JP2009258223A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 表示素子の輝度特性のばらつきを精度よく補正することができる画像表示装置を提供する。
【解決手段】 複数の表示素子と、複数の表示素子を駆動する駆動回路であって、複数の表示素子の輝度特性のばらつきを階調に応じて補正する補正回路を有する駆動回路と、を有し、駆動回路は、第１階調の変調信号と第２階調の変調信号とが相似形である変調信号を出力し、補正回路は、第２階調の変調信号で表示素子を駆動して測定した該表示素子の輝度特性から求めた値を用いて第１階調の補正を行うことを特徴とする画像表示装置。
【選択図】 図４

Description

本発明は画像表示装置に関し、特に、単純マトリクス駆動を用いる画像表示装置に関する。

ＣＲＴにかわる平面型画像表示装置として、液晶表示装置、プラズマ表示装置、ＥＬ表示装置、電子放出素子を用いた画像表示装置などが知られている。

電子放出素子を用いた画像表示装置の電子放出素子としては、電界放出型、ＭＩＭ型、表面伝導型などの電子放出素子が知られている。

これらの画像表示装置では、複数の表示素子をマトリクス駆動することにより、画像を表示する。そのため、各表示素子の輝度特性は均一であることが好ましい。

しかし、表示素子の製造プロセスなどの不均一性により、数％から１０数％の加工ばらつきが表示素子に生じてしまうことがある。そのため、各表示素子の輝度特性にばらつきが発生することがある。また、電圧や電流に対する輝度の変化（輝度特性）は必ずしも直線的な関係ではない。

このような各表示素子の輝度特性のばらつきを補償するために、各表示素子の全ての階調に対して補正テーブルを有する構成が提案されている（特許文献１）。

しかし、特許文献１の構成では、表示素子数や階調数が大きくなった場合に、メモリ容量が膨大になるという問題がある。また、低階調側の輝度を精度よく測定するためには長い時間が必要になるという問題がある。実際、輝度計により輝度を測定する場合、０．１ｃｄ／ｍ^２以下の輝度の測定精度を上げるためには、１００ｃｄ／ｍ^２の輝度の測定の２倍から３倍の露光時間が必要となる。

そのため、各表示素子の全ての階調に対して補正テーブルを有する構成を採用することは現実的には困難である。

これに対し、各表示素子の複数の階調（輝度補正点）に対して補正データを有し、輝度補正点の間の階調に対しては、補間により補正データを求める構成が提案されている（特許文献２）。

ここで、一般に表示素子や配線には、変調配線抵抗、変調配線と走査配線との交差容量、表示素子の寄生容量等のインピーダンスが存在するため、これらに起因して、波形のなまりが生ずることがある。

図１は、パルス幅変調方式における変調信号の波形のなまりを示す図である。実線は低階調の変調信号を、点線は高階調の変調信号を示している。（ａ）は波形のなまりが生じない場合の理想的な変調信号を示したものである。（ｂ）は波形のなまりが生じる現実的な変調信号を示したものである。

一般に、高階調の変調信号よりも低階調の変調信号の方が波形のなまりによる影響が大きくなる。そのため、高階調の輝度を測定して求めた補正値を用いて低階調の輝度の補正を行うと、波形のなまりによる誤差を受け、場合によっては線状の筋むらが生じてしまう。
特開２０００−１２２５９８号公報 国際公開第２００５／１２４７３４号パンフレット

本発明は、表示素子の輝度特性のばらつきを精度よく補正することができる画像表示装置を提供することを目的とする。

本発明の画像表示装置は、複数の表示素子と、複数の表示素子を駆動する駆動回路であって、複数の表示素子の輝度特性のばらつきを階調に応じて補正する補正回路を有する駆動回路と、を有し、駆動回路は、第１階調の変調信号と第２階調の変調信号とが相似形である変調信号を出力し、補正回路は、第２階調の変調信号で表示素子を駆動して測定した該表示素子の輝度特性から求めた値を用いて第１階調の補正を行うことを特徴とする。

本発明の画像表示装置によれば、表示素子の輝度特性のばらつきを精度よく補正することが出来る。

＜第１の実施形態＞
以下、表示素子として電子放出素子を用いた画像表示装置を例として、本発明の実施形態を説明する。

図２は電子放出素子を用いた画像表示装置の表示パネルの一例を示す斜視図であり、内部構造を示すためにパネルの一部を切り欠いて示している。

図中、３１１５はリアプレート、３１１６は側壁、３１１７はフェースプレートである。リアプレート３１１５、側壁３１１６およびフェースプレート３１１７により、表示装置の内部を真空に維持するための気密容器を形成している。

リアプレート３１１５には基板３１１１が固定されている。この基板３１１１上には電子放出素子３１１２が、Ｎ×Ｍ個形成されている（Ｎ、Ｍは２以上の正の整数であり、目的とする表示画素数に応じて適宜設定される）。また、前記Ｎ×Ｍ個の電子放出素子３１１２は、Ｍ本の走査配線３１１３とＮ本の変調配線３１１４により配線されている。走査配線３１１３と変調配線３１１４の少なくとも交差する部分には、両配線間に絶縁層（不図示）が形成されており、電気的な絶縁が保たれている。

フェースプレート３１１７の下面には、蛍光体３１１８が形成されており、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色の蛍光体（不図示）が塗り分けられている。蛍光体３１１８の間には黒色体（不図示）が設けられている。さらに蛍光体３１１８のリアプレート３１１５側の面には、アルミニウム等からなるメタルバック３１１９が形成されている。

Ｄｘ１〜ＤｘｍおよびＤｙ１〜ＤｙｎおよびＨｖは、表示パネルと不図示の電気回路とを電気的に接続するために設けた気密構造の電気接続用端子である。Ｄｘ１〜Ｄｘｍは走査配線３１１３と、Ｄｙ１〜Ｄｙｎは変調配線３１１４と、Ｈｖはメタルバック３１１９と各々電気的に接続している。

