JP2008129083A - 画像表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】FEDは電子源の電流と配線抵抗に起因する電圧降下を補正しているが、製造工程に依存する電子源の電流量のばらつきにより補正精度が悪くなるので、この補正精度を補償することが必要である。
【解決手段】電子源から走査線へ又は走査線から電子源へ流れ込む信号線電流と該走査線に含まれる配線抵抗とによって生じる電圧降下を補償する映像信号の補補正回路が、測定された輝度値を参照して電流特性の異なる複数の電子源のうちの個々の電子源の信号線電流量の演算を行って該映像信号を補正する。
【選択図】図2

Description

本発明は、例えば薄膜電子源等の電子放出素子を用いたマトリクス型画像表示装置であるField Emission Display(以下、FEDと略す)の画質補正技術に関するものである。
FEDは、水平方向に延びる複数の走査線と垂直方向に延びる複数の信号線との各交点に電子源を配置し、走査線に印加される走査電圧と信号線に印加される(映像信号に応じた)信号電圧とにより該電子源を駆動するように構成される。
このようなFEDにおいては、走査線に流れる走査線電流と配線抵抗によって電圧降下が生じるため、輝度むら等の画質劣化が生じる。この画質劣化を補正するための従来技術としては、例えば特許文献1に記載のものが知られている。
特許文献1には、走査線を流れる走査線電流を測定し、その走査線電流に基づいて電圧降下量を算出し、これに対応した補正を行う技術が開示されている。
また、特許文献2には、電子放出素子によりマトリックス表示される画面において、画面の表示画素の発光輝度をカメラで測定すること、そしてその測定装置を演算装置へ入力し表示素子の発光量の情報を算出して調整することが開示されている。
特開2003−167542号公報 特開2004−71557号公報
しかしながら、このような構成のFEDにおいて、その製造工程に依存して、電子源個々の電気的特性が異なる場合があり、各電子源からの走査線電流量にばらつきが生じ、これにより特許文献1のように一定の走査線電流量から演算した補正量では、補正量が正確ではなくなり輝度が不均一となる。なお、特許文献1では経時変化による走査線電流量の対応には一部言及しているが、電子源個々の電気的特性のばらつきには考慮されていない。また輝度むらの要因として走査線電流量にばらつきだけではなく、電子放電の効率や蛍光体特性のばらつきもあり、これらの補正は考慮されていない。
また、特許文献2には、電子放出素子によりマトリックス表示される画面において、画面の表示画素の発光輝度をカメラで測定すること、そしてその測定装置を演算装置へ入力し表示素子の発光量の情報を算出して調整することが開示されているが、その調整は、各素子に特性シフト電圧を印加することにより行うものであって、走査線に流れる走査線電流と配線抵抗によって生じる電圧降下による輝度むら等の画質劣化に対応した補正を行うことができない。
本発明は、上記の課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、輝度ばらつきをカメラで計測し、それを基に電子源の電圧降下を良好に補正して、走査線電流と配線抵抗によって生じる電圧降下による輝度むらと電子放電の効率や蛍光体特性のばらつきによる電子源個々の輝度むらの双方の輝度むらが低減された高画質な映像を表示可能な技術を提供することにある。
上記目的を達成するための本発明に係る画像表示装置は、複数の走査線と、該複数の走査線の少なくとも左右のいずれか一端に接続され、該複数の走査線に対し、走査電圧を順次印加する走査線制御回路と、複数の信号線と、該複数の信号線と接続され、該複数の信号線に対し、入力された映像信号に応じた駆動電圧を印加する信号線制御回路と、前記複数の走査線と前記複数の信号線との交点部にそれぞれ接続され、前記走査電圧と前記駆動電圧との電位差に応じて電子を放出する複数の電子源と、前記放出された電子により励起発光する表示画素と、該電子源から該走査線へ又は該走査線から該電子源へ流れ込む信号線電流と該走査線に含まれる配線抵抗とによって生じる電圧降下を補償するように映像信号を補正する補正回路と、と備え、前記補正回路は、測定された輝度値を参照して電流特性の異なる複数の電子源のうちの個々の電子源の信号線電流量の演算を行って該映像信号を補正することを特徴とする。
