JP2021076791A - 画像表示装置、駆動方法及び駆動プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】低階調領域の輝度ムラを容易に低減できる画像表示装置、駆動方法及び駆動プログラムを提供すること。【解決手段】画像表示装置１は、映像フレーム毎の画像データの入力を受け付け、当該画像データを表示させる表示パネル４０における各画素の階調値を決定する入力部１１と、決定された階調値を、１フレーム期間を所定の割合で分割した第１サブフレーム及び第２サブフレームの各期間に対する階調値に変換し、変換後の階調値に応じた画素への書き込みデータを生成する階調変換部１２と、書き込みデータを表示パネル４０のドライバへ出力する出力部１３と、を備え、階調変換部１２は、１フレーム期間における輝度が変化しないように階調値を変換し、階調値が閾値未満の場合に、第２サブフレームにおける変換後の階調値をゼロとする。【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子を用いたアクティブマトリックス型の画像表示装置、駆動方法及び駆動プログラムに関する。

従来、有機ＥＬなどの発光素子を用いたアクティブマトリックス型の表示装置は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）素子を用いて発光素子に供給する電流を制御することで輝度変調を行っている。しかし、特に大画面ＴＦＴ基板の製膜工程において、ＴＦＴ素子を面内均一に製膜することは困難であり、画素毎に素子特性のばらつきが生じてしまう。この結果、同じ電圧を印加しても発光素子に供給される電流が画素毎に異なってしまい、輝度ムラとなって表示画質が劣化するという問題があった。このような問題に対して、ＴＦＴ素子の特性のばらつきを補正するための様々な手法が考案されている。

例えば、特許文献１〜３では、画素回路内に特性補正用のＴＦＴ素子を配置することによって、各画素に供給される電流のばらつきを補償する技術が提案されている。しかし、大画面かつ高精細な表示装置においては、一画素当たりの電流量が小さいため、低階調領域（微小電流領域）におけるＴＦＴ素子の制御が難しく、特性のばらつきを十分に補償することは難しかった。

そこで、特許文献４では、このような低階調領域の輝度ムラを改善するために、従来の振幅変調だけでなくデューティ幅変調を併用することによって階調を制御する手法が提案されている。
また、特許文献５〜７では、映像の動きぼやけを改善するために、デューティ比を適応的に変化させる手法が提案されている。
さらに、特許文献８では、低階調領域において、一部の画素のみを、調整した強度で発光させる手法が提案されている。

特開２００９−２５８２２７号公報 特開２０１６−５２９０８０号公報 特開２００７−１３３２８２号公報 特開２０１５−４９３３５号公報 特開２０１６−１７０３８５号公報 特開２０１１−２２４６２号公報 特開２００８−９３９１号公報 特開２０１８−３１９０４号公報

特許文献４の手法では、階調値に応じてデューティ比と電流量とを制御することにより、低階調領域の輝度ムラを改善することができる。しかし、その一方で、デューティ幅変調用のＴＦＴ素子を追加配置する必要があり、歩留まりを低下させるおそれがあった。
特許文献５〜７の手法は、動きぼやけを改善するためのものであり、依然として微小電流領域が存在し、低階調領域における輝度ムラを改善することはできなかった。
特許文献８の手法では、複数の画素を連携させて制御する必要があり、また、画素毎の階調値が調整されるため解像度が低下するおそれがあった。

本発明は、低階調領域の輝度ムラを容易に低減できる画像表示装置、駆動方法及び駆動プログラムを提供することを目的とする。

本発明に係る画像表示装置は、映像フレーム毎の画像データの入力を受け付け、当該画像データを表示させる表示パネルにおける各画素の階調値を決定する入力部と、決定された前記階調値を、１フレーム期間を所定の割合で分割した第１サブフレーム及び第２サブフレームの各期間に対する階調値に変換し、変換後の階調値に応じた前記画素への書き込みデータを生成する階調変換部と、前記書き込みデータを前記表示パネルのドライバへ出力する出力部と、を備え、前記階調変換部は、１フレーム期間における輝度が変化しないように前記階調値を変換し、前記階調値が閾値未満の場合に、前記第２サブフレームにおける変換後の階調値をゼロとする。