また、上記気密容器の内部は１０^―４Ｐａ程度の真空に保持されている。そのため、画像表示装置の表示面積が大きくなるに従い、気密容器内部と外部の気圧差によるリアプレート３１１５およびフェースプレート３１１７の変形あるいは破壊を防止する手段が必要となる。そこで、比較的薄いガラス板からなり大気圧を支えるためのスペーサ３１２０が設けられている。このようにして、リアプレート３１１５とフェースプレート３１１６との間は通常サブミリないし数ミリに保たれ、気密容器内部は高真空に保持されている。

以上説明した表示パネルを用いた画像表示装置は、容器外端子Ｄｘ１ないしＤｘｍ、Ｄｙ１ないしＤｙｎを通じて各電子放出素子３１１２に電圧を印加すると、各電子放出素子３１１２から電子が放出される。それと同時にメタルバック３１１９に容器外端子Ｈｖを通じて数百［Ｖ］ないし数［ｋＶ］の高圧を印加して、上記放出された電子を加速し、フェースプレート３１１７の内面に衝突させる。これにより、蛍光体３１１８が励起されて発光し、画像が表示される。

本実施形態では、電子放出素子３１１２として、表面伝導型電子放出素子を用いた。

図３は、本発明の表示パネルを駆動する駆動回路を示す図である。１０１は画像データが入力される信号入力回路、１０３は表示素子１０８の補正に用いる補正値を記憶するメモリ、１０２はメモリ１０３に保持された補正値を用いて画像データを補正する補正回路である。１０４は変調信号を出力する変調回路、１０５は走査信号を出力する走査回路、１０８は表示画像の単位（サブピクセル）である表示素子である。１０７は表示素子１０８の輝度を測定する輝度計である。

補正の方法の一例として、例えば、ＣＣＤなどの輝度計１０７により、各表示素子１０８の輝度を測定して求めた補正値をメモリ１０３に保存しておき、画像表示を行う際に画像データを補正したデータを変調回路１０４に入力する方法がある。一般に、電子放出素子の電流−電圧特性（輝度特性）は非線形であるため、特定の１つの階調に対してではなく、複数の階調に対して補正値を求めておくことが好ましい。

なお、表示素子１０８の輝度を測定する手段は、必ずしも輝度計には限られない。例えば、電子放出素子の場合は電子放出素子から放出される電流と輝度とに相関があるため、この電流を測定する電流計により輝度を測定してもよい。

変調回路１０４として、変調回路１０４から出力される電圧波形をパルス幅変調（ＰＷＭ）とパルス振幅変調（ＰＨＭ）を組み合わせた波形とすることにより、階調分解能を高めたものを用いた。

特に、低階調では変調信号が互いに相似形となるような波形を出力し、高階調では低階調の変調信号とは相似形ではない波形を出力する。本実施形態では、図４に示すように低階調では変調信号が互いに相似な矩形となるような波形を出力し、高階調では低階調の変調信号とは相似ではない矩形の波形を出力する変調回路１０４を用いた。

より詳細には、第２階調よりも小さい階調（例えば第１階調）の波形は、第２階調の波形と相似な矩形の波形となっている。そして、第２階調よりも大きい階調（例えば第３階調）の波形は、第１階調や第２階調の波形とは相似ではない矩形の波形となっている。

本実施形態においてメモリ１０３は、各表示素子１０８に対して、少なくとも第２階調における輝度を測定して求めた補正値を格納している。補正回路１０２は、第２階調よりも小さい階調（例えば第１階調）に対して、メモリ１０３に格納された第２階調における輝度を測定して求めた補正値を用いて補正を行う。

本実施形態によれば、波形のなまりが生じた場合、波形のなまりも相似に近い形となるため、波形のなまりの影響（波形のなまりを含む変調信号の波形のうち、波形のなまりの大きさ）も同程度となる。従って、変調信号の波形が相似形ではない階調における輝度を測定して求めた補正値を用いて補正を行う場合と比べて、補正の精度を向上させることができる。

なお、本実施形態においては、第１階調よりも大きい第２階調の輝度を測定して求めた補正値を用いて第１階調の補正を行う構成を説明したが、本発明はかかる構成に限られるものではない。すなわち、第１階調の輝度を測定して求めた補正値を用いて第２階調の補正を行ってもよい。この場合も第１階調の変調信号と第２階調の変調信号とは相似形となるため、変調信号の波形が相似形ではない階調における輝度を測定して求めた補正値を用いて補正を行う場合と比べて、補正の精度を向上させることができる。

しかし、低階調側の輝度を精度よく測定するためには長い時間が必要になる。そのため、相似な変調信号である第１階調の変調信号と第２階調の変調信号のうち、大きい階調である第２階調の輝度を測定して求めた補正値を用いて、小さい階調である第１階調の補正を行うことが好ましい。更には、第２階調は変調信号が相似形となる階調の中で最大の階調であることがより好ましい。

なお、本実施形態では第３階調の変調信号は第１階調や第２階調の変調信号と相似形ではない矩形の波形としたが、本実施形態は全ての階調の変調信号が相似形である構成を排除するものではない。全ての階調の変調信号が相似形である場合は、本実施形態を説明するために上述した第３階調は不要となり、上述した第１階調と第２階調のみによって本実施形態を説明することができる。

しかし、より高い輝度の表示を行うためには、変調信号のパルス幅とパルス振幅とで決まる波形の面積が大きい方が好ましい。そのため、全ての階調の変調信号が相似形となるような構成を用いるよりは、低階調側の変調信号が相似形であり高階調側の変調信号が低階調側の変調信号とは相似形ではないような構成の方が好ましい。

＜第２の実施形態＞
本実施形態では、図５に示すように低階調では変調信号が互いに相似な三角形となるような波形を出力し、高階調では低階調の変調信号とは相似ではない波形を出力する変調回路１０４を用いた。

より詳細には、第２階調よりも小さい階調（例えば第１階調）の波形は、第２階調の波形と相似な三角形の波形となっている。そして、第２階調よりも大きい階調（例えば第３階調）の波形は台形の波形となっている。その他は第１の実施形態と同様である。

