JP6698355B2

JP6698355B2 - 画像表示装置

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Publication number: JP6698355B2
Application number: JP2016000699A
Authority: JP
Inventors: 武順薄井; 善道高野; 佐藤　弘人; 弘人佐藤; 敏裕山本
Original assignee: Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Japan Broadcasting Corp
Priority date: 2016-01-05
Filing date: 2016-01-05
Publication date: 2020-05-27
Anticipated expiration: 2036-01-05
Also published as: JP2017122777A

Description

本発明は、画像を表示する画像表示装置に関する。

液晶ディスプレイ及び有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイ等のアクティブマトリクスを用いた画像表示装置は、１フレーム期間同じ映像を連続して表示する。このような画像表示装置は、ホールド型画像表示装置と言われる。ホールド型画像表示装置では、表示されている物体が画面上を移動した場合、ユーザがその物体を追従視するため、目の積分効果により、映像がぼやけて見えることが知られている。

このようなぼやけを防ぐために、画像表示装置を高フレームレート化する技術や、１フレーム期間中の発光時間アパーチャーを短くする技術が提案されている。通常のホールド型画像表示装置は、１フレーム期間の全体にわたって発光を持続させているが、発光時間アパーチャーを短くする手法では、図７に示すように、１フレーム期間の一部に非発光期間を挿入している。これにより、ユーザが物体を追従視した場合の映像のぼやけが抑制され、動画質が向上する。

一方で、１フレーム期間中の発光時間アパーチャーを短くする場合には、表示される映像の明るさを維持するために、発光期間の瞬時輝度を高くする必要がある。例えば、発光期間を通常に比べて半分にした場合には、瞬時輝度を通常に比べて２倍にする必要がある。ところで、有機ＥＬディスプレイでは、輝度は有機ＥＬ素子に供給される電流量に比例して高くなり、寿命は有機ＥＬ素子に供給される電流量の累乗に比例して短くなるとされている。したがって、有機ＥＬディスプレイでは、瞬時輝度を高くすると、寿命が加速度的に短くなる可能性がある。そこで、適応的に１フレーム期間中の発光時間アパーチャーを短くする技術が提案されている（特許文献１及び非特許文献１参照）。

特開２００４−１４４９２８号公報

薄井武順ほか，「有機ＥＬディスプレイのアパーチャー制御駆動における画質改善手法の検討」，映像情報メディア学会技術報告，Ｖｏｌ．３９，Ｎｏ２，ＩＤＹ２０１５−１０（Ｊａｎ．２０１５），ｐｐ７１−７４

ところで、画像表示装置でディスプレイ面内の領域毎に時間アパーチャーを変更する場合、同様の映像レベルであっても瞬時輝度が異なる領域が隣接することになる。この場合、瞬時輝度が異なる領域間でユーザが視線を動かすと、追従視積分の効果により映像レベルが変動して見えてしまう。
例えば、図８に示すように、発光強度が１００で時間アパーチャーが１００％の領域Ａと、発光強度が４００で時間アパーチャーが２５％の領域Ｂとが隣接しているとする。このとき、図８（Ａ）に示すように、ユーザが視線を動かさずに見ると、領域Ａ、Ｂ共に同じ明るさに見える。しかし、図８（Ｂ）に示すように、ユーザが上下方向に視線を動かした場合、１フレーム分の映像は積分されて見えるため、一部の領域Ｃでは発光強度１００の光が、時間アパーチャーを短くして表示されているのと同様になり、その結果として、領域ＡとＢとの境界付近が暗く見えるという画質劣化が生じていた。

非特許文献１の手法では、この画質劣化を抑制するために、時間アパーチャーを緩やかに変化させるための緩衝領域を導入した。しかしながら、緩衝領域を十分に取ることで画質劣化は低減されるものの、寿命劣化の抑制効果が低減してしまっていた。

