JP2006343556A - 画像表示装置及びその駆動方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】画面を上下に分割して同時に駆動する画像表示装置において、境界領域で移動する縦線が切れてしまうという表示不良を改善する。
【解決手段】フレームメモリ#1からの読み出された画像データを現画面の上側の領域に表示すると共に、現画面の下側の領域には、前画面のフレームメモリ#3からの読み出された画像データを表示する。次の次画面においては、フレームメモリ#2からの読み出された画像データを次画面の上側の領域に表示すると共に、次画面の下側の領域には、フレームメモリ#1からの読み出された画像データを表示する。このように、フレームメモリ#1からの読み出された画像データは、現画面と次画面とで連続して表示される。
【選択図】図2
【解決手段】フレームメモリ#1からの読み出された画像データを現画面の上側の領域に表示すると共に、現画面の下側の領域には、前画面のフレームメモリ#3からの読み出された画像データを表示する。次の次画面においては、フレームメモリ#2からの読み出された画像データを次画面の上側の領域に表示すると共に、次画面の下側の領域には、フレームメモリ#1からの読み出された画像データを表示する。このように、フレームメモリ#1からの読み出された画像データは、現画面と次画面とで連続して表示される。
【選択図】図2
Description
本発明は、有機発光ダイオード(OLED)や電子放出素子を用いた自発光型素子、あるいは強誘電体液晶など、高速応答を特徴とする素子で構成されたパッシブマトリクス方式の画像表示装置及びその駆動方法に関する。
地上デジタル放送の試験運用が始まり、今後の本格運用を控えて、テレビの映像は高精細化の検討や動画質の向上が進んでいる。また、近年の各種製造技術の進展に伴い、従来のCRTに加えて、いわゆるフラットパネル型の液晶ディスプレイ(LCD)やプラズマディスプレイパネル(PDP)の大型化も著しい。
しかし、大型化による配線抵抗の増加や、高精細化によるライン当りの処理時間の減少による動作マージンの低下が課題となっている。また、OLEDや電界放射型ディスプレイ(FED)や電子放出型素子を用いたディスプレイなど、いわゆる自発光型の高速応答デバイスによる素子を用いたディスプレイの場合、薄膜トランジスタ(TFT)を用いたアクティブマトリクス方ディスプレイと比較して、製造工程が比較的簡易ですむパッシブマトリクス型のディスプレイでは、その明るさはライン当りの発光期間と、発光強度によって制御される。
このため、発光強度を高めれば、強い輝度が得られるが、発光材料の寿命に影響するため、時間当りの輝度は、低いほうが望ましい。
一方発光期間のほうは、精細度によって走査線1ライン当りの時間が決まってくるので、容易にこれを増加させることは困難である。この対策の一つとして、下記特許文献1には、表示領域を上下で分割し、それぞれを同時に駆動する手法が記載されている。
すなわち、上側の画面は、上側の走査線と上側から入力された信号によって駆動し、下側の画面は、下側の走査線と下側から入力された信号によって駆動することで、上下を同時に駆動可能になるため、ライン当りの選択期間を最大2倍にすることができるので、同じ動作条件で2倍の輝度を出力することができる。
特開2001−209357号公報
しかしながら、このような上下分割駆動の場合、上下領域の走査方向が同じでは、境界領域で、隣接する表示エリアにおいて、1フレーム内の発光タイミングが大きく異なり、特に、縦線が横に移動するような表示において、縦線が切れてしまうという表示不良が予想される。以下、図10を用いて、具体的な表示不良の内容について説明する。
通常テレビでは、1秒当り60フレームの静止画像を表示している。ここで、白地の背景に黒い縦の線が、横方向に等速で移動するような画像について考察する。
つまり、図10(a)に示すような、縦線が左から右へと一定速度で横に移動する画像信号が入力されているとき、通常の表示装置では、図10(b)に示すように見えるが、上下に分割して駆動する表示装置では、図(c)に示すように走査方向が上下ともに上から下で同じ場合は、中央で切れた2本の斜め線が移動しているように見える。