本実施形態においても、変調信号の波形が相似形ではない階調における輝度を測定して求めた補正値を用いて補正を行う場合と比べて、補正の精度を向上させることができる。

更に、三角形の変調信号は矩形の変調信号に比べて信号の立ち上がりが緩やかになるため、リンギングを抑制することができる。

なお、本実施形態では第３階調の変調信号は台形の波形としたが、本実施形態は全ての階調の変調信号が相似な三角形である構成を排除するものではない。全ての階調の変調信号が相似な三角形である場合は、本実施形態を説明するために上述した第３階調は不要となり、上述した第１階調と第２階調のみによって本実施形態を説明することができる。

しかし、より高い輝度の表示を行うためには、変調信号のパルス幅とパルス振幅とで決まる波形の面積が大きい方が好ましい。そのため、全ての階調の変調信号が相似な三角形となるような構成を用いるよりは、低階調側の変調信号が相似な三角形であり高階調側の変調信号が低階調側の変調信号とは相似形ではない形状（例えば台形）とする構成の方が好ましい。

＜第３の実施形態＞
本実施形態では、図６に示すように低階調では変調信号が互いに相似な台形となるような波形を出力し、高階調では低階調の変調信号とは相似ではない台形を出力する変調回路１０４を用いた。

より詳細には、第２階調よりも小さい階調（例えば第１階調）の波形は、第２階調の波形と相似な台形の波形となっている。そして、第２階調よりも大きい階調（例えば第３階調）の波形は、第１階調や第２階調の波形とは相似ではない台形の波形となっている。その他は第１の実施形態と同様である。

本実施形態においても、変調信号の波形が相似形ではない階調における輝度を測定して求めた補正値を用いて補正を行う場合と比べて、補正の精度を向上させることができる。

更に、本実施形態の台形の変調信号は矩形の変調信号に比べて信号の立ち上がりが緩やかになるため、リンギングを抑制することができる。リンギングを抑制することにより、表示素子の破壊や画質の劣化を抑制することができる。

また、台形の変調信号は三角形の変調信号に比べて、変調信号の波形に占める立ち上がり、立ち下がりの部分が小さくなるため、波形のなまりの影響をより小さくすることができる。

なお、本実施形態では第３階調の変調信号は第１階調や第２階調の変調信号と相似形ではない台形の波形としたが、本実施形態は全ての階調の変調信号が相似形である構成を排除するものではない。全ての階調の変調信号が相似形である場合は、本実施形態を説明するために上述した第３階調は不要となり、上述した第１階調と第２階調のみによって本実施形態を説明することができる。

しかし、より高い輝度の表示を行うためには、変調信号のパルス幅とパルス振幅とで決まる波形の面積が大きい方が好ましい。そのため、全ての階調の変調信号が相似形となるような構成を用いるよりは、低階調側の変調信号が相似形であり高階調側の変調信号が低階調側の変調信号とは相似形ではないような構成の方が好ましい。

＜第４の実施形態＞
上述した実施形態では、表面伝導型電子放出素子を用いた画像表示装置を例として本発明を説明したが、表面伝導型電子放出素子以外の電子放出素子を用いた画像表示装置に対しても本発明を適用することができる。

また、電子放出素子以外の表示素子を用いた画像表示装置に対しても本発明を適用することができる。

例えば、有機ＥＬ素子を用いた画像表示装置やプラズマ表示装置、液晶表示装置などに対して本発明を適用することができる。

特に、画像表示装置の駆動方法として単純マトリクス駆動を用いる画像表示装置に対して、本発明をより好適に適用することができる。単純マトリクス駆動では一つの走査配線を選択する間に、多数の変調配線に電圧を印加するため、走査配線を流れる電流は変調配線を流れる電流に比べて非常に大きくなる。その際、走査配線の抵抗が大きいと走査配線を流れる電流により電圧降下が生じてしまい、表示素子に対して適切な電圧を印加することが困難となってしまう。そこで、走査配線のインピーダンスを変調配線のインピーダンスよりも小さくするのが一般的である。

走査信号についても波形のなまりは生じ得るが、変調配線のインピーダンスに比べて走査配線のインピーダンスは非常に小さく、走査信号の波形のなまりも小さくなる。そのため、インピーダンスが大きく波形のなまりの影響が大きい変調信号に対して本発明を適用することで、表示素子の輝度特性のばらつきを精度よく補正することが出来る。

（実施例１）
図２のような電子放出素子を有する画像表示装置に対し等価回路を組み、回路シミュレーターでシミュレーションを行った。図７は、本発明の表示素子の等価回路を示す図である。

電子放出素子２０１の電界による電子放出は、Ｆｏｗｌｅｒ Ｎｏｒｄｈｅｉｍの式で記述した。走査配線２０４の抵抗は１ラインで５Ω、変調配線２０３の抵抗は１ラインで４００Ωとし、変調配線抵抗が±５０Ωばらついたときの輝度のばらつきを計算して求めた。各表示素子の交差容量と素子の寄生容量を合わせた容量２０２は０．４ｐＦに設定した。

本実施例では、走査回路１０５からは図８に示すように、一つの走査配線２０４を選択する期間に−１０Ｖのパルス電圧を印加した。

本実施例では、変調回路１０４から図９（ａ）のような矩形の変調信号を出力した。図中、３０１は第１階調の変調信号を、３０２は第２階調の変調信号を示すものである。第２階調の変調信号３０２を印加した場合の輝度から求めた補正値を用いて第１階調の補正を行った。

より詳細には、本実施例では総階調数を２５６とし、階調０から階調８０までの変調信号は互いに相似な矩形となるようにし、階調８１から階調２５５までの変調信号は、階調０から階調８０までの変調信号とは相似ではない矩形となるようにした。本実施例では、第１階調を階調４０、第２階調を階調８０とした。

本実施例では、３つの表示素子Ａ、Ｂ、Ｃを用いて、以下のような条件でシミュレーションを行った。

まず、表示素子Ａ、Ｂ、Ｃに接続される変調配線の抵抗をそれぞれ３５０Ω、４００Ω、４５０Ωとした。この場合、表示素子Ｃの変調信号の波形のなまりが最も大きくなり、表示素子Ｃの輝度が最小となる。