本発明は、時間アパーチャーの緩衝領域を短くしても画質劣化を抑制可能な画像表示装置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、画像表示モジュールと、映像信号が入力される入力部と、前記入力部によって入力された映像信号から時間的に前後する２つのフレームを取り出し、取り出した２つのフレームに基づいて、フレームに記録される被写体の動きを抽出する抽出部と、前記抽出部による抽出の結果に基づいて、フレームの領域を、被写体に動きがあるとされる動領域と、被写体に動きがないとされる静止領域とに分割する分割部と、前記動領域の発光時間を前記静止領域の発光時間よりも短くすると共に、前記静止領域及び前記動領域の双方に隣接する緩衝領域を設け、当該緩衝領域において前記動領域に近づくにつれて発光時間を徐々に短くするようにして、フレームを前記画像表示モジュールに表示させる制御部と、を備え、前記制御部は、前記動領域、前記静止領域及び前記緩衝領域における発光時間の重心を一致させるように発光期間を制御する。

前記分割部は、前記抽出部による抽出の結果に基づいて、フレームを構成する水平ライン毎に被写体が動く画素数の割合を求め、水平ライン毎の前記割合のうち閾値を超える水平ラインを前記動領域とし、水平ライン毎の前記割合のうち閾値以下の水平ラインを前記静止領域としてもよい。

前記制御部は、発光時間がより短くなる場合に発光強度がより高くなるように制御してもよい。

前記画像表示モジュールは、アクティブマトリクス型の有機ＥＬ表示モジュールであってもよい。

本発明によれば、時間アパーチャーの緩衝領域を短くしても画質劣化を抑制できる。

実施形態に係る画像表示装置の機能構成を示すブロック図である。実施形態に係る緩衝領域における時間アパーチャーの変化を例示する図である。実施形態に係る行駆動ドライバ部の構成を示す図である。実施形態に係る行駆動ドライバ部の動作の一例を示す図である。シミュレーションに用いた時間アパーチャーの２種類の変化パターンを示す図である。シミュレーションにより求めた輝度の積分値の変化率を示したグラフである。発光時間アパーチャーを短くする手法の一例を示す図である。追従視積分による画質劣化を説明する図である。

以下、本発明の実施形態の一例について説明する。
図１は、本実施形態に係る画像表示装置１の機能構成を示すブロック図である。

画像表示装置１は、表示部１０と、映像入力部１１と、動領域抽出部１２と、時間アパーチャー制御部１３と、行駆動ドライバ部１４と、列駆動ドライバ部１５と、を備える。時間アパーチャー制御部１３と、行駆動ドライバ部１４と、列駆動ドライバ部１５とは、制御部１６を構成する機能部である。

表示部１０は、ホールド型の画像表示モジュールである。より具体的な一例としては、表示部１０は、アクティブマトリクス型の表示パネル１１１を備えた有機ＥＬ表示モジュールである。

映像入力部１１は、映像信号が入力される。映像入力部１１は、映像信号に含まれるフレームを一時的に記憶するバッファを備える。映像入力部１１は、フレームをバッファに記憶させた後、バッファに記憶されたフレームＩｎと、時間的に前のフレームＩｎ−１とを動領域抽出部１２に供給する。

動領域抽出部１２は、抽出部１２１と、分割部１２２とを備える。
抽出部１２１は、時間的に前後する２つのフレームに基づいて、フレームに記録された被写体の動きを抽出する。すなわち、抽出部１２１は、フレームＩｎにおける被写体の動き量を、フレームＩｎと、時間的に前のフレームＩｎ−１とに基づいて抽出する。

例えば、抽出部１２１は、時間的に前後する２つのフレームに基づいて、フレーム間における各画素の被写体の動きの大きさである動き量を取得する。具体的な一例として、抽出部１２１は、フレームから１６画素×１６画素のブロックを抽出し、フレーム間でブロックマッチングを行うことにより、各画素の被写体の動き量を取得する。
ここで、フレームＩｎの画素Ｐｎ（ｘ，ｙ）における被写体の動き量をＶｎ（ｘ，ｙ）とする。なお、ｘは、０＜ｘ≦Ｎｘ（Ｎｘ：水平方向の画素数）の関係を満たす。また、ｙは、０＜ｙ≦Ｎｙ（Ｎｙ：垂直方向の画素数）の関係を満たす。