本発明によれば、輝度むらを測定して補正することで、走査線電流量のばらつきだけではなく、電子放電の効率や蛍光体特性のばらつきまで含めた画質補正が可能となり高画質な画像が表示可能となる。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図1は、本発明に係る、電子放出素子型画像表示装置の実施例1を示すものである。尚、本実施例では、電子源としてMIM(Metal-Insulator-Metal)型の電子源を有するパッシブマトリクス駆動方式の電子放出素子型画像表示装置を例にして説明する。しかしながら、本発明は、MIM以外の電子源、例えばSCE(Surface Conduction Electron Emitter)型やカーボンナノチューブ型、BSD(Ballistic electron Surface-emitting Device)型、スピント(Spindt)型でも同様に適用できる。また本実施形態では走査線の片側に走査線制御回路5を設けたものを例にして説明する。しかしながら、走査線制御回路5を走査線の両端に設けた場合でも本発明を適用できることは言うまでも無い。
映像信号は映像信号入力端子3に入力され、信号処理回路7に供給される。信号処理回路7では映像信号を表示パネル6の解像度に合わせる解像度変換が行われる他、コントラストやブライト、ガンマ補正など、ユーザの好みに合わせた画質調整が行われる。次に走査線電圧補正回路8に供給され、表示パネル6面内の走査線電圧降下の補正を行う。この補正回路8の詳細については別途説明する。
上記映像信号に対応する同期信号は同期信号入力端子1に入力され、タイミングコントローラ2に供給される。タイミングコントローラ2では、同期信号に同期したタイミングパルスを生成し、走査線制御回路5、信号線制御回路4、及び走査線電圧補正回路8に供給する。
一方、表示パネル6は複数の走査線51〜53が画面垂直方向に並んで配置され、更に複数の信号線41〜43が画面水平方向に並んで配置されている。これら走査線51〜53と信号線41〜43は互いに直交しており、これらの各交点部には各走査線及び各信号線と接続される電子源(電子放出素子)が配置されている。
走査線51〜53の左端には走査線制御回路5が接続されている。この走査線制御回路5は、タイミングコントローラ2からの水平周期の信号に同期して、走査線51〜53を1本もしくは2本ずつ選択するための走査電圧を走査線51〜53に対し供給する。即ち、走査線制御回路5は水平周期で1行または2行の電子源を上から順に選択して垂直走査を行う。
信号線41〜43の上端には、信号電圧供給回路である信号線制御回路4が接続されている。信号線制御回路4は、走査線電圧補正回路8から供給された映像信号に基づいて、各信号線(電子源)に対応する信号電圧を供給する。
走査電圧によって選択された走査線に接続される各電子源に対し、信号線制御回路4からの信号電圧が供給されると、各電子源には走査電圧と信号電圧との電位差(以降駆動電圧)が生じる。この駆動電圧が所定の閾値を超えると、電子源は電子を放出する。この電子源からの電子の放出量は、電位差が閾値以上の場合、この電位差に略比例する。尚、信号電圧が正極性の場合は、走査電圧は負極性となり、信号電圧が負極性の場合は、走査電圧は正極性となる。各電子源の対向する位置には図示しない蛍光体及び加速電極が設けられている。また電子源と蛍光体との間の空間は真空雰囲気とされる。そして電子源から放出された電子は、高電圧制御回路9から加速電極に供給された高圧によって加速され、真空内を進行して蛍光体を励起し発光させる。その光は図示しない透明ガラス基板を通して外部に放出され、表示パネル6に画像が形成される。
ここで走査線に流れる走査線電流と、走査線の配線抵抗により電圧降下が発生する。すなわち、走査電圧と信号電圧の電位差が所定の閾値を超えると信号線から走査線へ電流が流れ、この電流と走査線の配線抵抗により電圧降下が生じてしまう。また横線表示など、1水平周期に表示する情報量が多いほど走査線への電流も多くなり、電圧降下量も多くなる。
