JP2010243775A - 補正値の取得方法、補正方法、画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】補正値テーブルが小さく、かつ、誤差が小さい輝度ばらつき補正を実現できる技術を提供する。
【解決手段】第１工程において、第１の階調に対応する駆動信号で複数の電子放出素子を駆動して、第１の階調における輝度ばらつきを測定する。第２工程において、複数の電子放出素子の中から１つ以上の電子放出素子を注目素子として選択し、各階調に対応する駆動信号で注目素子を駆動して、各階調における注目素子の輝度を測定する。第３工程において、各階調に対応する駆動信号の電圧振幅を定数倍した駆動信号で注目素子を駆動して、各階調における注目素子の輝度を測定する。そして、第２工程で測定した輝度と第３工程で測定した輝度の輝度比と、第１工程で測定した輝度ばらつきとから、各電子放出素子の各階調に対する補正値を算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は電子放出素子を用いた画像表示装置に関する。また、本発明は画像表示装置の駆動方法に関し、特に、電子放出素子の電子放出特性に起因した輝度ばらつきを補正する方法に関する。

電界放出型表示装置等の平面型表示装置では、基板上に多数の発光素子を形成する必要がある。これらの発光素子の特性は、製造条件等のわずかな違いにより影響を受ける。そのため、一般に、平面型表示装置に含まれる全ての発光素子の特性を完全に均一にすることは困難である。この発光特性の不均一さが表示装置の輝度ばらつきの原因となり、画質が劣化してしまう。例えば、電界放出型表示装置の場合、電子放出素子として、表面伝導型、スピント型、ＭＩＭ型、カーボンナノチューブ型等が用いられている。電子放出素子の製造条件等の違いにより電子放出素子の形状等が異なると、電子放出素子の電子放出特性も異なることとなる。その結果、電界放出型表示装置の輝度ばらつきが生じ、画質が劣化してしまう。

かかる課題に対し、各発光素子の発光特性に応じて画像信号を補正する構成が提案されている。例えば、各発光素子の全階調に対して、補正値テーブルを設ける構成が提案されている（特許文献１参照）。しかし、この構成を採用した場合、発光素子数や階調数が増加すると、必要となる補正値テーブルの容量が大きくなってしまう。また、補正テーブルを取得するための測定に要する時間が極めて長くなってしまう。また、特許文献２には、全画素についてＩＶ特性または輝度の階調依存性を測定して、フィッティングにより求めたパラメータを使って特定の階調に対してのみ補正値テーブルを設ける構成が提案されている。補正値テーブルの設けられていない階調に対しては、補正値テーブルを線形近似やより高次の近似で補間することで補正値が算出される。

特開２０００−１２２５９８号公報 （図６） 米国特許第６０９７３５６号明細書 （図７）

特許文献１及び２では、輝度ばらつきを全階調領域で均一に補正するために、全ての画素毎にＩＶ特性または輝度ばらつきを全階調（或いは多くの階調）で計測し、大量の補正値テーブルを持つ必要があった。例えばフルＨＤの構成（画素１９２０×３×１０８０でＲＧＢ各１０ｂｉｔ階調）の場合には補正値を８ｂｉｔ分解能でもつと６．４Ｇｂｙｔｅの補正値テーブルが必要となり回路規模が膨大になってしまう。また、全画素についてＩＶ特性または輝度ばらつきの階調（動作点）依存性を測定するには膨大な計測時間が必要である。加えて、膨大な計測データからフィッティングパラメータを算出する膨大な演算時間も必要である。よって従来の補正方法は現実的には実施が困難であった。

よって、補正値を取得するための計測時間及び演算時間、回路に実装する補正値テーブルを大幅に小さくする技術が望まれていた。また、補正値テーブルを小さくすると補間誤差が大きくなる為、補正値テーブルを小さくしても補間誤差が小さい補正方法（及び画像表示装置）が望まれていた。

本発明は、補正値テーブルが小さく、かつ、誤差が小さい輝度ばらつき補正を実現できる技術を提供することを目的とする。

本発明の第１態様は、複数の電子放出素子を備える画像表示装置の輝度ばらつきの補正に用いる補正値の取得方法であって、
第１の階調に対応する駆動信号で前記複数の電子放出素子を駆動して、前記第１の階調における輝度ばらつきを測定する第１工程と、
前記複数の電子放出素子の中から１つ以上の電子放出素子を注目素子として選択し、各階調に対応する駆動信号で前記注目素子を駆動して、各階調における前記注目素子の輝度を測定する第２工程と、
各階調に対応する駆動信号の電圧振幅を定数倍した駆動信号で前記注目素子を駆動して、各階調における前記注目素子の輝度を測定する第３工程と、
前記第２工程で測定した輝度と前記第３工程で測定した輝度の輝度比と、前記第１工程で測定した輝度ばらつきとから、各電子放出素子の各階調に対する補正値を算出する算出工程と、を有する。

本発明の第２態様は、複数の電子放出素子を備える画像表示装置の輝度ばらつきを補正するための補正方法であって、上述した補正値の取得方法により取得した補正値を用いて、輝度データを補正する工程と、補正された輝度データに基づいて前記電子放出素子を駆動するための駆動信号を生成する工程と、を有する。