分割部１２２は、抽出部１２１による抽出の結果に基づいて、フレームの領域を、水平ライン毎に被写体に動きがあるとされる動領域と、被写体に動きがないとされる静止領域とに分割する。すなわち、分割部１２２は、抽出部１２１による抽出の結果に基づいて、フレームの水平方向に対応する水平ライン毎に被写体が動く画素数の割合を求める。そして、分割部１２２は、水平ライン毎の割合のうち閾値を超える水平ラインを動領域とする。また、分割部１２２は、水平ライン毎の割合のうち閾値以下の水平ラインを静止領域とする。

具体的には、分割部１２２は、抽出部１２１によって抽出された被写体の動き量Ｖｎに基づいて、水平ライン毎の被写体の動き量のヒストグラムＨｎ（ｌ）を作成する。ここで、ｌは、水平ラインの番号を表す。

より詳細には、分割部１２２は、まず、水平ライン番号がｙ＝ｌにおける被写体の動き量Ｖｎが第１閾値Ｖｔｈを超える画素の数を求める。ここで、一例として、第１閾値Ｖｔｈは、４ピクセル／フレームである。この場合、分割部１２２は、各水平ラインについて、１フレームあたり４ピクセルを超える被写体の動きが有る画素の数を求める。続いて、分割部１２２は、求めた画素数を、１つの水平ラインを構成する画素の数Ｎｘ（水平方向の画素数）で割った値をＨｎ（ｌ）とする。次に、分割部１２２は、ヒストグラムＨｎ（ｌ）について、第２閾値Ｈｔｈ（例えば、Ｈｔｈ＝０．０５）を超える水平ラインを動領域とする。また、分割部１２２は、ヒストグラムＨｎ（ｌ）について、第２閾値Ｈｔｈ以下の水平ラインを静止領域とする。

時間アパーチャー制御部１３は、分割部１２２によって分割された水平ライン毎の静止領域又は動領域の情報を受け付ける。時間アパーチャー制御部１３は、静止領域については１フレーム期間のうち所定の期間発光させるよう設定する。また、時間アパーチャー制御部１３は、動領域については、所定の期間よりも短い期間発光させるよう設定する。本実施形態では、一例として、時間アパーチャー制御部１３は、静止領域における発光の時間アパーチャーを１００％（所定の期間＝１フレーム期間）とし、動領域における発光の時間アパーチャーを２５％とする。なお、動領域における発光時間は、映像のぼやけが分かりにくくなるように、適宜設定される。

また、時間アパーチャー制御部１３は、静止領域と動領域との間が視線の上下移動により暗く見えてしまう図８に示すような画質劣化を低減するために、静止領域及び動領域の双方に隣接する緩衝領域を設け、この緩衝領域において静止領域から動領域に近づくにつれて発光時間を徐々に短くするようにする。すなわち、時間アパーチャー制御部１３は、動領域に隣接する静止領域の一部、静止領域に隣接する動領域の一部、又は静止領域と動領域との境界を含む領域を緩衝領域として再設定し、緩衝領域における時間アパーチャーの変化率を一定以内に抑えるように調整する。
さらに、時間アパーチャー制御部１３は、動領域、静止領域及び緩衝領域における発光時間の重心を一致させるように発光期間を制御する。

図２は、本実施形態に係る緩衝領域における時間アパーチャーの変化を例示する図である。

時間アパーチャーは、例えば開口率１００％から開口率２５％まで、１フレーム期間における発光の開始点及び終了点が図２（Ａ）のように線形に変化してもよいし、図２（Ｂ）のように指数関数、又は図２（Ｃ）のように正弦波により定まる曲線で変化してもよい。