ここで、本発明の第２階調に相当する階調８０における各表示素子の輝度を測定し、その結果をそれぞれＬ_ＭＡ、Ｌ_ＭＢ、Ｌ_ＭＣとした。表示素子Ｃに輝度を合わせる場合、表示素子Ａの補正値Ｍ_Ａ＝Ｌ_ＭＣ／Ｌ_ＭＡ、表示素子Ｂの補正値Ｍ_Ｂ＝Ｌ_ＭＣ／Ｌ_ＭＢ、表示素子Ｃの補正値Ｍ_Ｃ＝Ｌ_ＭＣ／Ｌ_ＭＣとなる。この補正値がメモリ１０３に格納される。

本実施例では、配線のインピーダンスによる影響のみを考慮しているが、実際には輝度測定の誤差やメモリ１０３に補正値を格納する場合の量子化誤差等を考慮して補正値を格納してもよい。

第１階調（階調４０）における各表示素子の輝度及びそのばらつき、第２階調（階調８０）における各表示素子の輝度、第２階調の輝度から求めた補正値を表１に示した。

また、第１階調に第２階調の輝度から求めた補正値を乗じた補正後の階調、及び、補正後の階調における各表示素子の輝度とそのばらつきも表１に示した。

本実施例では、第１階調において補正前に１１．５４％であった輝度のばらつきを、補正により２．９２％まで低減させることができた。

なお、本実施例においては、階調数と輝度とが線形の関係にあるという条件で、第１階調（階調４０）に補正値を乗じた階調を補正後の階調とした。しかし、階調数と輝度とが非線形である場合にはこれらの条件を考慮して補正後の階調を求めることが好ましい。

（実施例２）
本実施例でも、実施例１と同様なシミュレーションを行った。本実施例が実施例１と異なるのは、変調回路１０４から図９（ｂ）のような三角形の変調信号を出力した点である。図中、４０１は第１階調の変調信号を、４０２は第２階調の変調信号を示すものである。第２階調の変調信号４０２を印加した場合の輝度から求めた補正値を用いて第１階調の補正を行った。

本実施例のシミュレーションの結果を表２に示した。

本実施例では、第１階調において補正前に８．６８％であった輝度のばらつきを、補正により０．８７％まで低減させることができた。また、リンギングもほとんど発生しなかった。

（実施例３）
本実施例でも、実施例１と同様なシミュレーションを行った。本実施例が実施例１と異なるのは、変調回路１０４から図９（ｃ）のような台形の変調信号を出力した点である。図中、５０１は第１階調の変調信号を、６０２は第２階調の変調信号を示すものである。第２階調の変調信号６０２を印加した場合の輝度から求めた補正値を用いて第１階調の補正を行った。

本実施例のシミュレーションの結果を表３に示した。

本実施例では、第１階調において補正前に２．７０％であった輝度のばらつきを、補正により０．７６％まで低減させることができた。また、リンギングもほとんど発生しなかった。

（比較例）
本比較例でも、実施例１と同様なシミュレーションを行った。本実施例が実施例１と異なるのは、変調回路１０４から図９（ｄ）のようなパルス幅変調の変調信号を出力した点である。図中、６０１は第１階調の変調信号を、６０２は第２階調の変調信号を示すものである。第２階調の変調信号６０２を印加した場合の輝度から求めた補正値を用いて第１階調の補正を行った。

より詳細には、本比較例では階調数を２５６とし、階調０から階調２５５までの変調信号は互いに相似ではない矩形となるようにした。本比較例では、第１階調を階調４０、第２階調を階調８０とした。

本比較例のシミュレーションの結果を表４に示した。

本比較例では、第１階調において補正前に１１．５４％であった輝度のばらつきを、補正により１０．２６％までしか低減させることができなかった。

（実施例４）
以下、上述した実施例に示した三角形や台形の変調信号を出力する具体的な回路構成について説明する。

画像表示装置は、表示パネルを駆動するための駆動手段として、走査回路と変調回路を備えている。走査回路は駆動対象の１または複数の走査配線に選択電位を出力する回路であり、変調回路は画像データに基づき変調パルスを生成し、その変調パルスを変調配線に出力する回路である。本実施形態の変調回路は、スロープ状に立ち上がる第１波形、波高値を規定する第２波形、スロープ状に立ち下がる第３波形を適宜組み合わせて、変調パルスの波形（源波形）を生成する。変調回路は、画像データに基づき、波形制御のための制御信号を生成するロジック回路を有している。この制御信号によって、第１波形、第２波形、第３波形を切替えるタイミングや第２波形の波高値などを自由に制御することができる。

以下、本実施形態の変調回路で出力可能な変調パルスの例を挙げる。いずれの変調パルスも、立ち上がり及び立ち下がりが緩やかなスロープ状になっているため、電圧遷移時のオーバーシュート、アンダーシュート、リンギングなどの波形乱れを可及的に抑制できる。よって画像表示装置の階調性を向上することができる。

（変調パルスの例１）
第１波形に続いて第３波形を出力することで、三角形状のパルスを生成することができる。第１波形から第３波形への切替えのタイミングを遅くしていくことにより、大きいパルス、すなわち大きい階調値に対応するパルスを生成することができる。

（変調パルスの例２）
第１波形でパルスを波高値ｈまで立ち上げ、第２波形で波高値ｈを維持し、第３波形で波高値ｈから立ち下げることで、台形状のパルスを生成することができる。ここで、第２波形を出力する時間を長くしていくことにより、大きい階調値に対応するパルスを生成することができる。

（変調パルスの例３）
階調値に応じて三角形状のパルスと台形状のパルスとを使い分けることもできる。たとえば、階調値ｎ（ｎは１以上の整数）では下記（１）の制御を行い、階調値ｎ＋１からｎ＋ｋ（ｋは１以上の整数）までは下記（２）の制御を行う。