本発明の第３態様は、画像表示装置であって、
複数の電子放出素子と、
輝度データを補正する補正部と、
補正された輝度データに基づいて前記電子放出素子に駆動信号を供給する回路と、を備え、
前記補正部は、
各電子放出素子について少なくとも第１の階調に対する補正値を記憶する補正値記憶部と、
前記輝度データの階調に応じた係数を記憶する係数記憶部と、
前記補正値記憶部から得られる補正値を前記係数記憶部から得られる係数を用いて変換することにより、前記輝度データの階調に対する補正値を算出する補正値算出部と、を有し、
前記補正値記憶部に記憶される補正値は、前記第１の階調に対応する駆動信号で前記複数の電子放出素子を駆動して測定された輝度ばらつきから算出されたものであり、
前記係数記憶部に記載される係数は、前記複数の電子放出素子の中から１つ以上の電子放出素子を注目素子として選択し、各階調に対応する駆動信号で前記注目素子を駆動して測定した輝度と、各階調に対応する駆動信号の電圧振幅を定数倍した駆動信号で前記注目素子を駆動して測定した輝度との輝度比から算出されたものである。

本発明によれば、補正値テーブルが小さく、かつ、誤差が小さい輝度ばらつき補正を実現できる。

第１実施形態の補正値の取得方法と補正部の構成を示す図。 画像表示装置の構成と変調信号の一例を示す図。 電子放出素子の特性のばらつきの一例を示す図。 画素の輝度のばらつきとその補正方法を説明するための図。 画素の輝度のばらつきとその補正方法を説明するための図。 第１〜第３工程における駆動波形を示す図。 第１実施形態で用いる変換テーブルの一例を示す図。 第２実施形態の補正値の取得方法と、輝度ばらつきの変換テーブルを示す図。 第２実施形態の補正部の構成を示す図。 第４実施形態を説明するための図。 第５実施形態を説明するための図。 実施例と比較例の補正結果の比較を示す図。

本発明は、電界強度のばらつきに起因した輝度ばらつき（及びその階調依存性）を効果的に補正できる。したがって、本発明は、電界強度で輝度を制御する構成の電子放出素子であれば、いずれにも適用可能である。そのような電子放出素子としては、例えば、表面伝導型電子放出素子、スピント（Spindt）型素子、ＭＩＭ（Metal-insulator-metal）型
素子、カーボンナノチューブ型素子、ＢＳＤ（Ballistic electron Surface-emitting Device）型素子やＥＬ素子等がある。

また、本発明は、電子放出素子に印加する駆動信号の電圧波形を制御することで輝度が制御される駆動方式であれば、いずれにも適用可能である。例えば、アクティブマトリクス駆動、単純マトリクス駆動、詳しくは電圧駆動型のパルス幅変調（ＰＷＭ）、パルス振幅変調（ＰＨＭ）、ＰＷＭとＰＨＭの併用型等に、本発明を適用できる。また、電流駆動型（結果的に素子に印加される電圧波形が変化する為）にも本発明を適用することができる。ＰＨＭ、ＰＷＭとＰＨＭの併用型、後述するスルーレート制御付ＰＷＭなどでは、少なくとも一部の階調領域において駆動信号の電圧振幅が変調され、階調に応じて電界強度が変化する。したがって、電界強度のばらつきに起因した輝度ばらつきの階調依存性が顕著になる。よってこれらの駆動方式に対して本発明は特に好適に適用できる。

また、大面積の画像表示装置では電子放出素子の放出電流のばらつきが大きくなり、画像表示装置の明るさのむらが発生しやすい。そのため、電子放出素子を用いた大面積（画面の対角サイズが２０インチ以上）の画像表示装置に対して本発明が特に好適に適用できる。

以下に、本発明の実施形態について図を参照しながら具体的に説明する。本発明の第１乃至第５実施形態は、駆動信号を補正することにより輝度ばらつき（及びその階調依存性）を補正する構成において、各階調における最適な補正値（または輝度比）を簡易に且つ正確に取得する構成を提供するものである。ただし、以下の実施形態は本発明の一具体例を示すものにすぎない。補正値やそのテーブルの仕様、補正の対象となる信号の種類、補正回路の具体的な構成などは、採用する駆動方式や補正方式の違いに応じて適宜設計すればよい。つまり、本発明は、結果的に駆動信号を補正することにより輝度ばらつきを補正する構成であれば、その細かい方式の違いやそれを実現する為の回路の構成によらず適用できる。特に輝度データに補正値を乗算する構成（補正方式）は、輝度ばらつきの計測値から容易に補正値（相対輝度比の逆数或いはそれを定数倍した値）を算出できるため、本発明が好適に適用できる。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について、電子放出素子をスルーレート制御付ＰＷＭ方式の単純マトリクス駆動をした場合を例にとり、以下に具体的に説明する。

＜画像表示装置＞
図２Ａは、画像表示装置の全体構成を示す図である。符号１はマトリクス配線を持つマトリクスパネル（表示パネル）を示している。１００１は変調配線、１００２は走査配線、１００３は高電圧が印加されているフェースプレート、２は補正部を示す。９０１はディジタル画像信号を受信するＲＧＢ入力部、９０２は画像信号に逆ガンマ補正を行う階調補正部を示す。９０３はＲＧＢパラレルに入力される画像データをマトリクスパネルのＲＧＢ蛍光体の配列に対応して並び替えるデータ並び替え部、９０４は変調ドライバの非線形性や蛍光体の飽和特性を補正するためのリニアリティ補正回路を示す。９０６は変調ドライバ、９０７は走査ドライバ、９０８は高圧電源を示す。ＲＧＢ入力部９０１、階調補正部９０２、データ並び替え部９０３、補正部２、リニアリティ補正回路９０４、変調ドライバ９０６、走査ドライバ９０７、高圧電源９０８が本実施例における駆動回路を構成している。図２Ｂは、マトリクスパネル１のリアプレートを模式的に示した図である。マトリクスパネル１は、リアプレート、枠、フェースプレートから構成され、その内部が真空に保持されている。図２Ｂにおいて１００１は変調配線、１００２は走査配線、１００４は、電子放出素子である。