なお、これらの曲線は一例であり、所定の関数が適宜用いられてよい。
このように、緩衝領域が設けられ、さらに発光期間の重心が全ての水平ラインで同一時刻に一致することにより、視線が上下移動した場合に輝度の積分が大きく変化する現象が抑制される。

また、発光の時間アパーチャーが変化すると見た目の輝度も変化してしまうため、時間アパーチャーに応じて発光強度を変更する必要がある。このため、時間アパーチャー制御部１３は、発光時間が短くなるのに応じて発光強度を高くするため、画像データを下式（１）に基づいて変換する。
出力データ＝入力データ×１００／時間アパーチャー［％］ …（１）
ここで、入力データは、映像信号に記録された画素毎の輝度値である。

一例として、動領域の時間アパーチャーが２５％であると、出力データは、入力データを４倍した値となる。すなわち、時間アパーチャー制御部１３は、発光強度を変化させない場合に対して、動領域の発光強度を４倍にして各画素を発光させるように制御する。
時間アパーチャー制御部１３は、動領域及び静止領域に関するデータと、出力データとを後段に供給する。

列駆動ドライバ部１５には、垂直方向に配される複数のデータ信号線が接続される。列駆動ドライバ部１５は、複数のデータ信号線のそれぞれに各画素の出力データ信号を供給する。

行駆動ドライバ部１４には、水平方向に配される複数の選択信号線が接続される。行駆動ドライバ部１４は、複数の選択信号線のそれぞれに選択信号を供給する。また、行駆動ドライバ部１４には、水平方向に沿う、複数の発光時間制御信号線が接続される。各発光時間制御信号線には、この発光時間制御信号線が配された水平方向に沿う領域に存在する発光時間制御用トランジスタが複数接続される。

図３は、本実施形態に係る行駆動ドライバ部１４の構成を示す図である。
なお、図中では、水平ラインの数を１００本とした例について記載しているが、水平ラインの数は１００本に限定されることはない。

行駆動ドライバ部１４は、画素選択用シフトレジスタ１４１と、ＡＮＤ回路１４２と、画素選択用アンプ１４３と、発光時間制御用シフトレジスタ１４４と、ラッチ１４５と、発光時間制御用アンプ１４６とを備える。

画素選択用シフトレジスタ１４１は、有機ＥＬ素子を選択するか否かを制御するための選択信号を、表示パネル１１１を構成する複数の水平ライン（選択信号線）毎に表示パネル１１１に順次出力する。

ＡＮＤ回路１４２は、水平ライン（選択信号線）毎に配される。ＡＮＤ回路１４２は、画素選択用シフトレジスタ１４１から出力された選択信号と、ゲートパルスとの論理積を演算し、演算結果を、画素選択用アンプ１４３を介して選択信号線に供給する。

発光時間制御用シフトレジスタ１４４は、画素選択用シフトレジスタ１４１が１水平ラインの選択信号を出力する期間毎に、複数の水平ライン全て（１００行）についての、有機ＥＬ素子の発光時間を制御するための発光時間制御信号を順次出力する。

ラッチ１４５は、発光時間制御用シフトレジスタ１４４から出力されたデータを順次蓄積し、画素選択用シフトレジスタ１４１が１水平ラインの選択信号を出力する期間のうちの所定のタイミングで、蓄積した全ての発光時間制御信号を、発光時間制御用アンプ１４６を介して発光時間制御信号線に供給する。

次に、行駆動ドライバ部１４の動作について説明する。
図４は、本実施形態に係る行駆動ドライバ部１４の動作の一例を示す図である。

図４（Ａ）は、１フレーム期間、ＡＮＤ回路１４２に入力される信号と、画素選択用シフトレジスタ１４１に入力される信号とを示す図である。図４（Ｂ）は、１の水平ラインに信号を供給するとき（１行駆動期間）に、画素選択用シフトレジスタ１４１に入力される信号と、ラッチ１４５に入力される信号と、発光時間制御用シフトレジスタ１４４に入力される信号とを示す図である。図４（Ｃ）は、１行駆動期間に、ラッチ１４５に入力される信号と、発光時間制御用シフトレジスタ１４４に入力される信号とを示す図である。