前記階調変換部は、前記階調値が前記閾値以上の場合に、前記第１サブフレーム及び前記第２サブフレームにおける変換後の階調値が等しくなるように前記階調値を変換してもよい。

前記階調変換部は、前記階調値の変化に対して変換後の階調値が連続するように前記階調値を変換してもよい。

本発明に係る駆動方法は、映像フレーム毎の画像データの入力を受け付け、当該画像データを表示させる表示パネルにおける各画素の階調値を決定する入力ステップと、決定された前記階調値を、１フレーム期間を所定の割合で分割した第１サブフレーム及び第２サブフレームの各期間に対する階調値に変換し、変換後の階調値に応じた前記画素への書き込みデータを生成する階調変換ステップと、前記書き込みデータを前記表示パネルのドライバへ出力する出力ステップと、をコンピュータが実行し、前記階調変換ステップにおいて、１フレーム期間における輝度が変化しないように前記階調値を変換し、前記階調値が閾値未満の場合に、前記第２サブフレームにおける変換後の階調値をゼロとする。

本発明に係る駆動プログラムは、映像フレーム毎の画像データの入力を受け付け、当該画像データを表示させる表示パネルにおける各画素の階調値を決定する入力ステップと、決定された前記階調値を、１フレーム期間を所定の割合で分割した第１サブフレーム及び第２サブフレームの各期間に対する階調値に変換し、変換後の階調値に応じた前記画素への書き込みデータを生成する階調変換ステップと、前記書き込みデータを前記表示パネルのドライバへ出力する出力ステップと、をコンピュータに実行させ、前記階調変換ステップにおいて、１フレーム期間における輝度が変化しないように前記階調値を変換させ、前記階調値が閾値未満の場合に、前記第２サブフレームにおける変換後の階調値をゼロとさせるためのものである。

本発明によれば、アクティブマトリックス型の表示装置において、低階調領域の輝度ムラを容易に低減できる。

実施形態における画像表示装置の構成を示すブロック図である。 実施形態における画素毎の発光方式を示す図である。 実施形態における表示パネルへのデータ書き込み動作の一例を示す図である。 実施形態における走査ラインの走査時間を示す図である。 実施形態における表示パネルの各画素を構成する回路の一例を示す図である。 実施形態における第１サブフレーム期間に書き込まれるデータ信号の第１の調整方法を示す図である。 実施形態における第２サブフレーム期間に書き込まれるデータ信号の第１の調整方法を示す図である。 実施形態における第１の調整方法に基づく、元の階調値の変化に応じた画素に印加される電流値の変化を示す図である。 実施形態における第１サブフレーム期間に書き込まれるデータ信号の第２の調整方法を示す図である。 実施形態における第２サブフレーム期間に書き込まれるデータ信号の第２の調整方法を示す図である。 実施形態における第２の調整方法に基づく、元の階調値の変化に応じた画素に印加される電流値の変化を示す図である。 実施形態における第１サブフレーム期間に書き込まれるデータ信号の第３の調整方法を示す図である。 実施形態における第２サブフレーム期間に書き込まれるデータ信号の第３の調整方法を示す図である。

以下、本発明の実施形態の一例について説明する。
本実施形態に係る画像表示装置１は、有機ＥＬ発光素子を用いた表示装置であり、映像フレーム毎の信号処理において、１フレームの表示期間内に、低階調データを表示する第１サブフレームと高階調データを表示する第２サブフレームとを設けることにより、低階調領域の輝度ムラを低減する。

図１は、本実施形態における画像表示装置１の構成を示すブロック図である。
画像表示装置１は、信号処理部１０と、スキャンドライバ２０と、ソースドライバ３０と、表示パネル４０とを備える。