（１）階調値ｎに対応する変調パルスを出力する場合
変調パルスの出力開始時点から時間ｔ１をかけてスロープ状に波高値をｈ１まで立ち上げ、該変調パルスの出力開始時点から時間ｔ１経過した時点から波高値を立ち下げる。

（２）階調値ｎ＋ｋに対応する変調パルスを出力する場合
変調パルスの出力開始時点から時間ｔ２をかけてスロープ状に波高値をｈ２まで立ち上げた後、該変調パルスの出力開始時点から時間ｔ２＋ｆ（ｋ）経過する時点まで波高値ｈ２を維持し、その後、波高値を立ち下げる。

ここで、ｔ２＞ｔ１、ｈ２＞ｈ１である。またｆ（ｋ）はｋが大きくなるにしたがって大きくなる値である。ｆ（ｋ）は典型的にはｋの一次関数であるが、単調増加する関数であれば一次関数には限らない。

上記（２）の制御は、階調値にしたがってパルス幅（台形波形の平坦部分の長さ）を伸ばしていく制御である。なお、ｋ＝１の時にｆ（ｋ）が０である場合、（２）のパルスは三角形状のパルスとなる。上記（１）で得られる三角形状のパルスは、（２）でｋ＝１の時に得られるパルスよりも１階調分小さいパルスに相当する。このような制御により、台形状パルスのパルス幅変調で表現可能な輝度（つまりｋ＝１の時の輝度）よりも、さらに小さい輝度を実現でき、画像表示装置の階調性を向上できる。

また、以下の（３）の制御を行うことも好ましい。

（３）階調値ｎ−１に対応する変調パルスを出力する場合
変調パルスの出力開始時点から時間ｔ３をかけてスロープ状に波高値をｈ３まで立ち上げ、該変調パルスの出力開始時点から時間ｔ３経過した時点から波高値を立ち下げる。ここでｔ３＜ｔ１、ｈ３＜ｈ１である。

（３）の制御は、（１）のパルスよりもさらに小さい三角形状のパルスを生成するものである。これによりさらに小さい輝度を実現でき、画像表示装置の階調性を一層向上できる。なお同じようにして（３）のパルスよりもさらに小さい三角形状のパルスを生成してもよい。

図１０および図１１は、変調パルスの波形の一例を示している。この例では、階調値１〜ｎまで三角形状パルスを徐々に大きくしていき、階調値ｎ＋１以降は、台形状パルスのパルス幅を徐々に長くしていく。なお、パルス波形の中の黒い部分は、１階調前のパルスとの差分を表している。図１０は変調パルスの波高値がＶ４レベルであり、図１１は波高値がＶ３レベルである（Ｖ４＞Ｖ３）。図１０の変調パルスのほうが高輝度表示が可能である。たとえば、高輝度が好ましい映像を表示する場合や、高輝度の表示モードが選択された場合には、図１０の制御を採用すればよい。また低輝度が好ましい映像を表示する場合や、低輝度の表示モードが選択された場合には、図１１の制御を採用すればよい。波高値をＶ１やＶ２にすればさらなる低輝度を実現できる。

では、上述した変調パルスを出力するための画像表示装置の構成および制御方法について、具体的に説明する。

（画像表示装置）
図１２は、本発明の実施例に係る画像表示装置の構成を示すブロック図である。画像表示装置は、概略、表示パネル（画像表示部）としてのマルチ電子源Ａ１と、マルチ電子源Ａ１を駆動する駆動装置と、を備えている。

駆動装置は、出力データ回路、変調回路Ａ２、走査回路Ａ３、変調電源回路Ａ７、および走査電源回路Ａ８で構成される。出力データ回路は、タイミング発生回路Ａ４、データ変換回路Ａ５、パラレル／シリアル変換回路Ａ６などを備えている。

マルチ電子源Ａ１は、複数の電子放出素子、複数の走査配線、複数の変調配線を備えており、走査配線と変調配線の交差部のそれぞれに電子放出素子が形成されている。走査配線に選択電位を供給し、変調配線に変調パルスを供給すると、選択電位と変調パルスの電位差である駆動電圧が電子放出素子に印加される。この駆動電圧の印加時間や電圧値を適宜制御することにより、所望の素子に所望の輝度で発光させることができる。

変調回路Ａ２は、マルチ電子源Ａ１の変調配線に接続されている。この変調回路Ａ２は、出力データ回路から供給される画像データに基づいて変調信号（変調パルス）を生成し、その変調信号をマルチ電子源Ａ１の各変調配線に出力する回路である。

変調電源回路Ａ７は、複数の電圧値を出力可能に構成された電源回路である。変調電源回路Ａ７は、変調回路Ａ２の回路動作用の電源であるとともに、変調回路Ａ２から出力される変調パルスの電圧値を規定するための電源である。変調電源回路Ａ７は、一般的に電圧源回路であるが、必ずしもこれに限定されるものではない。

走査回路Ａ３は、マルチ電子源Ａ１の走査配線に接続されている。走査回路Ａ３は、全走査配線の中から駆動対象とする一本または数本の走査配線を選択し、選択する走査配線を順次切り替えるための回路である。一般的には、一行ずつ順次行選択する線順次走査が行われるが、これに限定されるものではない。走査回路Ａ３は、飛び越し走査（インタレース走査）、複数行を選択したり面状に選択したりすること（マルチライン走査）も可能である。走査回路Ａ３は、駆動対象の走査配線（選択ライン）に対しては選択電位を供給し、その他の走査配線（非選択ライン）に対しては非選択電位を供給する。

走査電源回路Ａ８は、複数の電圧値（選択電位、非選択電位）を出力する電源回路である。一般的には電圧源回路であるが、必ずしもこれに限定されるものではない。

タイミング発生回路Ａ４は、変調回路Ａ２、走査回路Ａ３、データ変換回路Ａ５およびパラレル／シリアル変換回路Ａ６のそれぞれ回路のタイミングを制御する制御データとしてのタイミング信号を発生する回路である。