図４（Ａ）に示すように、ＡＮＤ回路１４２の一方の入力には、ゲートパルスが順次入力される。
また、画素選択用シフトレジスタ１４１には、１フレーム期間の初期にゲート信号が入力されると共に、１フレーム期間にわったって第１クロック信号（ＣＬＫ１）が順次入力される。

図４（Ｂ）に示すように、１行駆動期間の間、画素選択用シフトレジスタ１４１には１の第１クロック信号（ＣＬＫ１）が入力され、その第１クロック信号に対応してＡＮＤ回路１４２には１のゲートパルスが入力される。また、発光時間制御用シフトレジスタ１４４には、１行駆動期間の間に、複数の水平ライン全てについての発光時間を制御するためのデータ信号が、第２クロック信号（ＣＬＫ２）に同期させて入力される。なお、図３では１００本の水平ラインが配される例を示しているので、図４（Ｃ）においても１００個のデータが入力される例を示す。
ラッチ１４５には、複数の水平ライン全てについてのデータ信号が入力された後、１行駆動期間の間に１つのラッチ信号が入力される。
なお、ゲートパルス、ゲート信号、第１クロック信号、データ信号、第２クロック信号、及びラッチ信号は、制御部１６において生成される。

画素選択用シフトレジスタ１４１は、各水平ラインにデータを書き込むタイミングを制御するためのゲート信号が入力され、書き込み制御パルスを１ラインずつ対応するＡＮＤ回路１４２に出力する。ＡＮＤ回路１４２は、入力された書き込み制御パルスと、ゲートパルスの論理積を演算し、演算結果を選択信号として出力する。
また、発光時間制御用シフトレジスタ１４４は、各水平ラインに流す電流を制御するために、第２クロック信号と同期した１００クロックのデータ信号を入力すると、複数の水平ライン全てについての電流制御データをラッチ１４５に順次出力する。

ラッチ１４５は、発光時間制御用シフトレジスタ１４４から電流制御データを入力すると蓄積し、複数の水平ライン全てについての電流制御データを蓄積すると、入力されたラッチ信号に応じて、全ての水平ラインについて電流制御データに基づく発光時間制御信号を出力する。

すなわち、行駆動ドライバ部１４は、１行駆動期間において、１つの水平ライン（選択信号線）に対して選択信号を出力すると共に、複数の水平ライン（発光時間制御信号線）全てに対して発光時間制御信号を出力する。これにより、発光すべき水平ラインにのみ電源が供給され、時間アパーチャーが制御される。

このように、行駆動ドライバ部１４は、水平ライン毎に異なる発光タイミングを制御する。時間アパーチャーが１００％の水平ラインでは、書き込み後すぐにアパーチャー制御データがオンになり、次の書き込みの前までオンの状態が続く。時間アパーチャーが１００％未満の水平ラインでは、発光重心が一定となるように、それぞれの時間アパーチャーによって異なる遅延時間後に、時間アパーチャー制御データがオンになる。

これにより、時間アパーチャーが変化する緩衝領域を小さくしても、遅延時間のない場合に比べて追従視積分の変動が低減し、画質劣化がより抑制される。また、緩衝領域が小さくなることにより、ディスプレイ素子の寿命改善が期待できる。
以下、実際の画像データを用いたシミュレーションにより、本実施形態による効果を説明する。

図５は、シミュレーションに用いた時間アパーチャーの２種類の変化パターンを示す図である。
図５（Ａ）は、アパーチャー制御データをオンにする（発光を開始する）までの遅延時間がない場合であり、緩衝領域において、画面の垂直方向に時間アパーチャーが１００％から２５％まで線形に変化している。
図５（Ｂ）は、アパーチャー制御データをオンにする（発光を開始する）までの遅延時間を制御し、各水平ラインの発光重心を時間的に一致させた場合であり、緩衝領域において、画面の垂直方向に時間アパーチャーが１００％から２５％まで線形に変化している。