信号処理部１０は、映像信号に含まれる画像データを入力として、各画素の階調値を決定すると、各サブフレーム期間に書き込まれるデータに変換し、スキャンドライバ２０及びソースドライバ３０に適切なタイミングで信号を供給することにより、表示パネル４０の発光素子を階調値に応じた駆動電流で発光させる。

スキャンドライバ２０は、信号処理部１０から各走査ラインを順番に走査するための制御信号を受信する。
また、スキャンドライバ２０から表示パネル４０の各画素へは、垂直方向に複数の選択信号線と、各発光素子への電源ラインとが接続されている。スキャンドライバ２０は、複数の選択信号線のそれぞれに選択信号を供給すると共に、電源ラインから駆動電圧を印加する。
本実施形態において、スキャンドライバ２０は、１フレーム期間内に、２つのサブフレームの書き込みを実現するために、２回の走査を実施する。

ソースドライバ３０は、信号処理部１０で決定された階調値に応じたサブフレーム毎の書き込みデータを受信する。
また、ソースドライバ３０から表示パネル４０の各画素へは、水平方向に複数のデータ信号線が接続されている。ソースドライバ３０は、複数のデータ信号線のそれぞれに、各画素の階調値に基づくデータ信号を供給する。

表示パネル４０は、有機ＥＬ発光素子が各画素に対応して設けられたアクティブマトリックス型の表示デバイスであり、スキャンドライバ２０からの制御信号、及びソースドライバ３０からのデータ信号に応じて、各発光素子を発光させることにより、画像を表示する。
すなわち、信号処理部１０から出力されたデータ信号は、ソースドライバ３０を経由して各画素に供給され、スキャンドライバ２０から出力された選択信号がオンになったタイミングで画素内のキャパシタに書き込まれる。電源線に接続されたＴＦＴを駆動することにより、キャパシタで保持されたデータ電圧に応じた電流が有機ＥＬ発光素子に供給される。

次に、信号処理部１０の機能を詳述する。
図１に示すように、信号処理部１０は、入力部１１と、階調変換部１２と、出力部１３とを備える。

入力部１１は、映像フレーム毎の画像データの入力を受け付け、この画像データを表示させる表示パネル４０における各画素の階調値を決定する。

階調変換部１２は、入力部１１により決定された階調値を、１フレーム期間を所定の割合で分割した第１サブフレーム及び第２サブフレームの各期間に対する階調値に変換し、変換後の階調値に応じた画素への書き込みデータを生成する。

ここで、第１サブフレーム期間は、例えば、１フレーム期間のうち最初の２５％の時間であり、残り７５％の時間が第２サブフレーム期間となる。
階調変換部１２は、１フレーム期間における輝度が変化しないように階調値を変換し、階調値が閾値未満の場合に、第２サブフレームにおける変換後の階調値をゼロとする。

出力部１３は、階調変換部１２により生成された書き込みデータを表示パネル４０のソースドライバ３０へ出力する。

図２は、本実施形態における画素毎の発光方式を示す図である。
通常の発光方式では、１フレーム期間の全体にわたって同じ電流値とし、電流の振幅値によって階調を表現する。このため、低階調表示時に微小電流になってしまう。

一方、本実施形態における発光方式では、画像表示装置１は、１フレーム期間を低階調用の第１サブフレームと高階調用の第２サブフレームとに２分する。そして、画像表示装置１は、高階調表示時には通常と同じく発光期間を１フレーム期間の全体とし、低階調表示時には発光時間を第１サブフレーム期間のみと短くすることで、電流値を上昇させる。

このとき、表示輝度は、瞬時電流の時間積分に比例するため、電流値は、発光時間に応じて表示輝度を変化させないように調整される。例えば、１フレーム期間の２５％の時間を用いて低階調用の第１サブフレームを設ける場合、低階調表示時の電流値は約４倍になるため、微小電流領域を回避することができる。