データ変換回路Ａ５は、入力された輝度階調データを、変調回路Ａ２およびマルチ電子源Ａ１に適した画像データに変換する回路である。たとえば、データ変換回路Ａ５は、輝度階調データに対して、逆γ変換、輝度補正、色補正、解像度変換、最大値調整（リミッタ）などの信号処理を施すことができる。

パラレル／シリアル変換回路Ａ６は、データ変換回路５から出力された画像データをパラレルデータからシリアルデータに変換し、変調回路Ａ２に出力する回路である。

（変調回路）
図１３は、変調回路Ａ２の回路構成を示すブロック図である。変調回路Ａ２は、シリアル／パラレル変換回路Ａ９、シフトレジスタＡ１０、データサンプリング回路Ａ１１、ロジック回路Ａ１２、出力回路Ａ１３、で構成されている。

本実施例における変調回路Ａ２の動作を説明する。

出力データ回路から出力された画像データは、シリアル／パラレル変換回路Ａ９でパラレルデータに変換される。パラレルデータに変換された画像データは、シフトレジスタＡ１０によって、順次データサンプリング回路Ａ１１に格納される。

マルチ電子源Ａ１の水平方向の画素数（以下、水平方向の画素数をＭとする）に相当する画像データが、データサンプリング回路Ａ１１に格納される。その後、データサンプリング回路Ａ１１に格納された、各画素用の画像データをもとに、ロジック回路Ａ１２が、出力回路Ａ１３の制御信号（制御シーケンス）を生成し、出力回路Ａ１３に送出する。

出力回路Ａ１３は、制御信号（制御シーケンス）に基づき、変調パルスを生成し、その変調パルスをマルチ電子源Ａ１の変調配線に出力する。

（ロジック回路）
図１４は、変調回路のロジック回路Ａ１２の構成を示すブロック図である。

ロジック回路Ａ１２は、Ｍ個のロジック回路Ａ１４を備えている。それぞれのロジック回路Ａ１４は、各画素に対応している。以下、１画素分のロジック回路Ａ１４を例に、具体的な構成、動作を説明する。

ロジック回路Ａ１４は、デコーダＡ１４ａとシーケンス発生回路Ａ１４ｂとを備えている。データサンプリング回路Ａ１１でサンプリングされた画像データは、デコーダＡ１４ａに入力される。デコーダＡ１４ａは、画像データと出力データ回路からのタイミング信号とから、変調パルスの立ち上がり・立ち下がりタイミング用の制御データを生成する。その制御データは、シーケンス発生回路Ａ１４ｂに入力され、コンパレータ用データとして使用される。またデコーダＡ１４ａは、画像データとタイミング信号とから、変調パルスの出力レベルを規定するための制御信号Ｌｅｖｅｌを生成する。制御信号Ｌｅｖｅｌは出力回路Ａ１３に入力される。

シーケンス発生回路Ａ１４ｂは、タイミング信号として供給されるクロック信号に基づき、クロック数をカウントする。シーケンス発生回路Ａ１４ｂ内のコンパレータは、そのカウント値と、立ち上がり・立ち下がりタイミング用の制御データとを比較する。そして、コンパレータの値に基づき、変調パルスの立ち上がりタイミングを規定するための制御信号Ｔｒと、変調パルスの立ち下がりタイミングを規定するための制御信号Ｔｆと、が生成される。制御信号Ｔｒ、Ｔｆは出力回路Ａ１３に入力される。

（出力回路）
図１５は、変調回路の出力回路Ａ１３の構成を示すブロック図である。

出力回路Ａ１３は、Ｍ個の出力回路Ａ１５を備えている。それぞれの出力回路Ａ１５は、各画素（各変調配線）に対応している。以下、１画素分の出力回路Ａ１５を例に、具体的な構成、動作を説明する。

出力回路Ａ１５は、レベルシフト回路Ａ１６、参照波形発生回路Ａ１７、出力段Ａ１８から構成される。

ロジック回路Ａ１４から送出された制御信号Ｔｒ、Ｔｆ、Ｌｅｖｅｌが出力回路Ａ１５に入力される。レベルシフト回路Ａ１６が、制御信号Ｔｒ、Ｔｆ、Ｌｅｖｅｌの電圧をロジックレベルから出力回路Ａ１５の動作電圧レベルに変換する。レベルシフト回路Ａ１６から出力された制御信号Ｔｒ、Ｔｆ、Ｌｅｖｅｌは、参照波形発生回路Ａ１７に入力される。

図１６は、参照波形発生回路Ａ１７の構成を示すブロック図である。参照波形発生回路Ａ１７は、立ち上がり参照波形生成部Ａ１７ａ、出力レベル生成部Ａ１７ｂ、立ち下がり参照波形生成部Ａ１７ｃ、波形切替え部Ａ１７ｄから構成される。

この実施形態では、立ち上がり参照波形生成部Ａ１７ａ、出力レベル生成部Ａ１７ｂ、立ち下がり参照波形生成部Ａ１７ｃが、それぞれ、本発明の第１波形生成部、第２波形生成部、第３波形生成部に対応する。また、波形切替え部Ａ１７ｄが、本発明の波形切替え部に対応する。

（立ち上がり波形の生成）
立ち上がり波形生成動作を説明する。

レベルシフトされた制御信号Ｔｒは、立ち上がり参照波形生成部Ａ１７ａに入力される。立ち上がり参照波形生成部Ａ１７ａは、制御信号Ｔｒが入力されると、所定の傾きを持つ立ち上がりスロープ波形を生成し、出力する。立ち上がりスロープ波形（第１波形）としては、スロープ状に緩やかに立ち上がる波形であればどのような波形を用いてもよい。好ましくは単調増加する波形、より好ましくは一定の傾きをもつ波形が好適である。階調制御が容易になるからである。

図１７は、立ち上がりスロープ波形を生成するための回路構成例である。この回路は、スイッチＳ１、Ｓ２と、電流源Ｉｔｒと、容量Ｃｔｒから構成される。

制御信号Ｔｒがオン状態（Ｈｉｇｈ）の時、スイッチＳ１はオン状態、スイッチＳ２はオフ状態となる。スイッチＳ１がオン状態に変化する事で、電流源Ｉｔｒから一定の電流が流れ込み、電荷が容量Ｃｔｒに充電される。この動作により、出力電圧Ｔｒ＿ＯＵＴは、一定の傾きを持つ波形となる。