以下、このような電圧降下を補償するための、本発明に係る補正回路の詳細について図2を用いて説明する。図2は、当該補正回路8内部の一具体例とその周辺回路を説明するためのブロック図である。
図2において、入力端子31には信号処理回路7からのデジタル映像信号が入力される。次に階調電流変換ブロック801は、スイッチ812を介して入力端子31に入力されたデジタル映像信号の階調を信号線電流値(図中のi)に変換する。信号線電流とは信号線からひとつの電子源に流れる電流である(走査線電流は全ての信号線電流が積算されて走査線に流れる電流)。映像信号と信号線電流には例えば図3(a)のような関係があり、映像信号が所定の閾値を超えると信号線電流が流れ出し、以降信号線電流は指数的に増加する。階調電流変換ブロック801では図3(a)のような変換を行うため、ルックアップテーブル型メモリ(以後LUT)や折れ点近似回路などを利用して映像信号値を信号線電流値に変換する。
走査線電流計算ブロック803では、キルヒホッフの定理を元に、前記階調電流変換ブロック801で計算される1水平期間の信号線電流iの積和演算、すなわち1本の走査線に接続された全信号線41〜43より流れる全信号線電流を積和演算し、1つの走査線抵抗Rに流れる走査線電流Iを計算する。次に電圧降下計算ブロック804では走査線電流計算ブロック803で計算された走査線電流Iに走査線抵抗Rを乗算して電圧降下量ΔVを計算する。
一方、階調電流変換ブロック801の電流値は走査線電流計算ブロック803へ送られると同時に遅延回路802へも入力される。遅延回路802はFIFOメモリで構成され、電流値を1水平期間分記憶し、次の水平期間に記憶した電流値を出力することで、電流値を1水平期間分だけ遅延させる。これは走査線電流計算ブロック803にて1水平期間の全信号線電流を計算する際、走査線電流計算ブロック803の計算結果は1水平期間後になり、その走査線電流計算ブロック803の計算結果に同期させるため、遅延回路802で電流値も1水平期間分遅延させる。電流電圧変換ブロック805では1水平期間分遅延した電流値を電子源の駆動電圧Vに変換する。
信号線電流と駆動電圧には例えば図3(b)のような関係があり、信号線電流に対し駆動電圧は対数的に増加する。電流電圧変換ブロック805では図3(b)のような変換を行うため、LUTや折れ点近似回路などを利用して信号線電流値を駆動電圧値に変換する。
加算演算ブロック806では上記駆動電圧Vに電圧降下量ΔVを加算する。電圧降下量ΔVを駆動電圧に加算することで、電圧降下を補正することができる。最後に電圧階調変換ブロック807にてデジタル映像信号の階調データに戻す。駆動電圧と映像信号には例えば図3(c)のような関係があり、駆動電圧と映像信号はほぼ比例する。電圧階調変換ブロック807では図3(c)のような変換を行うため、LUTや折れ点近似回路などを利用して駆動電圧値を映像信号値に変換する。なお、表示パネル6のガンマ特性を逆補正するため、この電圧階調変換ブロック807の駆動電圧対映像信号に逆ガンマ特性を掛けてもよい。
以上は補正回路8での電圧降下補正量を演算するための基本動作である。次に電子源個々の電気的特性や電子放出効率等のばらつきによる補正量の微調整をカメラを用いて行い、各電子源の電圧降下を良好に補正する方式を説明する。
まずFEDの電子源個々の電気的特性ばらつきに関して説明する。前述したように、FEDの製造工程において、電子源の素子の厚膜や抵抗値などの素子特性にばらつきが生じ、これに起因して電気的特性にもばらつきが生じる。
図4は、異なる位置にある3つの電子源の、映像信号レベルに対する信号線電流量の特性を示している。図4のように素子特性のばらつきによって、3つの電子源間において各々閾値や信号線電流量特性が異なる場合がある。この信号線電流と発光輝度は比例するため、同じ映像信号電圧(D1)を3つの電子源に加えても信号線電流(I1,I2,I3)が異なり、結果輝度が異なるという現象が起きる。従って、階調電流変換ブロック801内の信号線電流量特性データが例えば特性1のデータだけで補正演算を行うと誤った補正量となってしまう。誤った補正量は結果としてある特定表示パターンにおいて輝度の不均一性が残ったままとなる。