これは、もともと画像データは、図10(a)に示すように不連続のパターンとなっているのを、人間の脳が認識する際に、連続的な動きを補完して、横に移動しているように見えるのであるが、上下に同時に走査することで発光のタイミングが、1フレーム期間内で前後するため、この発光の遅れを、位置のずれとして認識してしまうために起きる現象である。
フレーム当りの移動量をA画素とし、フレーム期間が表示の水平同期周期(1Ho)を基準として400Ho、上下それぞれの表示領域の行数が384Hoであるとすると、図(a)では、1行目と384行目との間で認識される位置のずれBは、人間が動作に追随できる範囲は、個人差があるが、概ねA<20程度として、次式で表される。
B=A×(384−1)/400
B=A×(384−1)/400
したがって、例えば、フレームあたり10画素移動するような表示の場合には、1行目と385行目、384行目と768行目では、9〜10画素のずれを認識する。特に、上下の境界となる384行目と385行目では、この差がはっきり見えるため、縦線が切れて見えることになる。
このような表示不良の対策として図10(d)、(e)に示すように、走査方向を逆にして、境界部分での表示タイミングを合わせる手法も報告されているが、この場合、接合部での断裂は解消できても、中央と上下端部で生じる発光タイミングのずれのために、やはり同様の現象は避けられないので、縦線が図10(d)、(e)に示すように、くの字型に曲がって見えてしまうことが実験から明らかになった。
そこで、本発明は、このように表示領域を上下に分割して駆動する際に発生する表示不良を解決することにある。
また、本発明は、前述した画質不良に対策するための構成を、ハードウェア的に大きな変更を加えることなく、つまりフレームメモリなどの部品を増加することなく実現し、安価で高画質のテレビを実現することにある。
本発明は、現画面の上側の領域における画像信号の出力走査と、次画面の下側の領域における画像信号の出力走査とを連続的に行う手法であって、現画面と次画面とで上下に分割された1フレームの画像信号を、2画面にわたって出力することを特徴とする。
通常、画像入力信号は、垂直同期信号によって、フレーム毎に区切られており、フレーム毎の画像データを同一フレームメモリに格納して処理するのであるが、本発明のように、分割駆動を行うと、境界領域に見られる画質不良を改善するために、画面分割する部分を区切りとして、各フレームメモリに格納し、併せて出力処理を境界部分で連続的に表示されるように行う。
以上、本発明は、パッシブマトリクス方式の画像表示装置において、表示領域を上下に分割して駆動する際に見られる画質不良を、出力タイミングの最適化により、改善することにある。
また、本発明は、画質不良を改善する際に、入力画像信号のフレームメモリへの格納手法を改善することにより、システム的に大きな変更を加えることなく、低コストの画像表示装置を得ることができる。
以下、図面を用いて、本発明の実施例を説明する。
図1は、本発明に係る画像表示装置の概略図であって、画像信号入力1は、制御回路3を経てフレームメモリ#1(2−1)、#2(2−2)、#3(2−3)のうちのいずれかに格納される。一方、制御回路3内のタイミングパルス生成回路4では、上下に分割された表示領域の、走査線に接続された垂直ドライブ回路5及び上下の各信号線に接続された水平ドライブ回路6−1,6−2を駆動するためのタイミングパルスを生成、出力するとともに、必要な画像データをフレームメモリ#1〜#3のうちのいずれかから読み出して上下の水平ドライブ回路6−1,6−2に画像信号を出力する。表示領域7では、上下それぞれでマトリクス状に配列された各画素において、走査線及び信号線を通じて入力された信号により順次発光し、表示を行う。
ここで、画像信号は、図2に示すように、前フレームの有効データが終わった後、フロントポーチ期間、垂直同期信号期間、バックポーチ期間を経てから、有効データ期間のサイクルを繰り返し、これら一連の期間を合わせてフレーム周期Tfと呼ばれる。
例えば、横1366×縦768画素で表示マトリックスが構成されるWXGAと呼ばれる場合は、水平同期信号の周期(以後、1Hと称する)を基準とするとき、フレーム周期Tfを800Hとすると、有効データ期間Tdは768Hであるから、フロントポーチが10H、垂直同期信号が6H、バックポーチが16Hで、各期間の非有効データ期間はあわせて32Hとなる。