ＲＧＢ入力部９０１は、入力されたディジタルコンポーネント信号Ｓ１を、表示解像度に応じた画像信号Ｓ２に変換する。この画像信号Ｓ２が、ＣＲＴの特性にあわせたガンマ補正が施された信号である場合、階調補正部９０２は逆ガンマ補正を行う。階調補正部９０２はメモリを用いたテーブルで構成するとよい。データ並び替え部９０３は、階調補正部９０２の出力Ｓ３を並び替え、マトリクスパネルの蛍光体配列に対応したＲＧＢ画像データＳ４を出力する。この画像データＳ４は、階調補正部９０２で逆ガンマ補正されているので、輝度に比例した値をもつデータ（以降、「輝度データ」と呼ぶ）である。補正部２は、輝度データＳ４に対して、輝度ばらつきの補正を行い、補正輝度データＳ５を出力する。リニアリティ補正回路９０４は、補正輝度データＳ５に比例する輝度で表示素子が発光するように、蛍光体の飽和特性および変調ドライバ９０６の非線形性の補正を行う。Ｒ、Ｇ、Ｂ各色の蛍光体の飽和特性が異なる場合、リニアリティ補正回路９０４はＲ、Ｇ、Ｂ各色で異なったテーブルを持つと良い。リニアリティ補正回路９０４の出力Ｓ６は変調ドライバ９０６に入力される。なお本実施形態では輝度データＳ４に対して輝度ばらつきの補正を施しているが、本発明はこの形態に限られず、例えば階調補正部９０２の前段又はリニアリティ補正回路９０４の後段に補正部２を配置してもよい。

走査ドライバ９０７が、駆動するラインの走査配線１００２に選択電位（走査パルス）Ｓ８を出力するとともに、変調ドライバ９０６が画像データＳ６に基づき生成した変調信号Ｓ７を変調配線１００１に出力する。この走査パルスと変調信号の電位差により形成される電圧波形が、電子放出素子１００４を駆動するための駆動信号である。選択電位が供給された走査配線１００２に接続されている電子放出素子１００４では、駆動信号の電圧が電子放出の閾値を超えるため、電子が放出される。放出電子は、高圧電源９０８からフェースプレート１００３のメタルバック（不図示）に印加された電圧により加速され、蛍光体に衝突する。これにより蛍光体が発光し、画像が形成される。

＜変調信号＞
次に変調ドライバ９０６の変調信号の一例について説明する。電子放出素子は電圧に応じて放出電流を制御できるので、変調信号の電圧振幅によって輝度を変化させることが可能である。また変調信号のパルス幅により輝度の制御を行うこともできる。

変調信号はパルス幅と振幅を変化させ所望の輝度を表示素子に発光させる。本発明者らは、例えば図２Ｃに示すような、パルス幅と振幅の両方を変調する方式でマトリクスパネルを駆動する。図２Ｃにおいて、縦軸が電圧値で横軸が時間であり、各階調での駆動波形Ｓ７が横に並べて示されている。ここで階調値とは変調信号のとりうる信号レベルを小さいものから順に番号を付けたものであり、前記リニアリティ補正回路の出力Ｓ６に相当す
る。Ｓ４、Ｓ５は輝度に比例した値をもつデータであるが、Ｓ６は輝度に対して非線形なデータである。

この変調方式は、振幅とパルス幅の両方を変調する方式であり、階調値１からｎまでは振幅の異なる三角波形を出力し、階調値ｎ＋１以降は振幅が同じでパルス幅の異なる台形波形を出力する。なお変調信号の立ち上げ及び立ち下げを緩やかにするスルーレート制御を伴うことから、この変調方式はスルーレート制御付きＰＷＭ方式とよばれる。この変調方式は、通常のＰＷＭに比べて、低輝度領域の階調性能（隣接する階調の輝度差）を高めることができ、低輝度領域の階調数を増加できるという利点がある。しかしながら、通常のＰＷＭに比べて電圧振幅が小さくなる低輝度領域では、輝度のばらつきが大きくなるおそれがある。以下にその理由を詳細に説明する。

＜表示素子の特性＞
マトリクスパネル１の表示素子の輝度ばらつきの要因について本発明者らが鋭意検討した結果、輝度のばらつきは電子放出素子の放出電流のばらつきによるところが大きいことがわかった。

図３Ａに電子放出素子１００４のＩＶ特性（駆動電圧対放出電流）の模式的なグラフを示す。図３Ａの横軸は電子放出素子１００４に印加される駆動電圧Ｖｆである。駆動電圧は、走査ドライバによる選択電位（−Ｖｓｓ＝−７．５Ｖ）と変調ドライバの変調信号の電位（ＶＡ）との電位差で与えられる。例えば、ＶＡ＝６．５Ｖの変調信号が供給された場合、電子放出素子にはＶＡ−（−Ｖｓｓ）＝１４Ｖの駆動電圧が印加され、約５μＡの放出電流Ｉｅが得られる。なお、選択電位と変調信号のいずれか一方が供給されても電子は放出されない。