制御信号Ｔｒがオフ状態（Ｌｏｗ）に変化すると、スイッチＳ１はオフ状態、スイッチＳ２はオン状態となる。この動作により、容量Ｃｔｒに充電された電荷は放電され、出力電圧Ｔｒ＿ＯＵＴは０Ｖとなる。なお、本例では、スイッチＳ２側にグランドに向けての電流源を接続しても良い。

（出力レベルの生成）
出力レベル生成動作を説明する。

レベルシフトされた制御信号Ｌｅｖｅｌは、出力レベル生成部Ａ１７ｂに入力される。出力レベル生成部Ａ１７ｂは、制御信号Ｌｅｖｅｌをデジタル／アナログ変換して、一定電圧の電圧レベル信号ＬＥＶＥＬ＿ＯＵＴを出力する。この電圧レベル信号ＬＥＶＥＬ＿ＯＵＴが、変調パルスの波高値を規定するための波形（第２波形）である。

（立ち下がり波形の生成）
立ち下がり波形生成動作を説明する。

レベルシフトされた制御信号Ｔｆは、立ち下がり参照波形生成部Ａ１７ｃに入力される。立ち下がり参照波形生成部Ａ１７ｃは、波形切替え部Ａ１７ｄから出力される参照波形ＲＥＦ＿ＷＦの電圧を常に受けている。立ち下がり参照波形生成部Ａ１７ｃが参照波形ＲＥＦ＿ＷＦの電圧を常に受ける理由は、波形切替え部Ａ１７ｄから出力されている電圧レベルからの立ち下がり波形を生成するためである。すなわち、制御信号Ｔｆが入力されると、立ち下がり参照波形生成部Ａ１７ｃは、参照波形ＲＥＦ＿ＷＦの電圧値から、所定の傾きを持つ立ち下がりスロープ波形を生成し、出力電圧Ｔｆ＿ＯＵＴを出力する。

立ち下がりスロープ波形（第３波形）としては、スロープ状に緩やかに立ち下がる波形であればどのような波形を用いてもよい。好ましくは単調減少する波形、より好ましくは一定の傾きをもつ波形が好適である。階調制御が容易になるからである。

図１８は、立ち下がりスロープ波形を生成するための回路構成例である。この回路は、スイッチＳ３、Ｓ４と、電流源Ｉｔｆと、容量Ｃｔｆとから構成される。

制御信号Ｔｆがオン状態（Ｈｉｇｈ）の時、スイッチＳ３はオン状態、スイッチＳ４はオフ状態となる。このため参照波形ＲＥＦ＿ＷＦと同じ電圧が入力され、容量Ｃｔｆが充電される。

制御信号Ｔｆがオフ状態（Ｌｏｗ）の時、スイッチＳ３はオフ状態、スイッチＳ４はオン状態となる。この動作により、出力電圧Ｔｆ＿ＯＵＴは、立ち下がり開始直前の参照波形ＲＥＦ＿ＷＦの電圧から、一定の傾きを持つ立ち下がり波形となり、やがてグランドレベルとなる。

（出力波形の生成）
波形切替え動作、および出力波形動作を説明する。

波形切替え部Ａ１７ｄは、制御信号Ｔｒ、Ｔｆに基づき、立ち上がり参照波形生成部Ａ１７ａ、出力レベル生成部Ａ１７ｂ、立ち下がり参照波形生成部Ａ１７ｃの参照波形（出力電圧）を切替えることで、参照波形ＲＥＦ＿ＷＦを生成し出力段Ａ１８に出力する。

具体的には、波形切替え部Ａ１７ｄは、
制御信号ＴｒがＨｉｇｈの時、立ち上がり参照波形生成部Ａ１７ａの出力電圧Ｔｒ＿ＯＵＴを選択し、
制御信号ＴｒがＬｏｗの時、出力レベル生成部Ａ１７ｂの出力電圧ＬＥＶＥＬ＿ＯＵＴを選択する。

また、波形切替え部Ａ１７ｄは、
制御信号ＴｆがＨｉｇｈの時、制御信号Ｔｒの論理を優先し、
制御信号ＴｆがＬｏｗの時、立ち下がり参照波形生成部Ａ１７ｃの出力電圧Ｔｒ＿ＯＵＴを選択する。

出力段Ａ１８は、波形切替え部Ａ１７ｄからの出力波形ＲＥＦ＿ＷＦを参照して、同形もしくは相似の波形をもつ変調パルスを生成する。変調パルスＯＵＴは、マルチ電子源Ａ１の変調配線に出力される。出力段Ａ１８は、図１６のようなオペアンプＡ１８ａを用いたユニティゲインバッファ構成が好適である。また、オペアンプの増幅段構成を出力段に採用してもよい。

（動作例１）
図１９および図２０を参照して、出力回路Ａ１５の動作タイミングの一例を説明する。図１９は出力回路Ａ１５の動作例１を示すタイミングチャートであり、図２０は動作例１の論理表である。動作例１は、最大電圧レベル（Ｖ４）の変調パルスを出力する場合の制御である。

制御信号Ｌｅｖｅｌが、出力レベル生成部Ａ１７ｂに入力され、電圧レベル信号ＬＥＶＥＬ＿ＯＵＴが出力される。この例ではＶ４レベルが出力される。

制御信号ＴｒがＨｉｇｈレベルの時、立ち上がり参照波形生成部Ａ１７ａから、一定の傾きを持つ立ち上がり波形Ｔｒ＿ＯＵＴが出力される。制御信号ＴｒがＬｏｗレベルの時、Ｔｒ＿ＯＵＴは０Ｖ（グランドレベル）となる。