フレーム周期Tsと有効データ期間Tdの関係は、VESAで定められている統一規格の他、各装置の独自仕様もあるが、概ねTd/Tsは、90%以上となっている。
フレームメモリ#1の切り替え操作は、有効データ期間Tdが開始される前に行う必要があり、これをバックポーチ期間中の16Hのタイミングで行うとすれば、垂直同期信号(6H)の入力からフレームメモリ#1のメモリ切替期間Tswは、22Hとなり、非有効データ期間32Hよりも小さい。
フレームメモリ#1の切り替え後、フレームメモリ#2は、書込(読込)用として画像データを格納する。一方、読出用となったフレームメモリ#1,#3からは、まず、前フレームの画像データを格納したフレームメモリ#1から上画面1〜384行目までの画像データを順次読出し、水平ドライブ回路に出力する。また、同時に下画面385〜768行目までの画像データを、前々フレームの画像データが格納されているフレームメモリ#3から順次読出し、水平ドライブ回路に出力する。
ここで、上画面と下画面の走査を連続的とするために、下画面の385行目からの画像データは、フレームメモリ#1の切り替え直後に出力を行い、切り替え後32Hを経過した33H目からは上画面の1行目からの画像データを出力する。
このようにすると、切り替え後800H経過後には、上画面では、フレームメモリ#1から384行目の出力を終え、次画面の下画面では、フレームメモリ#1から385行目の出力を行うことになり、画像データが連続的に出力されるので、上下の境界領域での動画像に切れ目が見えるというような画質不良を防止することができる。
フレームメモリ切り替え後は、書込用をフレームメモリ#2からフレームメモリ#3に、読み出し用は上画面をフレームメモリ#1からフレームメモリ#2に、下画面をフレームメモリ#3からフレームメモリ#1に切り替え、以後、フレーム周期毎に同様の動作を繰り返す。
このように上下に分割して走査を行うことで、各行(各ライン)当りの走査・発光期間は2Hとなり、従来駆動の倍になるため、同じ駆動条件、つまり発光強度でも明るさを2倍にすることが出来、高品位のテレビを実現できる。
本実施例では、実施例1で説明したように、上下に画面を分割して表示を行う画像表示装置において、現画面で2つのフレームメモリの画像データを用い、次画面で、現画面で用いたフレームメモリの画像データを用いて連続的に走査を行うことで、境界領域での動画質劣化を抑制することができる。
しかし、実施例1では、同じフレームメモリからの画像データを2画面にわたって出力する必要があるため、連続的にこれを行うにはフレームメモリは、3フレーム分必要となり、必要なシステム構成が増加してコスト増となってしまう。
本実施例は、フレームメモリを2フレーム分としたもので、以下、図3及び図4を用いて説明する。
図3は、実施例1の構成と比較して、フレームメモリは2フレーム分となっている。表示領域は、実施例1と同様に、横1366×縦768画素の構成とし、上下各384行ずつに分割して独立に制御する。
次に、図4を用いて動作を説明する。実施例1と同様に、フレーム周期Tfは800Hで、有効データ期間Tdは768H、フロントポーチは10H、垂直同期信号は6H、バックポーチは16Hとし、非有効データ期間は合わせて32Hのシステムとする。
実施例1と異なるのは、フレームメモリを切り替えるタイミングが、有効データ期間のうち、上画面に相当する画像データが終わった384H目の終了時とする。このとき、垂直同期信号の開始から、フレームメモリ切り替えタイミングまでのメモリ切替期間Tswは406Hとなり、非有効データ期間32Hよりも大きい。
フレームメモリ#1の切り替え後は、フレームメモリ#2は、書込用として画像データを格納する。一方、読出用となったフレームメモリ#1には、現フレームの上画面1〜384行目までの画像データと、前フレームの下画面385〜768行目までの画像データが格納されているので、これらを上画面と下画面の走査に合わせて順次読出し、水平ドライブ回路に出力する。
ここで実施例1のように、上画面と下画面の走査を連続的とするために、下画面(385行目)の画像データは、フレームメモリの切り替え直後から出力を行い、切り替え後33H目からは上画面の画像データを出力する。
このようにすると、切り替え後800H経過後には、上画面の384行目の出力を終え、続けて385行目の出力を行うことになり、画像データが連続的に出力されるので、上下の境界領域での動画像に切れ目が見えるというような画質不良を防止することができる。