実際のマトリクスパネル１は、電子放出素子の特性のばらつきが少なからずある。図３Ｂに２つの電子放出素子の特性のばらつきの一例を示す。図３Ｂにおいて、符号Ａで示した部分は変調信号の電位が高い部分であり、比較的放出電流値がそろっている。ところが、符号Ｂで示した部分（変調信号の電位が低い部分）は放出電流値のばらつきが大きいことがわかる。ＡとＢの間の駆動電圧では、ＢほどではないがＡよりも大きいばらつきがある。この放出電流値のばらつきは、各画素の輝度ばらつきを生じさせる原因である。駆動電圧Ｖｆ（変調信号の振幅ＶＡ）によって輝度ばらつきが異なることが、輝度ばらつきの階調依存性を生じさせている。

画素を構成する電子放出素子の電子放出点（電子放出部）の数が変化すると、そのＩＶ特性は、図３Ａの縦軸の方向に定数倍（電子放出点数の比）したものになる。一方、電子放出素子の電界増倍係数（エミッタとゲート間の距離、エミッタの形状などで決まる係数）が変化すると、そのＩＶ特性は、図３Ａの横軸の方向に定数倍（電界強度の比）したものになる。よって、電子放出素子の放出点数と電界増倍係数が独立にばらつく場合には、ある１つの階調値に対する輝度を計測しただけでは、その素子の特性を正確に推定できない可能性がある。このような場合には、正確な補正値を得るために、少なくとも２つの階調値で輝度を計測するほうが好ましい。

＜輝度ばらつきの階調依存性＞
図４Ａ〜図４Ｅ及び図５Ａ〜図５Ｂを参照して、前記変調信号で電子放出素子を駆動した場合の輝度ばらつきの階調依存性を説明する。図４Ａは、代表的な３つの画素、つまり輝度が大きい画素Ａ、平均的な輝度の画素Ｂ、輝度が小さい画素Ｃについて、各階調における輝度をプロットした図になる。図４Ａにおける曲線は、電子放出素子のＩＶ特性（駆動電圧対放出電流特性）に由来するものであり、階調ｎまでは電圧振幅が増加していることから電子放出素子のＩＶ特性に従って指数関数的に輝度が増加している。また、階調ｎ
以降は階調値に対して単純にパルス幅が線形に増加しているため、ほぼ線形に輝度が増加している。

図４Ｂは、図４Ａにおける各画素の輝度を階調毎に画素Ｂの輝度で規格化した値（規格化輝度比）がプロットされている。階調ｎまでは規格化輝度比（輝度ばらつき）が大きく変動しているのに対して、階調ｎ以降は殆ど輝度ばらつきが変動していないことがわかる。図４Ｃは、図４Ｂの横軸を画素Ｂの輝度（対数スケール）に変えた図である。振幅が変調されている階調ｎより小さい領域では、規格化輝度比はほぼ輝度の対数軸に対して直線的に変化していることがわかる。また、振幅が変調されていない階調ｎよりも大きい領域では、輝度ばらつき（規格化輝度比）は殆ど変化していないことがわかる。

図４Ｄは、図４Ｃの縦軸の値を逆数にして、横軸を輝度データ（明るさに比例した値）にしたものである。また図４Ｅは、図４Ｄの横軸をリニア軸にしたものである。この横軸が補正部に入力される輝度データＳ４の値を示し、縦軸が輝度ばらつきを補正するために輝度データＳ４に乗じるべき補正値を示している。階調ｎより小さい領域では補正値が急峻に変化している。よって、数点の階調値に対応する補正値からリニア補間やスプライン補間により各階調の補正値を算出するという従来方法では、特に低輝度領域における補間誤差が大きくなってしまう。

図５Ａは、図４Ｅの縦軸を補間係数にしたものである。補間係数は、
（その階調での補正値−最低階調での補正値）／（フル階調での補正値−最低階調での補正値）
で与えられるパラメータである。すなわち、
フル階調（最大階調）での補正値をＦ、
最低階調（最小階調）での補正値をＢ、とし、
フル階調と最低階調の間の階調での補正値Ｈを
Ｈ≡Ｆ×Ｘ＋Ｂ×（１−Ｘ）
で定義する。ここで、Ｘは２つの補正値Ｆ、Ｂを補間する際の混合比であり、
Ｘ＝（Ｈ−Ｂ）／（Ｆ−Ｂ）
で与えられる。ここではこのパラメータＸを補間係数とよぶ。補間係数は、フル階調（大きい階調）では１になり、最低階調（小さい階調）では０（ゼロ）になる。

図５Ａから、画素Ａと画素Ｃの補間係数の曲線（以降、「係数曲線」とよぶ）がほぼ一致していることがわかる。これは、２つの補正値からその間の階調における補正値を補間するための係数曲線が画素によらず１つの共通の曲線であらわせることを意味している。図５Ｂは、図５Ａの横軸を対数スケールにした図である。広い範囲で画素Ａと画素Ｃの補間係数が一致していることが確認できる。なお図５Ａ、図５Ｂでは、フル階調と最低階調の補正値を用いているが、少なくとも２つの階調（好ましくは、低輝度の階調と高輝度の階調）の補正値を用いれば、同じように補間係数を求めることができる。

以上より、２つの階調における補正値と共通の係数曲線により、輝度のばらつき及びその階調依存性を正確に再現できることがわかる。よって、輝度の計測値から各画素の２つの階調における補正値と全画素共通の係数曲線とを予め求めておけば、全ての階調にわたり輝度のばらつきを好適に補正することができる。