図３は、本実施形態における表示パネル４０へのデータ書き込み動作の一例を示す図である。
１枚の画像を表示する１フレーム期間において、２５％を第１サブフレームとした場合、残りの７５％が第２サブフレームとして設定される。サブフレーム毎に選択信号がターンオンし、各サブフレーム用に変換された階調値に応じたデータ信号（Ｄａｔａ）が書き込まれる。すなわち、１フレームにつき２回のデータ書き込みが行われる。

画像表示装置１は、この動作を全走査ライン（Ｌｉｎｅ １，２，…，ｋ，ｋ＋１，…）で順番に繰り返すことにより、表示パネル４０の全面で画素毎に階調表現をサブフレームに時分割し、低階調領域における微小電流を回避する。

図４は、本実施形態における走査ラインの走査時間を示す図である。
例えば、フレームレートが６０ｆｐｓの場合、通常の走査では、１／６０秒間で表示パネル４０の全走査ラインを上端から下端まで順に走査し、２倍速の１２０ｆｐｓでは、１／１２０秒間で全体が走査される。

本実施形態では、６０ｆｐｓに対して、スキャンドライバ２０は、全走査ラインを２回走査する。第１サブフレームが１フレーム期間（１／６０秒）の５０％以下の場合、２倍速の走査で２回の走査が十分に実現できる。

図５は、本実施形態における表示パネル４０の各画素を構成する回路の一例を示す図である。
スキャンドライバ２０に接続された選択信号線（ＳＣＡＮ）において選択信号がターンオンしたとき、選択用ＴＦＴ（Ｔ１）がオン状態となり、ソースドライバ３０に接続されたデータ信号線（ＤＡＴＡ）に重畳されたデータ信号が画素内のキャパシタ（Ｃ）に保持される。キャパシタ（Ｃ）で保持されたデータ信号は、その電圧値に従って駆動用ＴＦＴ（Ｔ２）を動作させ、電源線（ＥＶＤＤ）の電流を発光素子（Ｄ）に印加する。

次に、階調変換部１２による階調値の変換処理を詳細に説明する。
図６Ａ及び６Ｂは、それぞれ実施形態における第１及び第２サブフレーム期間に書き込まれるデータ信号の第１の調整方法を示す図である。
階調変換部１２は、入力された画像データの各画素の元の階調値に対して、各サブフレームへの書き込みデータの信号レベルに相当する変換後の階調値Ｓ１，Ｓ２を生成する。

このとき、階調変換部１２は、元の階調値が予め設定された制御閾値以上の場合に、第１サブフレーム及び第２サブフレームにおける変換後の階調値が等しくなるように階調値を変換する。

具体的には、予め設定された制御閾値（例えば、０．５）未満の元の階調値ｖに対して、１フレーム期間の２５％の時間である第１サブフレーム期間においては、変換後の階調値を約２倍にすることが可能であり、階調変換部１２は、Ｓ１＝２ｖ，Ｓ２＝０を出力する。
一方、制御閾値以上の元の階調値ｖ’に対しては、階調変換部１２は、従来通りの制御を行い、Ｓ１＝ｖ’，Ｓ２＝ｖ’を出力する。

ここで、画素毎の表示輝度は、例えば信号レベルの２乗程度で設計される。したがって、階調値及びデータ信号値を２倍にすることで、電流値は４倍となり、第１サブフレームが２５％の時間であれば、１フレーム期間における輝度は、時分割を行わない場合と同等に維持される。

図７は、本実施形態における第１の調整方法に基づく、元の階調値の変化に応じた画素に印加される電流値の変化を示す図である。
階調値が０．４のＮ番フレームから階調値０．６のＮ＋１番フレームに遷移したとき、Ｎ番フレームでは、低階調用の第１サブフレーム期間でのみ画素に電流が供給され、Ｎ＋１番フレームでは、１フレーム期間の全体で一定値の電流が供給される。
これにより、低階調のＮ番フレームでは、元の階調値に基づく微小電流（破線）による制御が回避される。

図８Ａ及び８Ｂは、それぞれ実施形態における第１及び第２サブフレーム期間に書き込まれるデータ信号の第２の調整方法を示す図である。
第２の調整方法では、階調変換部１２は、元の階調値の変化に対して変換後の階調値が連続するように階調値を変換する。