フレームメモリ切り替え後は、書込用をフレームメモリ#2からフレームメモリ#1に、読出用は、現フレームの上画面1〜384行目までと前フレームの下画面385〜768行目までを格納したフレームメモリ#1から、現フレームの下画面385〜768行目までと次フレームの上画面1〜384行目までを格納したフレームメモリ#2に切り替え、以後、フレーム周期毎に同様の動作を繰り返す。
本実施例では、動画質と輝度に対しては実施例1と同じ効果を得ながら、フレームメモリは1フレーム分少ない2フレーム分のシステム構成で、すなわち、ハードウェア的には、従来の構成を大きく変更することなく、高画質の画像表示装置を得ることができる。
次に、図5を用いて実施例3について、説明する。本実施例では、実施例1あるいは実施例2におけるより効率的な水平期間内の画像データの処理手法について説明する。
画像入力信号の水平同期周期を1Hとすると、表示領域を上下に分割することにより、1行当りの選択走査期間は2倍にできるので、表示系で見たときの水平同期周期を1Hoとすると、1Ho=2Hの関係が成立する。すなわち、読出用のフレームメモリは、2Hの期間に上下各1行ずつの画像データを出力すればよい。
なお、これを低速で同時出力してもよいのであるが、その場合、制御回路との間には、2行分のバスが必要となり、システムコストが増加する。既に、画像入力信号を格納する際には1H当り1行の画像データを処理しているので、出力の場合も同様に1Hにつき1行の画像データを処理すれば、制御システムに大きな変更を要しない。
すなわち、表示系の水平同期周期1Ho(=2H)の前半1Hで上画面の画像データを読み出し、後半の1Hで下画面の画像データを読み出して転送すれば、制御回路は従来構成のままで使用できる。
このようにして、水平ドライブ回路に転送された画像データは、次の表示系の水平周期1Hoのはじめに各信号線を通じて画素に信号を送る。垂直ドライブ回路は、これと同期して、上下の表示領域で各1行ずつ選択走査パルスを出力することで、上下で選択された各行は、それぞれの画素で表示状態に移行する。
これを表したのが図5である。読出用のフレームメモリからは1H毎に1行目、401行目、2行目、402行目、3行目、403行目の順に、各行の画像データをそれぞれ上下の水平ドライブ回路に転送する。1行目の次に読み出すのが385行目ではなく401行目となるのは、図2あるいは図4にあるように、間に非点灯期間の32Hを含むため、上下の先頭の位置がずれるためである。1度水平ドライブ回路で保持された画像データは、1Ho毎に信号波形を各信号線に出力する。また、走査選択パルスは1Ho毎に上下でそれぞれ1行ずつの選択パルスを出力する。
なお、本実施例では、フレームメモリから読み出された画像データは水平ドライブ回路で1度保持されてから次の1Ho期間に信号線に出力する例を取り上げているが、さらに、画像処理を行うなどして、信号線への出力がもう1Ho期間遅れることになった場合は、走査選択パルスの出力タイミングを1Ho遅らせることで、本発明の効果が得られることはいうまでもない。
なお、画素については、特に限定していないが、パッシブマトリクス方式の駆動が可能であれば、電子放出型デバイスを用いても、あるいはカソードナノチューブ(CNT)や、表面電荷放出素子(SCE:Surface Conduction electron Emitter)、または有機発光ダイオード(OLED)素子を用いた場合でも同様にその効果がえられることはいうまでもない。
以下、図6を用いて実施例4について説明する。本実施例では、実施例1〜3で説明した駆動方法を実現するための画像表示装置に関し、表示領域の構成について説明する。
図6は、本発明に係る画像表示装置の概略図であって、画像信号1は、制御回路3に入力され、フレームメモリ2に格納される。制御回路3の内部に設けられたタイミングパルス生成回路4からの制御信号は、左右の垂直ドライブ回路5及び上下の水平ドライブ回路6−1、6−2に送られる。また、フレームメモリ2からの画像データは、水平ドライブ回路6−1、6−2に送られる。
表示領域7には、基板上に垂直ドライブ回路5に接続された走査配線21と、上下の水平ドライブ回路6−1、6−2に接続され、上下に分離された信号配線22−1、22−2とが配線されており、各走査配線21と信号配線22との交差部には、画素23がマトリックス状に配置されている。したがって、各画素23は、それぞれ走査配線21によって選択された期間に信号配線22に与えられた画像データに応じて明るさが変化する。