＜補正値の取得方法＞
以下に、図１Ａを参照して、第１の階調（例えば、フル階調）及び第２の階調（例えば、最低階調）の補正値と、それ以外の階調の補正値を算出するための係数曲線（補間係数ｖｓ階調のテーブル）の取得方法を説明する。第１の階調及び第２の階調はそれぞれフル階調及び最低階調に限定されない。ただし、第１の階調と第２の階調との差が小さすぎる
と、２つの階調における補正値の差が計測誤差などに埋もれてしまい、補正誤差が大きくなるおそれがある。よって、第１の階調はできるだけ大きい方が好ましく、第２の階調は計測精度や計測時間が許す範囲で小さい方が好ましい。また、３つ以上の階調における輝度ばらつきを計測して、３つ以上の階調の補正値を用意することも好ましい。ある注目階調の補正値を算出する際には、注目階調に最も近い１つ又は２つの階調の補正値を用いて補間又は外挿を行えばよい。この構成により補正精度のさらなる向上を期待できる。ただし、補正値の数が多くなるほど、輝度ばらつきの計測時間及び補正値の記憶容量が増大するため、実用上は、２〜５階調程度の補正値を計測により求めておくのが好ましい。

（１）第１工程
はじめに、ばらつき補正を行なわずに第１の階調に対応する駆動信号で画像表示装置を点灯させる。ここでは、第１の階調をフル階調（最大階調）に設定する。図６Ａは、フル階調の駆動波形を示す。計測精度を得るため、輝度ばらつきの計測はＲ、Ｇ、Ｂ別に行うとよい。例えばＲの輝度ばらつきを計測する時は、Ｒの信号線にのみＶｘを供給し、Ｇ・Ｂの信号線にＧｎｄを供給する。走査線は線順次に駆動される。すると、選択行と選択列に接続されている電子放出素子に一律に電圧Ｖｘ＋Ｖｙの駆動信号が印加され、各画素の電子放出特性のばらつきに応じて輝度ばらつきが生じた表示が行われる。この状態をＣＭＯＳカメラやＣＣＤカメラ等で計測することにより、各画素の第１の階調における輝度ばらつきが得られる。そして、基準となる輝度値で各画素の計測輝度値を規格化することにより、各画素の相対輝度比が得られる。基準となる輝度値は、予め定められていてもよいし、計測輝度値の平均、最小値、最大値などでもよい。この相対輝度比の逆数を補正値（ゲイン）とし、輝度データに乗じれば、第１の階調における輝度ばらつきを均一に補正できる。測定時間の短縮のために、全ての画素を点灯し輝度を全面一括で測定することが好ましい。

次に第２の階調（例えば最小階調）に対応する駆動信号で画像表示装置を点灯させる。変調信号の波形は、図６Ｂにおける階調１での波形になる。第１の階調と同様にして、第２の階調における輝度ばらつき（相対輝度比）が得られる。この相対輝度比の逆数を補正値（ゲイン）とすれば、第２の階調における輝度ばらつきを均一に補正できる。

（２）第２工程
次に、１つ以上の電子放出素子を注目素子として選択し、その注目素子を第１の駆動電圧で駆動したときの輝度の階調依存性を測定する。ここでは、通常の駆動電圧（つまり、Ｖｘ、Ｖｙ）を第１の駆動電圧に選ぶ。具体的には、パネルの中央などに輝度を計測しやすい大きさのウインドウ（例えば１０×１０画素の正方形で単色で同一階調）を表示し、そのウインドウ内の輝度を測定する。この際の駆動波形例を図６Ｂに示す。最初に０階調、次にＲの１階調、Ｒの２階調、・・・、Ｒのフル階調、Ｇの１階調、Ｇの２階調、・・・、Ｇのフル階調、・・・Ｂのフル階調と順次階調を変えて輝度が計測される。以上により、通常の駆動電圧での輝度の階調依存性のデータが取得できる。これは、図４Ａの画素Ｂのデータに相当する。

（３）第３工程
次に、第２工程と同じ注目素子について、第１の駆動電圧とは異なる第２の駆動電圧で輝度の階調依存性を測定する。第２の駆動電圧は第１の駆動電圧を定数倍した電圧である。図６Ｃは、通常電圧の０．９８倍の電圧（つまり、０．９８×Ｖｘ、０．９８×Ｖｙ）を用いた駆動波形の例を示している。これは、模擬的に電子放出素子に駆動電界ばらつきを与えたことに相当する為、図４Ａの画素Ｃに類似したデータを得ることができる。ここで、例えば通常電圧を１．０２倍した電圧を用いて輝度の階調依存性を取得すれば、図４Ａの画素Ａに類似したデータを得ることができる。

第２工程と第３工程で得られた２つの条件（１倍と０．９８倍）での輝度の階調依存性のデータから、図４Ａ〜図４Ｅの手順に従って、輝度データｖｓ補間係数のルックアップテーブル（係数曲線）が求められる。図７Ａ、図７Ｂに本実施形態で求めた係数曲線（『×０．９８』のプロットを参照）を示す。図７Ａは輝度データの軸がリニアで、図７Ｂは輝度データの軸が対数である。理想値（グラフの『画素Ａ』や『画素Ｃ』のプロット）との整合性が高く広い範囲で最適な補間係数に一致している係数曲線が得られていることがわかる。