図６は、シミュレーションにより求めた輝度の積分値の変化率を示したグラフである。
横軸は、ディスプレイの水平ライン番号を示している。縦軸は、緩衝領域を４０行及び１００行としたとき、視線が（１０ピクセル／１フレーム期間）の速度で画面の垂直方向に動いた場合の輝度の変化率を示している。
パターンＡでは、輝度変化を５％以内に抑えるために１００行程度の緩衝領域が必要であったが、パターンＢでは、４０行程度の緩衝領域で輝度の変化を５％以内に抑えることが可能であった。

本実施形態によれば、画像表示装置１は、静止領域を除く動領域について発光時間を短くするアパーチャー制御を行うので、動画を表示する際にぼやけが発生するのを抑えることができる。また、画像表示装置１は、動領域に隣接する緩衝領域において、動領域に近づくにつれて発光時間を徐々に短くするので、静止領域と動領域との間が暗く見える画質劣化を抑えることができる。
さらに、このとき、画像表示装置１は、発光重心を時間的に一致させるようにアパーチャー制御することにより、追従視積分の変化量を低減し、時間アパーチャーの緩衝領域を短くしても画質劣化を抑制可能となる。

また、画像表示装置１は、フレームを構成する水平ライン毎に被写体が動く画素数の割合を求め、水平ライン毎の割合のうち閾値を超える水平ラインを動領域とし、水平ライン毎の割合のうち閾値以下の水平ラインを静止領域とする。これにより、画像表示装置１は、入力された映像信号から、容易に動領域と静止領域とを分類できる。

画像表示装置１は、発光時間がより短くなる領域について発光強度がより高くなるように制御する。これにより、画像表示装置１は、１フレームのうちの一部のみについて発光強度を高くするので、アパーチャー制御による輝度の低下を抑制しつつ、特にアクティブマトリクス型の有機ＥＬ表示モジュール等において表示パネルの寿命劣化を抑制できる。

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。

１画像表示装置
１０表示部（画像表示モジュール）
１１映像入力部（入力部）
１２動領域抽出部
１３時間アパーチャー制御部
１４行駆動ドライバ部
１５列駆動ドライバ部
１６制御部
１１１表示パネル
１２１抽出部
１２２分割部

Claims

画像表示モジュールと、
映像信号が入力される入力部と、
前記入力部によって入力された映像信号から時間的に前後する２つのフレームを取り出し、取り出した２つのフレームに基づいて、フレームに記録される被写体の動きを抽出する抽出部と、
前記抽出部による抽出の結果に基づいて、フレームの領域を、被写体に動きがあるとされる動領域と、被写体に動きがないとされる静止領域とに分割する分割部と、
前記動領域の発光時間を前記静止領域の発光時間よりも短くすると共に、前記静止領域及び前記動領域の双方に隣接する緩衝領域を設け、当該緩衝領域において前記動領域に近づくにつれて発光時間を徐々に短くするようにして、フレームを前記画像表示モジュールに表示させる制御部と、を備え、
前記制御部は、前記動領域、前記静止領域及び前記緩衝領域における発光時間の重心を、フレーム内で一致させるように発光期間を制御する画像表示装置。
前記分割部は、
前記抽出部による抽出の結果に基づいて、フレームを構成する水平ライン毎に被写体が動く画素数の割合を求め、
水平ライン毎の前記割合のうち閾値を超える水平ラインを前記動領域とし、
水平ライン毎の前記割合のうち閾値以下の水平ラインを前記静止領域とする請求項１に記載の画像表示装置。
前記制御部は、発光時間がより短くなる場合に発光強度がより高くなるように制御する請求項１又は２に記載の画像表示装置。
前記画像表示モジュールは、アクティブマトリクス型の有機ＥＬ表示モジュールである請求項１から３のいずれかに記載の画像表示装置。