図5はその一例で、低階調(例えば256階調中64)の背景画に白(例えば256階調中255)のウィンドウパターン(図5(a))を入力した場合、図5(b)は補正演算後の表示パネル6の輝度表示例である。白のウィンドウパターンの左右が本来の中間調輝度より低くなって輝度段差が発生している。輝度段差が発生する元々の要因は、低階調背景のラインに比べ、白ウィンドウパターンのあるラインは走査線電流量が多いため電圧降下が大きくなり、白ウィンドウパターンラインの低階調の駆動電圧が相対的に小さくなって輝度段差が生じる。
但し、本来であればこの輝度段差は上記で説明した演算により電圧降下量を補正し、駆動電圧を等しくすることで、消えて見えなくなるはずであるが、図5(b)では白のウィンドウパターン領域の信号線電流量の特性が前記階調電流変換ブロック801に読み込んでいる基本特性と異なっているため、補正演算が合わなくなっている。即ち、例えば信号線電流量の基本特性を図4の特性1とすると、図5(b)の白のウィンドウパターンの領域の信号線電流量の特性は実際には図4の特性2のようになっており、特性1より傾きが大きくなっている。すると同じ駆動電圧を加えても信号線電流量は他より多く流れるため、基本特性時より電圧降下量がさらに大きくなるが、補正量が基本特性を元にしているため、補正量が少なくなり、結果として白のウィンドウパターンの左右の輝度が低くなる、という状況になっている。
上記のような輝度段差は、白のウィンドウパターンの場所により段差量が変わってくる。これは図4でも示したように領域により信号線電流量特性が変わってくるからである。そこで本実施例では画面の任意の領域の信号線電流量特性の違いをカメラにより補正することとした。図1、及び図2のカメラ10がそれである。
カメラによる補正方式の概略を図5、図6、図7、図8を用いて説明する。
本実施例では図5(c)に示すように白ウィンドウパターンの位置を左右上下に移動させ、画面内の任意の位置に白ウィンドウパターンを表示させ、その際の輝度段差をカメラ10で測定する。
図6はその一例を示しており、画面上部に白ウィンドウパターンを移動させた場合の輝度段差の様子である。カメラ10では白ウィンドウパターン脇のA点、B点の輝度を測定する。図6(a)(c)では輝度段差がほぼ同じであり、補正量が不足していることを示している。図6(b)では逆に補正量が過補正となり輝度が高くなっている。図6(d)は(a)(c)に比べ更に補正量が少なく輝度低下が大きくなっている。図7は上記補正量の過不足を2次元グラフにまとめたものである。図7の黒点は図6の4パターンの補正量の過不足を示しており、その間も実際にパターンを表示させて実測すれば精度がよいが、測定時間がかかる場合は測定点の間を補間する方法でもよい。図7の実線は測定点の間をスプライン等で補間した一例である。補間方法は他にラグランジュ方式や最小二乗近似方式などの非線形補間や直線補間でもよい。図8は、さらに画面全体の補正量過不足の3次元グラフの一例を示している。これは画面全領域に白ウィンドウパターンを移動させた結果の一例である。これら測定データを元に、各領域毎に補正量を調整する。即ち図6(a)のような補正量が不足している箇所では信号線電流量特性の傾き或いはオフセットを基本特性より大きくし、逆に図6(b)のような補正量が過補正の箇所では信号線電流量特性の傾き或いはオフセットを基本特性より小さくする。ただし、この補正量の調整は1回では終わらない可能性があるので、上記手順を繰り返し行い、輝度段差が無くなるなで行う。以上が、補正調整方法の概略である。
次にその詳細な回路動作を、図2を元に説明する。
まず測定パターン発生器813によって任意の位置に白ウィンドウパターンを表示パネル6上に発生させる。その際、スイッチ812を測定パターン発生器813側にする。なお階調電流変換ブロック801には信号線電流量の基本特性を設定し、補正演算処理を行って映像信号を出力する。カメラ10では、図6のA,B点の輝度を測定し、その出力電圧値をAD変換器11でデジタル値に変換し制御回路12に供給する。制御回路12はマイコンなどのCPUであり、取り込んだA,B点の輝度の差分値より補正過不足量を求める。
上記動作を画面全領域について行い、画面内全体の補正過不足量を測定する。制御回路12はこの補正過不足量を元に、画面領域に応じて信号線電流の傾き或いはオフセット量を演算する。