以上において、第１の駆動電圧に対する第２の駆動電圧の倍率（前記の０．９８や１．０２など）が１に近すぎると、駆動条件の違いによる輝度差が計測誤差に埋もれてしまい検知できなくなる。また、倍率が大きすぎると、通常電圧よりも大きい電圧が電界放出素子に印加されることとなり、素子が破壊される可能性が高くなる。また、倍率が小さすぎると、輝度が小さくなりすぎて輝度の計測精度が低くなり且つ計測に要する時間も大きくなってしまう。よって、０．９５〜０．９９倍或いは１．０１〜１．０５倍程度の倍率が好適である。

＜補正部＞
次に、得られた補正値と係数曲線を用いて、実際の補正を行う補正部の構成について図１Ｂを参照して説明する。図１Ｂは、前述のとおり本実施形態における画像表示装置の補正部を示すブロック図である。補正部２は、輝度データＳ４に適した補正値を出力する補正値出力回路２００１と、補正値出力回路２００１から出力された補正値Ｓ１０に基づいて補正演算を行う補正演算回路２００２（乗算器２０８）から構成されている。

補正値出力回路２００１は、メモリＵ２０１、メモリＬ２０２、階調変換回路２１０、補正値算出回路２０５から構成される。メモリＵ２０１は、第１の階調に対する補正値を記憶する第１の補正値記憶部である。メモリＬ２０２は、第２の階調に対する補正値を記憶する第２の補正値記憶部である。階調変換回路２１０は、輝度データＳ４の階調に応じた補間係数を記憶する係数記憶部である。補正値算出回路２０５は、メモリＵ２０１、メモリＬ２０２から得られる補正値を階調変換回路２１０から得られる補間係数を用いて変換（補間）することにより、輝度データＳ４の階調に対する補正値Ｓ１０を算出する補正値算出部である。

ここではメモリＵ２０１（またはメモリＬ２０２）には、第１の階調（または第２の階調）での補正値を８ｂｉｔでそのまま格納しているが、メモリ容量を小さくする為にデータを圧縮して格納しても良い。その場合は、圧縮形式に応じたデコーダをメモリＵ２０１（またはメモリＬ２０２）と補正値算出回路２０５の間に入れればよい。

階調変換回路２１０は、輝度データＳ４の値を補間係数に変換するための回路、つまり、図７Ａ及び図７Ｂの『×０．９８』の係数曲線で示される写像を実現する回路である。本実施形態では、図７Ｃ、図７Ｄに示すように、輝度データＳ４を入力とし、補間係数に輝度データＳ４の最大値（例えば輝度データが１２ｂｉｔなら「４０９５」）を乗じた値を出力Ｓ１１とするルックアップテーブルにより、階調変換回路２１０が構成される。なお階調変換回路２１０から補間係数の値（０．０〜１．０）そのものを出力するようにしてもよい。また輝度データＳ４のレンジが大きい場合には、輝度データＳ４を浮動小数に変換するＦＰ変換回路を入れることでルックアップテーブルの容量を小さくできる。

以上のような回路構成における詳細な動作を説明する。輝度データＳ４として「１２５」が入力された場合、図７Ｄのように階調変換回路２１０で「３２７６」に変換され、補正値算出回路２０５で以下の演算が行われる。

輝度データＳ４が「１２５」である場合の補正値Ｓ１０
＝｛Ｆ×３２７６＋Ｂ×（４０９５−３２７６）｝／４０９５
＝（Ｆ×３２７６＋Ｂ×８１９）／４０９５
≒Ｆ×０．８＋Ｂ×０．２

出力された補正値Ｓ１０（＝Ｆ×０．８＋Ｂ×０．２）は補正演算回路２００２で輝度データＳ４（＝１２５）に乗算され補正輝度データＳ５（＝１２５×（Ｆ×０．８＋Ｂ×０．２））がリニアリティ補正回路９０４に出力される。

リニアリティ補正回路９０４は蛍光体の飽和特性および、変調ドライバ９０６による非線形性を補正し、入力された補正輝度データＳ５に比例する輝度で選択された表示素子が発光するように補正する。リニアリティ補正は、図７Ｅ、図７Ｆに示すようなルックアップテーブルを用いて実現できる。このテーブルは、図４Ａ、つまり通常電圧で駆動した場合の輝度の階調依存性のデータから作成される。図７Ｅ、図７Ｆの縦軸は図４Ａの横軸に相当し、図７Ｅ、図７Ｆの横軸は図４Ａの画素Ｂにおける輝度値を定数倍した値に相当する。その定数は、計測した輝度値を回路で使うデータに変換する為の変換定数であり、最大輝度データ（ここでは４０９５）と輝度値などに応じて適宜決めればよい。リニアリティ補正回路９０４は、補正輝度データＳ５から前記ルックアップテーブルを用いて変調ドライバの階調値Ｓ６を生成する。階調値Ｓ６のレンジは変調ドライバの階調数に合わせ、ここでは最大階調を５１１階調とする。

平均的な画素の場合、補正輝度データＳ５は輝度データＳ４（＝１２５）と等しく「１２５」となり、リニアリティ補正回路９０４から出力される変調ドライバの階調値Ｓ６は「７０」となる（図７Ｅ参照）。平均的な画素よりも暗い画素の場合、補正輝度データＳ５は「１２５」より大きくなり、変調ドライバの階調値Ｓ６は「７０」より大きくなる。また平均的な画素よりも明るい画素の場合、補正輝度データＳ５は「１２５」より小さくなり、変調ドライバの階調値Ｓ６は「７０」より小さくなる。

