかの項目が決定されたか否かを判別し、決定されたと判断された場合(YES)、ステップS5で、その決定された項目(明るさ)に対応する係数Kを係数乗算器481〜48nに設定して、処理を終了(ステップS6)する。
上記した実施の形態によれば、各電子放出素子42に与えるパルス幅変調信号のパルス幅を、ユーザの設定した明るさに対応する比率に制限するようにしたので、映像信号の持つ階調を劣化させることなく、簡易な構成で表示映像の明るさを容易に可変することができるようになる。
この場合、例えば、設定された明るさが「鮮やか」のとき係数Kを1、「標準」のとき係数Kを0.7、「映画」のとき係数Kを0.5とすれば、先に述べたように、係数Kが少なくなるほどパルス幅が短縮されるようになって、容易に明るさを変更することができる。この例の場合には、「映画」モードに設定されたときの明るさが、「鮮やか」モードに設定されたときの明るさのほぼ半分となっている。
また、上記した実施の形態では、ユーザの操作によって表示映像の明るさを設定することについて述べたが、例えば、テレビジョン放送受信機11に外光センサを設置し、周辺環境の光量に応じて表示映像の明るさを自動的に変更させるようにしても良いことはもちろんである。
さらに、上記した実施の形態では、SEDを例にして説明したが、例えばプラズマディスプレイの場合では、放電時間を制限することにより明るさを容易に可変することができるようになる。
なお、この発明は上記した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を種々変形して具体化することができる。また、上記した実施の形態に開示されている複数の構成要素を適宜に組み合わせることにより、種々の発明を形成することができる。例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良いものである。さらに、異なる実施の形態に係る構成要素を適宜組み合わせても良いものである。
この発明の実施の形態を示すもので、テレビジョン放送受信機の外観を説明するために示す正面図。 同実施の形態におけるテレビジョン放送受信機の信号処理系を説明するために示すブロック構成図。 同実施の形態におけるテレビジョン放送受信機の映像表示部の詳細を説明するために示すブロック構成図。 同実施の形態における映像表示部に使用された電子放出素子の詳細を説明するために示す側断面図。 同実施の形態における映像表示部の電圧パルス印加部の動作を説明するために示すタイミング図。 同実施の形態における映像表示部の明るさを設定する動作を説明するために示すフローチャート。 同実施の形態における映像表示部の明るさ設定時に表示される明るさ設定画面の一例を説明するために示す図。
符号の説明
11…テレビジョン放送受信機、12…キャビネット、13…支持台、14…平面型表示パネル、15…スピーカ、16…操作部、17…リモートコントローラ、18…受信部、19…基台、20…アンテナ、21…入力端子、22…チューナ部、23…デコーダ部、24…セレクタ、25…アンテナ、26…入力端子、27…チューナ部、28…A/D変換部、29…入力端子、30…A/D変換部、31…入力端子、32…信号処理部、33…映像表示部、34…制御部、35…ROM、36…RAM、37…不揮発性メモリ、38…電圧パルス印加部、39…走査部、40…水平ライン、41…垂直ライン、42…電子放出素子、43,44…ラインメモリ、451〜45n…コンパレータ、46…カウンタ、471〜47n…出力バッファ増幅器、481〜48n…係数乗算器、49…シフトレジスタ、501〜50m…バッファ増幅器、51…スクリーン。

Claims (10)

  1. 平面的に配列された複数の電子放出素子と、
    前記複数の電子放出素子の配列面に対向して設置され、前記複数の電子放出素子に印加する電圧の時間長に応じた輝度で発光するスクリーンと、
    映像信号をサンプリングし、その各サンプリング値に対応したパルス幅を有するパルス幅変調信号を得る変調手段と、
    前記変調手段で得られた各パルス幅変調信号に対して、表示映像の明るさを示す表示モードに応じたパルス幅制限を施して前記複数の電子放出素子に与えるパルス幅制御手段とを具備することを特徴とする映像表示装置。
  2. 相互に交差させて配置された複数の水平ライン及び複数の垂直ラインと、