一通り補正過不足量の測定及び信号線電流演算が終了すると、その演算結果を反映させた補正処理を行う。メモリ809は画面領域毎の異なる信号線電流量を保持しておくメモリで、図2では補正回路8に内蔵されているが容量が大きい場合、例えばSDRAMやSRAMなどの揮発性メモリを外付けすればよい。メモリ809への信号線電流量の書込みは制御回路12からメモリIF回路808を介して行われる。
画面領域に対応してメモリ809より異なる信号線電流量を前記階調電流変換ブロック801に読み込ませるには、アドレス発生回路811によりタイミングコントローラ2からの同期信号に従いメモリアドレスを順次発生させる。
これにより新たな補正後の結果が表示パネル6に表示させるので、またこれをカメラ10で測定し、上記処理を繰り返す。この処理ループの終了条件としては、例えば輝度段差が一般的な目視限界である1%以下になるまで繰り返す。
画像表示装置のシステム電源がOFFされても決定した画面領域毎の信号線電流量を保持させておくために、信号線電流量は不揮発メモリ13に保存されている。メモリ809への信号線電流量の書込みは例えばシステム電源がONされた直後に制御回路12からメモリIF回路808を介して行われる。
本実施例では、AD変換器11は制御回路12の外部に配置しているが、AD変換器を制御回路12に内蔵し、この内蔵されたAD変換器を使用してもよい。
なお、画面領域毎の信号線電流量は各画素単位で保持してもよいが、保存データが多くなりメモリ容量が大きくなる場合があるため、ブロック単位やライン単位で信号線電流量を持っておいてもよい。補間演算方法は前述したように直線補間やスプラインなどの非線形補間でよい。
ここで図5、図6の白ウィンドウパターンの背景を低階調にしたのは、背景領域の電流量を出来るだけ減らして電圧降下量を少なくし、背景領域のばらつきの絶対量を小さくするためである。それにより白ウィンドウパターンのみのばらつき量が測定可能になる。なお低階調はカメラが取り込み可能な限界まで下げたほうが良い。
また上記例では白ウィンドウパターンを256階調中255としたが、それだけでは中間階調での信号線電流特性のばらつきを補正できない場合も考えられるので、図9のように、白ウィンドウパターンを256階調中255以外の128や80など、中間階調以下のウィンドウパターンも表示してカメラ10で測定し、それらを補間して高階調、中間階調、低階調までの信号線電流量を演算すればよい。なお、中間階調のウィンドウパターンでの測定、演算方法は上記と同じであるため省略する。また、白ウィンドウパターンはカメラ10で輝度段差が計測可能な範囲で出来るだけ小さくする方が各画面領域の信号線電流量を精度よく計測できる。カメラ10の解像度が低い場合は、カメラ10を複数台設けてもよい。
なお、上記の実施例においては、輝度段差を測定するために、二次元の撮像素子を備えたカメラ10を用いることを想定して説明しているが、輝度段差を測定するには、撮像素子に限らず、例えば、専用の輝度測定器を用い測定点を変更して輝度段差を測定するなど他の手段を採用することができる。
本発明に係る画像表示装置の実施例1を示すブロック図。 図1に示された走査線電圧補正回路8の一具体例を示すブロック図である。 図2に示された走査線電圧補正回路8の動作を説明する図である。 電子源の映像信号−信号線電流量特性の一例を示す図である。 図2に示された測定パターン発生回路813の表示例を説明する図である。 図2に示された測定パターン発生回路813の表示例を説明する図である。 カメラ10にて測定した補正過不足量を説明する図である。 カメラ10にて測定した補正過不足量を説明する図である。 図2に示された測定パターン発生回路813の表示例を説明する図である。
符号の説明
1 同期信号入力端子
2 タイミングコントローラ
3 映像信号入力端子
4 信号線制御回路
5 走査線制御回路
6 表示パネル
7 信号処理回路
8 走査線電圧補正回路
9 高電圧制御回路
10 カメラ
11 AD変換回路
12 制御回路
13 不揮発性メモリ
41〜43 信号線
51〜53 走査線
801 階調電流変換ブロック
802 遅延回路
803 走査線電流計算ブロック
804 電圧降下計算ブロック
805 電流電圧変換ブロック
806 加算演算ブロック
807 電圧階調変換ブロック
808 メモリIF回路
809 メモリ
811 アドレス発生回路
812 スイッチ