このようにして得られた階調値Ｓ６に基づいて、変調ドライバ９０６が変調信号Ｓ７を生成し、変調配線１００１に供給する。これにより、輝度のばらつきが低減された高品質な画像が表示される。

以上説明したように本発明の第１の実施形態においては、輝度ばらつきの階調依存性を均一に補正できる補正値を、簡易に短時間で且つ正確に取得できる。また、その補正値を用いて補正を行う補正回路を前記構成のように簡単な回路で実現できるため、低階調から高階調まで均一な表示ができる画像表示装置を低コストで供給する事ができる。

（第２実施形態）
図８Ａ、図８Ｂ、図９を参照して、本発明の第２実施形態を説明する。本実施形態では、第１の階調に対する補正値は測定した輝度ばらつきから算出するが、第２の階調に対する補正値については第１の階調に対する補正値から推定する。この方法は、第１の階調に対する補正値と第２の階調に対する補正値との相関が大きい場合、つまり、第１の階調に対する補正値が決まれば第２の階調に対する補正値が一意的に決まる場合に、好適に適用できる。例えば、１つの画素を構成する電子放出素子の電子放出点（電子放出部）の数が十分に大きい場合は、本実施形態の方法を好ましく適用できる。以下では第１実施形態と異なる部分について説明する。

＜補正値の取得方法＞
本実施形態では、第１実施形態の第１工程〜第３工程と同じように、全素子に関する第１の輝度における輝度ばらつきと、注目素子に関する通常電圧（第１の駆動電圧）及び通
常電圧の定数倍の電圧（第２の駆動電圧）での輝度の階調依存性と、を測定する。さらに本実施形態では、注目画素について、第１の階調（例えばフル階調）における輝度の駆動電圧依存性と、第２の階調（例えば最低階調）における輝度の駆動電圧依存性とを測定する。例えば、駆動電圧として、通常電圧×１．０５、通常電圧×１．０３、通常電圧×１．０１、通常電圧、通常電圧×０．９９、通常電圧×０．９７、通常電圧×０．９５ の７つの駆動条件で第１の階調と第２の階調における輝度測定を行う。すると図８Ｂに示すとおり、第１の階調における輝度ばらつきから第２の階調における輝度ばらつきへ変換する関数が得られる。

＜補正部＞
図９は、第２実施形態の補正部の構成を示している。本実施形態の補正部は、第１実施形態の補正部（図１Ｂ参照）のメモリＬの代わりに補正値変換回路２０３を備えている。この補正値変換回路２０３は、メモリＵ２０１に記憶された第１の階調に対する補正値を第２の階調に対する補正値に変換するための回路である。具体的には、補正値変換回路２０３は、図８Ｂの縦軸と横軸をそれぞれ逆数（補正値）にした変換関数からなるルックアップテーブルで構成される。その他の構成は第１実施形態のものと同じである。

本実施形態によれば、第２の階調における輝度ばらつきの測定が不要となる。これにより輝度測定に要する時間を大幅に短縮できる。後述するように低階調におけるパネル全面の輝度ばらつきの計測には膨大な時間がかかることから、低階調側である第２の階調の測定を省略できることは効果が大きい。

（第３実施形態）
最近のディスプレイではフル階調と最低階調では１００万対１程度のコントラストがある。それゆえ、フル階調と最低階調の輝度ばらつきを同じ計測系で露光時間だけを変えて計測しようとすると、例えばフル階調を０．１秒で計測できる場合、最低階調では、１０００００秒（≒２８時間）もの計測時間が必要になる。また、感度を変えた計測系では微妙な光学系の違いに起因した計測誤差が発生するおそれもある。そこで第３実施形態では、最低階調ではなく、最低階調よりも大きい階調（最低階調よりも明るい階調）を第２の階調に選ぶ。以下では第１実施形態と異なる部分について説明する。

＜補正値の取得方法＞
ここでは、第２の階調を「１２５」に設定する。つまり第２の階調における輝度ばらつきを測定する際には、階調値１２５に対応する駆動信号で画素を点灯させて輝度の測定を行う。その他の処理は第１実施形態で述べたものと同じである。

＜補正部＞
補正部の構成は基本的に図１Ｂに示したものと同じである。ただしメモリＬ２０２には、階調値１２５に対する補正値が格納される。補正値算出回路２０５は、第１の階調と第２の階調の間の階調（４０９５〜１２５）については、第１の階調に対する補正値と第２の階調に対する補正値とを補間（内挿）することにより、適切な補正値を算出する。一方、第１の階調と第２の階調の間以外の階調、つまり第２の階調よりも小さい階調（１２５〜０）については、第１の階調に対する補正値と第２の階調に対する補正値とを外挿することにより、補正値を算出する。

輝度データＳ４が「１２５」のときの階調変換回路２１０の出力Ｓ１１が「３２７６」である場合、補正値算出回路２０５から出力される補正値Ｈ（Ｋ）は以下のように表される。
Ｈ（Ｋ）＝｛Ｆ×（Ｋ−３２７６）＋Ｃ×（４０９５−Ｋ）｝／（４０９５−３２７６）
但し、Ｋは出力Ｓ１１の値、Ｆはフル階調（Ｓ１１＝４０９５）に対する補正値、Ｃは第２の階調（Ｓ１１＝３２７６）に対する補正値である。なお第１実施形態で説明したように、
Ｃ≒０．８×Ｆ＋０．２×Ｂ
但し、Ｂは最低階調（Ｓ１１＝０）に対する補正値
である。