制御閾値（例えば、０．５）未満の元の階調値ｖに対しては、第１の調整方法と同様に、１フレーム期間の２５％の時間である第１サブフレーム期間においては、変換後の階調値を約２倍にすることが可能であり、階調変換部１２は、Ｓ１＝２ｖ，Ｓ２＝０を出力する。

一方、制御閾値以上の階調値に対しては、階調変換部１２は、第１サブフレームに対する変換後の階調値を連続的に徐々に低下させ、所定値から再び上昇させる。これに応じて、第２サブフレームに対する変換後の階調値は、図８Ｂの通り、元の輝度を維持するように、制御閾値以上の元の階調値に対して非線形に調整される。

図９は、本実施形態における第２の調整方法に基づく、元の階調値の変化に応じた画素に印加される電流値の変化を示す図である。
階調値が０．４のＮ番フレームから階調値０．６のＮ＋１番フレームへ遷移したとき、Ｎ番フレームでは、第１の調整方法（図７）と同様に、低階調用の第１サブフレーム期間でのみ画素に電流が供給される。

一方、Ｎ＋１番フレームでは、第１サブフレーム期間と第２サブフレーム期間とで電流値が異なり、Ｎ番フレームからＮ＋１番フレームへの遷移の際に電流値の変化量が抑制されている。

図１０Ａ及び１０Ｂは、それぞれ実施形態における第１及び第２サブフレーム期間に書き込まれるデータ信号の第３の調整方法を示す図である。
第３の調整方法では、階調変換部１２は、第２の調整方法と同様に、変換後の階調値の変化を連続にし、かつ、元の階調値が所定以上の領域では、元の階調値のままとして、階調表現の変化を抑制する。

本実施形態によれば、アクティブマトリックス型の画像表示装置１は、画素駆動シーケンスにおいて、１フレーム期間を、第１サブフレームと第２サブフレームとに分割して別々の階調制御を行う。低階調の場合には、画像表示装置１は、第１サブフレーム期間のみで画素を発光させる代わりに電流値を比較的高く設定して元の輝度を維持させる。一方、高階調の場合には、画像表示装置１は、第１及び第２サブフレームの両方の期間で画素を発光させる代わりに電流値を比較的低く設定する。

このように、画像表示装置１は、１フレーム期間内に２回に分割してデータを書き込むことにより、元の階調値が閾値より低い画素の駆動電流の領域を、輝度ムラが顕著な微小電流領域よりも高い方へ移動させることができ、階調表示の制御が容易になる。
また、画像表示装置１は、１フレーム期間において等分割のサブフレームを多数設けるのではなく、時間が固定された２つのサブフレームで動作するため、従来の画素回路構成にＴＦＴ素子を新たに追加することなく、最大２倍速の走査で十分に表示パネル４０を駆動することができる。

したがって、画像表示装置１は、低階調領域の輝度ムラを容易に低減できる。
さらに、画素毎の電流のばらつきを補償するための従来のセンシング回路と組み合わせることによって、表示画質のさらなる改善も期待できる。
また、本実施形態において輝度を上昇させるのは主に低階調領域であるため、従来の手法と比較して素子寿命の悪化が抑制される。

画像表示装置１は、元の階調値が閾値以上の場合に、第１サブフレーム及び第２サブフレームにおける変換後の階調値が等しくなるように階調値を変換してもよい。
これにより、画像表示装置１は、低階調領域の輝度ムラを低減しつつ、高階調領域ではデータ信号を変化させず、元の表示画質を維持できる。

画像表示装置１は、元の階調値の変化に対して変換後の階調値が連続するように階調値を変換してもよい。
このように、低階調値と高階調値との間に緩衝領域を設けることにより、画像表示装置１は、階調値が閾値をまたいで変化した際に、各画素における電流値（輝度）の急激な変化を抑制でき、フリッカーなどの影響を回避できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限るものではない。また、本実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本実施形態に記載されたものに限定されるものではない。