    前記複数の水平ライン及び複数の垂直ラインの各交差部でそれぞれ水平ラインと垂直ラインとに接続されるもので、電圧が印加されることにより電子を放出する複数の電子放出素子と、
    前記複数の電子放出素子の配列面に対して所定間隔を置いて対向するように配置され、前記電子放出素子から放出された電子が当たるもので、前記複数の電子放出素子に印加する電圧の時間長に応じた輝度で発光するスクリーンと、
    前記複数の水平ラインを順次選択する走査手段と、
    映像信号を前記複数の水平ライン毎にそれぞれサンプリングし、その各サンプリング値に対応したパルス幅を有するパルス幅変調信号を得る変調手段と、
    前記変調手段で得られた各パルス幅変調信号に対して、表示映像の明るさを示す表示モードに応じたパルス幅制限を施し、前記走査手段で選択された水平ラインに接続されている前記複数の電子放出素子に、前記複数の垂直ラインを介して供給するパルス幅制御手段とを具備することを特徴とする映像表示装置。
  3. 前記パルス幅制御手段は、
    前記表示モードを設定する要求に基づいて、明るさ設定用の画面を表示させる設定画面表示手段と、
    前記設定画面表示手段で表示される明るさ設定用の画面上で設定された明るさに対応する係数を発生する係数発生手段と、
    前記係数発生手段で発生された係数に基づいて、前記変調手段で得られた各パルス幅変調信号のパルス幅を制限する制限手段とを具備することを特徴とする請求項1または2記載の映像表示装置。
  4. 前記設定画面表示手段は、異なる明るさに対応した複数の項目を有する明るさ設定用の画面を表示させ、この明るさ設定用の画面上で所望の項目を選択して決定させることを特徴とする請求項3記載の映像表示装置。
  5. 前記制限手段は、前記変調手段で得られた各パルス幅変調信号のパルス幅を、前記係数発生手段で発生された係数に対応した比率に短縮することを特徴とする請求項3記載の映像表示装置。
  6. 平面的に配列された複数の電子放出素子と、前記複数の電子放出素子の配列面に対向して設置され、前記複数の電子放出素子に印加する電圧の時間長に応じた輝度で発光するスクリーンとを有する表示パネルに、映像を表示させる映像表示方法であって、
    映像信号をサンプリングし、その各サンプリング値に対応したパルス幅を有するパルス幅変調信号を得る第1の工程と、
    前記第1の工程で得られた各パルス幅変調信号に対して、表示映像の明るさを示す表示モードに応じたパルス幅制限を施して前記複数の電子放出素子に与える第2の工程とを具備することを特徴とする映像表示方法。
  7. 前記第2の工程は、
    前記表示モードを設定する要求に基づいて、明るさ設定用の画面を表示させる工程と、
    前記明るさ設定用の画面上で設定された明るさに対応する係数を発生する工程と、
    発生された係数に基づいて、前記パルス幅変調信号のパルス幅を制限する工程とを具備することを特徴とする請求項6記載の映像表示方法。
  8. 前記明るさ設定用の画面を表示させる工程は、異なる明るさに対応した複数の項目を有する明るさ設定用の画面を表示させ、この明るさ設定用の画面上で所望の項目を選択して決定させることを特徴とする請求項7記載の映像表示方法。
  9. 前記パルス幅変調信号のパルス幅を制限する工程は、前記パルス幅変調信号のパルス幅を前記係数に対応した比率に短縮することを特徴とする請求項7記載の映像表示方法。
  10. 放送信号を受信する受信手段と、
    前記受信手段で受信した放送信号から映像信号を復元する処理手段と、
    平面的に配列された複数の電子放出素子と、
    前記複数の電子放出素子の配列面に対向して設置され、前記複数の電子放出素子に印加する電圧の時間長に応じた輝度で発光するスクリーンと、
    前記処理手段で復元された映像信号をサンプリングし、その各サンプリング値に対応したパルス幅を有するパルス幅変調信号を得る変調手段と、
    前記変調手段で得られた各パルス幅変調信号に対して、表示映像の明るさを示す表示モードに応じたパルス幅制限を施して前記複数の電子放出素子に与えるパルス幅制御手段とを具備することを特徴とする放送受信装置。
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