813 測定パターン発生回路
101 アンプ
102 シャント抵抗
501 電源
502 走査ドライバ

Claims (12)

  1. 複数の走査線と、
    該複数の走査線の少なくとも左右のいずれか一端に接続され、該複数の走査線に対し、走査電圧を順次印加する走査線制御回路と、
    複数の信号線と、
    該複数の信号線と接続され、該複数の信号線に対し、入力された映像信号に応じた駆動電圧を印加する信号線制御回路と、
    前記複数の走査線と前記複数の信号線との交点部にそれぞれ接続され、前記走査電圧と前記駆動電圧との電位差に応じて電子を放出する複数の電子源と、
    前記放出された電子により励起発光する表示画素と、
    該電子源から該走査線へ又は該走査線から該電子源へ流れ込む信号線電流と該走査線に含まれる配線抵抗とによって生じる電圧降下を補償するように映像信号を補正する補正回路と、
    を備えた画像表示装置において、
    前記補正回路は、測定された輝度値を参照して電流特性の異なる複数の電子源のうちの個々の電子源の信号線電流量の演算を行って該映像信号を補正することを特徴とする画像表示装置。
  2. 請求項1に記載の画像表示装置において、
    前記表示画素の輝度を測定する撮像素子を備え、
    前記補正回路は、該撮像素子により測定された輝度値を参照することを特徴とする画像表示装置。
  3. 請求項2に記載の画像表示装置において、前記補正回路は、前記電流特性の異なる複数の電子源の信号線電流量を記憶するメモリ部を含むことを特徴とする画像表示装置。
  4. 請求項3に記載の画像表示装置において、前記撮像素子からの輝度値にて電流特性の異なる複数の電子源の信号線電流量を演算し、該複数の信号線電流量を前記メモリ部に記憶することを特徴とする画像表示装置。
  5. 請求項4に記載の画像表示装置において、前記補正回路は前記メモリ部に記憶された電流特性の異なる複数の電子源の信号線電流量を参照して補正量を演算することを特徴とする画像表示装置。
  6. 請求項1乃至5に記載の画像表示装置において、ウィンドウパターンを発生するパターン発生部を備え、前記撮像素子はウィンドウパターン近辺に発生する輝度段差を測定し、該輝度段差量に応じて前記信号線電流量を補正することを特徴とする画像表示装置。
  7. 請求項1乃至6に記載の画像表示装置において、ウィンドウパターンを画像表示画面上の任意の位置に移動させ、該位置でのウィンドウパターン近辺に発生する輝度段差を測定し、該輝度段差量に応じてその位置での前記信号線電流量を補正することを特徴とする画像表示装置。
  8. 請求項1乃至6に記載の画像表示装置において、ウィンドウパターン横の輝度が低い場合は前記信号線電流量を増加するよう補正し、ウィンドウパターン横の輝度が高い場合は前記信号線電流量を減少するよう補正することを特徴とする画像表示装置。
  9. 請求項1乃至6に記載の画像表示装置において、前記撮像素子による輝度段差の測定と該輝度段差量に応じた前記信号線電流量の補正を繰り返すことで、輝度段差を低減することを特徴とする画像表示装置。
  10. 請求項1乃至6に記載の画像表示装置において、ウィンドウパターンの背景は前記撮像素子が検知可能な低階調とすることを特徴とする画像表示装置。
  11. 請求項1乃至6に記載の画像表示装置において、ウィンドウパターンは高階調から中間階調もしくは低階調まで変化させ、それぞれの輝度段差量に応じて前記信号線電流量を補正することを特徴とする画像表示装置。
  12. 請求項1乃至6に記載の画像表示装置において、ウィンドウパターンを発生するパターン発生部を備え、前記補正回路は電圧降下を補償するようにウィンドウパターンを補正し、前記撮像素子はウィンドウパターン近辺に発生する輝度段差を測定し、該輝度段差量に応じて前記信号線電流量を補正することを特徴とする画像表示装置。
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CN114495839A (zh) * 2022-03-07 2022-05-13 芯颖科技有限公司 一种显示面板的面外压降补偿方法及装置

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