画像表示装置１が処理対象とする画像は、複数のフレームが連続する動画像に限られず、静止画像であってもよい。

前述の実施形態で示した制御閾値は一例であり、例えば表示パネル４０の仕様の相違によって適宜、値は変更されてよい。また、１フレーム期間に対する第１サブフレームの割合も、２５％には限られない。

第１及び第２サブフレーム期間に書き込まれるデータ信号の調整方法は、前述の第１〜第３の方法には限られない。また、低階調時の階調値の変換倍率は、階調値と輝度との相関関係に基づき適宜設定されてよい。

本実施形態では、主に画像表示装置１の構成と動作について説明したが、本発明はこれに限られず、各構成要素を備え、画像を表示するための方法、又はプログラムとして構成されてもよい。

さらに、画像表示装置１の機能を実現するためのプログラムをコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。

ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器などのハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータで読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭなどの可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスクなどの記憶装置のことをいう。

さらに、「コンピュータで読み取り可能な記録媒体」とは、インターネットなどのネットワークや電話回線などの通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時刻の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時刻プログラムを保持しているものも含んでもよい。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。

１ 画像表示装置
１０ 信号処理部
１１ 入力部
１２ 階調変換部
１３ 出力部
２０ スキャンドライバ
３０ ソースドライバ
４０ 表示パネル

Claims (5)

1. 映像フレーム毎の画像データの入力を受け付け、当該画像データを表示させる表示パネルにおける各画素の階調値を決定する入力部と、
   決定された前記階調値を、１フレーム期間を所定の割合で分割した第１サブフレーム及び第２サブフレームの各期間に対する階調値に変換し、変換後の階調値に応じた前記画素への書き込みデータを生成する階調変換部と、
   前記書き込みデータを前記表示パネルのドライバへ出力する出力部と、を備え、
   前記階調変換部は、
   １フレーム期間における輝度が変化しないように前記階調値を変換し、
   前記階調値が閾値未満の場合に、前記第２サブフレームにおける変換後の階調値をゼロとする、画像表示装置。
2. 前記階調変換部は、前記階調値が前記閾値以上の場合に、前記第１サブフレーム及び前記第２サブフレームにおける変換後の階調値が等しくなるように前記階調値を変換する請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記階調変換部は、前記階調値の変化に対して変換後の階調値が連続するように前記階調値を変換する請求項１に記載の画像表示装置。
4. 映像フレーム毎の画像データの入力を受け付け、当該画像データを表示させる表示パネルにおける各画素の階調値を決定する入力ステップと、
   決定された前記階調値を、１フレーム期間を所定の割合で分割した第１サブフレーム及び第２サブフレームの各期間に対する階調値に変換し、変換後の階調値に応じた前記画素への書き込みデータを生成する階調変換ステップと、
   前記書き込みデータを前記表示パネルのドライバへ出力する出力ステップと、をコンピュータが実行し、
   前記階調変換ステップにおいて、
   １フレーム期間における輝度が変化しないように前記階調値を変換し、
   前記階調値が閾値未満の場合に、前記第２サブフレームにおける変換後の階調値をゼロとする、前記表示パネルの駆動方法。
5. 映像フレーム毎の画像データの入力を受け付け、当該画像データを表示させる表示パネルにおける各画素の階調値を決定する入力ステップと、
   決定された前記階調値を、１フレーム期間を所定の割合で分割した第１サブフレーム及び第２サブフレームの各期間に対する階調値に変換し、変換後の階調値に応じた前記画素への書き込みデータを生成する階調変換ステップと、
   前記書き込みデータを前記表示パネルのドライバへ出力する出力ステップと、をコンピュータに実行させ、
   前記階調変換ステップにおいて、
   １フレーム期間における輝度が変化しないように前記階調値を変換させ、
   前記階調値が閾値未満の場合に、前記第２サブフレームにおける変換後の階調値をゼロとさせるための、前記表示パネルの駆動プログラム。

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