制御信号ＴｆがＨｉｇｈレベルの時、立ち下がり参照波形生成部Ａ１７ｃはＲＥＦ＿ＷＦの電圧を取り込む。制御信号ＴｆがＬｏｗレベルになるまで、立ち下がり参照波形生成部Ａ１７ｃはＲＥＦ＿ＷＦの電圧を取り込み続け、その電圧をＴｆ＿ＯＵＴとして出力する。制御信号ＴｆがＬｏｗレベルになると、Ｔｆ＿ＯＵＴはＲＥＦ＿ＷＦから一定の傾きで立ち下がり、やがて、０Ｖとなる。

波形切替え部Ａ１７ｄは、制御信号ＴｒがＨｉｇｈレベルになると、立ち上がり参照波形生成部Ａ１７ａから出力された参照波形Ｔｒ＿ＯＵＴを選択し、出力する。図１９では、制御信号Ｔｒは、Ｔｒ＿ＯＵＴの電圧がＶ４レベルに達するまでの期間、Ｈｉｇｈとなっている。

波形切替え部Ａ１７ｄは、制御信号ＴｒがＬｏｗレベルになると、制御信号ＴｆがＨｉｇｈレベルの場合は、ＬＥＶＥＬ＿ＯＵＴを選択し、出力する。制御信号ＴｆがＬｏｗレベルになると、波形切替え部Ａ１７ｄは、Ｔｆ＿ＯＵＴを選択し、出力する。

上記動作により、出力波形用の参照波形ＲＥＦ＿ＷＦは、グランドレベルから一定の傾きを持って立ち上がり、指定された電圧レベルを出力後、一定の傾きを持ってグランドレベルまで立ち下がる。

（動作例２）
図２１および図２２を参照して、出力回路Ａ１５の動作タイミングの一例を説明する。図２１は出力回路Ａ１５の動作例２を示すタイミングチャートであり、図２２は動作例２の論理表である。

動作例１と異なる点は、一定電圧の電圧レベル信号ＬＥＶＥＬ＿ＯＵＴを出力せずに、立ち上がり波形からすぐに立ち下がり波形に切り替わる点である。つまり、動作例１の変調パルスは台形波形であったのに対し、動作例２の変調パルスは三角波形である。三角波形はたとえば低階調の駆動に好適に利用できる。

図２１は、０ＶからＶ１レベルまでの間で三角波形を生成する例を示している。

図２１および図２２から判るように、制御信号Ｔｒ、Ｔｆの両方が同じタイミングでＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに切り替わることで、三角波形の参照波形ＲＥＦ＿ＷＦが生成される。そして制御信号Ｔｒ、ＴｆのＨｉｇｈ期間を長くするほど、三角波形を大きくすることができる。図２１の例では、Ｈｉｇｈ期間の長さが（ａ）＞（ｂ）＞（ｃ）＞（ｄ）であり、（ｄ）の時に三角波形の波高値がＶ１レベルに達している。

図２１では、０ＶからＶ１レベルの間の三角波形の例を説明したが、他の電圧レベル間においても、制御信号ＴｒとＴｆを適宜設定する事で、三角波形を出力する事が可能である。

なお、本実施例の回路構成では、それぞれの出力回路Ａ１５が、立ち上がり参照波形生成部Ａ１７ａ、出力レベル生成部Ａ１７ｂ、立ち下がり参照波形生成部Ａ１７ｃを備えている。よって、Ｍ画素分の出力回路Ａ１５のそれぞれが、変調パルスの立ち上がりタイミング、電圧レベルとその出力期間、および立ち下がりタイミングを、独立で制御可能である。言い換えれば、画素毎（変調配線毎）に、変調パルスの立ち上がりや立ち下がりのタイミングを異ならせたり、電圧レベルを異ならせたりすることができる。

パルス幅変調方式における変調信号の波形のなまりを示す図である。 電子放出素子をマトリクス状に並べた画像表示装置の構造を説明する図である。 駆動回路を示す図である。 第１の実施形態における変調信号の波形を示す図である。 第２の実施形態における変調信号の波形を示す図である。 第３の実施形態における変調信号の波形を示す図である。 本発明の表示素子の等価回路を示す図である。 本実施例における走査信号の波形を示す図である。 本実施例における変調信号の波形を示す図である。 変調パルスの波形の一例を示す図である。 変調パルスの波形の一例を示す図である。 画像表示装置の構成を示すブロック図である。 変調回路の回路構成を示すブロック図である。 変調回路のロジック回路の構成を示すブロック図である。 変調回路の出力回路の構成を示すブロック図である。 参照波形発生回路の構成を示すブロック図である。 立ち上がりスロープ波形を生成するための回路構成例である。 立ち下がりスロープ波形を生成するための回路構成例である。 出力回路の動作例１を示すタイミングチャートである。 動作例１の論理表である。 出力回路の動作例２を示すタイミングチャートである。 動作例２の論理表である。

符号の説明

１０２ 補正回路
１０３ メモリ
１０４ 変調回路
１０５ 走査回路
１０８ 表示素子

Claims (7)

1. 複数の表示素子と、
   前記複数の表示素子を駆動する駆動回路であって、前記複数の表示素子の輝度特性のばらつきを階調に応じて補正する補正回路を有する駆動回路と、を有し、
   前記駆動回路は、第１階調の変調信号と第２階調の変調信号とが相似形である変調信号を出力し、
   前記補正回路は、前記第２階調の変調信号で表示素子を駆動して測定した該表示素子の輝度特性から求めた値を用いて前記第１階調の補正を行うことを特徴とする画像表示装置。
2. 前記第２階調は前記第１階調よりも大きい階調であることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記第１階調の変調信号と前記第２階調の変調信号とが台形であることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。
4. 前記第１階調の変調信号と前記第２階調の変調信号とが三角形であることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。
5. 前記駆動回路は、前記第１階調及び前記第２階調よりも大きい第３階調の変調信号と該第２階調の変調信号とが相似形ではない変調信号を出力し、
   前記第３階調の変調信号が台形であることを特徴とする請求項４に記載の画像表示装置。
6. 前記駆動回路は、前記複数の表示素子を単純マトリクス駆動することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の画像表示装置。
7. 前記表示素子は電子放出素子であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の画像表示装置。

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