以下、図7及び図8を用いて実施例5について説明する。本実施例では、実施例1〜3で説明した駆動方法を実現する画像表示装置の別の構成について説明する。
図7は、本発明に係る画像表示装置の概略図であって、図6と異なるのは、表示領域は、蛍光体を有するアノード基板24と電子放出源を有するカソード基板25とを対向し、一定間隔を保持して貼りあわせ、内部を減圧して低圧とする構造とし、アノード基板24には、高圧電源8から放出電子を加速するための高圧が印加されている。
カソード基板25には、垂直ドライブ回路5に接続された走査配線21と上下の水平ドライブ回路6−1、6−2に接続され、上下に分離された信号配線22−1、22−2とが配線されており、各走査配線21と信号配線22の交差部には画素23がマトリックス状に配置されている。
なお、図1、図3、図6、図7において、制御回路4とフレームメモリ2を分けて示してあるが、これはあくまでも本発明の機能を説明するために分離しているのであり、実際のハードウェア構成としては、例えば、1つの制御基板上に制御回路4とフレームメモリ2が搭載されている場合や、さらには、制御基板上に垂直ドライブ回路5や水平ドライブ回路6の一部を集約して実装する場合でも、同様に、本発明の効果が得られることはいうまでもない。
図8(a)は、この画素23の断面図であって、カソード基板25上に形成された信号配線22は、絶縁膜27によってその上部に形成された走査配線21と分離されている。絶縁膜27の一部は、厚さ約10nmの極薄膜とし、その上に薄い上部電極26を形成し、走査配線21に接続する。
この信号配線(下部電極)22−(極薄)絶縁膜27−上部電極26とで積層された構成はMIM(Metal Insulator Metal)構造と呼ばれ、印加電圧に対しダイオード特性を示すとともに、電流の一部が上部電極よりも上に放出される。
よって、このMIM部分を電子放出源31とし、放出電子を対向するアノード基板24に印加した高電圧で加速して、基板上の蛍光体28に衝突、発光させる。なお、アノード基板24は、他に画素間を分離するブラックマトリクス29と蛍光体28での発光のうち、裏面(カソード基板方向)への成分を上面に取り出すためのメタルバック30とで構成される。
図8(b)は、画素23のカソード基板上の平面図であって、信号配線22は走査配線21と直交し、絶縁膜によって電気的に分離されている。信号配線上の電子源31の領域では、図8(a)に示したように絶縁膜が薄くなっており、この部分を覆うように上部電極26が形成され、信号配線21に接続されている。ここで、アノード基板上で各電子源に対応する蛍光体を赤、緑、青のように配列すれば、カラーの画像表示装置が得られることになる。
以上のように構成した画像表示装置を用い、実施例1〜3で説明した駆動法を用いることによって、高画質で高輝度の平面型ディスプレイを実現することができる。なお、本実施例では電子源31に平面型のMIM素子を用いたが、電子源31はアノード基板24に向けて電子を放出できればよいので、これに限定されるものではない。すなわち、カーボンナノチューブ(CNT)や表面電荷放出素子(SCE)による構成でも同様にその効果が得られることは言うまでもない。
以下、図9を用いて実施例6について説明する。本実施例では、実施例4で説明した画像表示装置の構成で、画素23にOLED(有機発光ダイオード)を用いた場合について説明する。
図9は、図6に示す画素23にOLEDを用いた場合の断面図であって、ガラスなどの透明基板上にITOやIZOなどの透明電極を用いて下部電極(信号電極22を兼ねる)を形成し、絶縁膜27で開口部を形成し、Alなどの抵抗率の低い金属材料で走査配線21を形成する。
次に、開口部に正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電荷輸送層、電荷注入層の機能を単層あるいは複数の層の積層構造で有するOLED(有機発光ダイオード)素子を形成し、さらに上部電極26を蒸着などの手法で、走査配線21に接続された形で形成する。最後に保護層としてパッシベーション膜あるいはガラス基板を貼りあわせる。
このようにして、上部電極26−OLED32−下部電極(信号配線22)間に電圧を印加すると、電圧に応じてOLED層で発光し、下部基板側に光が放出される。
このように、OLEDを用いた画素をマトリクス状に形成することで、画像表示装置を得ることができる。なお、本実施例では、OLED32を形成する下地基板側に光を取り出すボトムエミッション構造の例を示したが、透明電極を上側に配置し、光を反対側に取り出すトップエミッション構造の画素を用いる場合でも、図6に示すパネル構成をとれば、本発明に係る画像表示装置を実現可能なことは言うまでもない。
1…画像信号入力、2…フレームメモリ、3…制御回路、4…タイミングパルス生成回路、5…垂直ドライブ回路、6…水平ドライブ回路、7…表示領域、8…高圧電源、21…走査配線、22…信号配線、23…画素、24…アノード基板、25…カソード基板、26…上部電極、27…絶縁膜、28…蛍光体、29…ブラックマトリクス、30…メタルバック、31…電子放出源、32…OLED層
Claims (7)
- 連続する画像データがフレーム毎に入力され、前記画像データを順次2つのフレームメモリを切り替えて格納する画像表示装置において、
前記フレームメモリの切り替えを、フレーム毎の画像データの格納中に行うことを特徴とする画像表示装置 - 請求項1に記載の画像表示装置において、
表示領域は、M+N行の走査線と、M行の走査線と交差する上側の信号線と、N行の走査線と交差する下側の信号線と、各走査線と信号線に接続されたマトリクス状の画素とからなり、
前記上側の信号線と下側の信号線は、それぞれ上側水平ドライブ回路と下側水平ドライブ回路に接続されている画像表示装置において、
前記フレームメモリを切り替えるタイミングは、M行の画像データを一方のフレームメモリに格納した後に行い、残るN行の画像データは他方のフレームメモリに格納することを特徴とする画像表示装置 - 連続する画像データがフレーム毎に入力され、前記画像データを順次2以上のフレームメモリを切り替えて格納する画像表示装置において、
表示領域は、M+N行の走査線と、M行の走査線と交差する上側の信号線と、N行の走査線と交差する下側の信号線と、各走査線と信号線に接続されたマトリクス状の画素とからなり、
前記上側の信号線と下側の信号線は、それぞれ上側水平ドライブ回路と下側水平ドライブ回路に接続され
前記M+N行の走査線は、上側M行と下側N行をそれぞれ独立に選択走査可能な垂直ドライブ回路に接続されている画像表示装置において、
上側M行目の選択走査が行われた後の次のM+1行目の選択走査は,次の選択走査期間に行われることを特徴とする画像表示装置 - 請求項2又は3に記載の画像表示装置において、
前記フレームメモリからの画像データの読み出しは、画像データの水平同期周期と同じ周期で、上側M行における1行のデータと下側N行における1行のデータとを交互に読み出し、それぞれ1行のデータを上側水平ドライブ回路と下側水平ドライブ回路に転送することを特徴とする画像表示装置 - 請求項1ないし4のいずれかに記載の画像表示装置において、
前記走査線と信号線とが配線され、この走査線と信号線との交差部にマトリクス状に配置された画素が形成された基板と、この基板に対向して、放出される電子の量によって発光強度が制御される蛍光体を形成した対向基板とを、内部を低圧として一定間隔に支持し、
前記画素は、走査線からの選択電圧と、信号線からの画像データの電圧とによって、放出する電子の量が制御され、蛍光体の発光強度を制御して画像を表示することを特徴とする画像表示装置 - 請求項1ないし4のいずれかに記載の画像表示装置において、
前記画素は、走査線からの選択電圧と、信号線からの画像データの電圧とによって、発光強度が制御される有機発光ダイオードからなることを特徴とする画像表示装置 - 画面を上下に分割して同時に駆動する画像表示装置の駆動方法において、
現画面の上側の領域には、現画像データの上側を表示すると共に、現画面の下側の領域には、前画面の下側の画像データを表示し、
次の次画面においては、次画面の上側の領域に、次画面の画像データの上側を表示すると共に、次画面の下側の領域に、現画像データの下側を表示することによって、
現画像データを現画面と次画面とで連続して表示することを特徴とする画像表示装置の駆動方法
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