ここで最も誤差が大きいと思われる最低階調（Ｓ１１＝０）での外挿補正値の精度について説明する。第１実施形態より、最低階調に対する理想の補正値はＢである。これに対して、上記外挿計算により得られる補正値は、
Ｈ（０）＝｛Ｆ×（０−３２７６）＋Ｃ×（４０９５−０）｝／（４０９５−３２７６）
≒｛−３２７６×Ｆ＋（０．８×Ｆ＋０．２×Ｂ）×４０９５｝／８１９
＝Ｂ
となり、正確に外挿できることがわかる。

本実施形態の場合、最低階調での輝度ばらつきの計測に要する膨大な時間を短縮することができるとともに、微妙な光学系の違いに起因した補正むらを解消する事ができる。また、第１実施形態と同様に全階調にわたる補正値を簡易に且つ正確に取得する事ができる。

（第４実施形態）
図１０Ａ〜図１０Ｃを参照して、本発明の第４実施形態について説明する。以下では第１実施形態と異なる部分について説明する。

本実施形態の変調方式は振幅変調（ＰＨＭ）である。信号線の駆動波形を図１０Ａに示す。図１０Ａにおいて、縦軸が電圧値で横軸が時間であり、各階調での駆動波形（図２ＡのＳ７に相当）が並べて示されている。パルス幅は１２．８μｓｅｃで、階調値は０から２５５階調まであり、階調が１つ増えると電圧が約３９ｍＶずつ増加していく。通常電圧の場合にはＶｘ＝１０［Ｖ］、Ｖｙ＝−８［Ｖ］、Ｖｕｓ＝５［Ｖ］とする。ただしパルス幅、階調数、電圧値などはこれらの値に限られず、任意に設計できる。

本実施形態での画素Ａ及び画素Ｃにおける輝度データＳ４と補間係数の実測値（理想値）と、第１実施形態の第２及び第３工程と同じ方法で得られた係数曲線（ルックアップテーブル）を図１０Ｂに示す。図１０Ｂにおいて、画素Ａ及び画素Ｂのプロットが理想値であり、『×０．９８』のプロットが係数曲線である。図１０Ｃは、図１０Ｂの横軸をリニアスケールから対数スケールに変えたものである。いずれの図でも全ての輝度領域で理想値と係数曲線とが一致していることが確認できる。したがって、ＰＨＭ駆動の画像表示装置においても、全ての輝度領域で輝度ばらつきを抑制することができる。

また、第１実施形態では振幅が変調される領域とパルス幅が変調される領域との境界（図４Ａの階調ｎ）で係数曲線の傾きが大きく変化しているが、本実施形態のＰＨＭでは輝度（対数軸）に対して補間係数がほぼ線形に変化していることがわかる。よって、本実施形態の場合、第２工程及び第３工程を省いて、予め用意した対数（または指数）関数を係数曲線として用いても良好な補正結果を得ることができる。第２工程及び第３工程が無くなれば、輝度の測定に要する時間をさらに短縮することができる。

（第５実施形態）
図１１Ａ〜図１１Ｃを参照して、本発明の第５実施形態について説明する。以下では第１実施形態と異なる部分について説明する。

本実施形態の変調方式は振幅変調（ＰＨＭ）とパルス幅変調（ＰＷＭ）を併用した変調方式である。信号線の駆動波形を図１１Ａに示す。図１１Ａにおいて、縦軸が電圧値で横軸が時間であり、各階調での駆動波形（図２ＡのＳ７に相当）が並べて示されている。階調値は０から１２８階調まである。１〜３２階調の間は、２．５Ｖ振幅であり、パルス幅が約０．４μｓｅｃずつ増加する。３３〜６４階調の間は、５Ｖ振幅のパルスと２．５Ｖ振幅のパルスからなる波形が出力され、５Ｖ振幅のパルス幅が増加する。同様に、６５〜９６階調の間は７．５Ｖ振幅のパルスと５Ｖ振幅のパルスからなる波形が、９７〜１２８階調の間は１０Ｖ振幅のパルスと７．５Ｖ振幅のパルスからなる波形がそれぞれ出力される。通常電圧の場合にはＶｘ＝１０［Ｖ］、Ｖｙ＝−８［Ｖ］、Ｖｕｓ＝５［Ｖ］とする。ただしパルス幅、階調数、電圧値などはこれらの値に限られず、任意に設計できる。

本実施形態での画素Ａ及び画素Ｃにおける輝度データＳ４と補間係数の実測値（理想値）と、第１実施形態の第２及び第３工程と同じ方法で得られた係数曲線（ルックアップテーブル）を図１１Ｂに示す。図１１Ｂにおいて、画素Ａ及び画素Ｂのプロットが理想値であり、『×０．９８』のプロットが係数曲線である。図１１Ｃは、図１１Ｂの横軸をリニアスケールから対数スケールに変えたものである。いずれの図でも全ての輝度領域で理想値と係数曲線とが一致していることが確認できる。したがって、ＰＨＭとＰＷＭを併用した変調方式の画像表示装置においても、全ての輝度領域で輝度ばらつきを抑制することができる。

本発明の具体的な実施例について説明する。本実施例の画像表示装置は、表面伝導型電子放出素子をスルーレート制御付ＰＷＭ方式で単純マトリクス駆動するタイプである。図２Ａに示すように、本実施例のマトリクスパネル１は、２４０行の走査線１００２と、１６０×３（ＲＧＢ）列の信号線１００１とを有する。図２Ｂに示すように、マトリクスパネル１には、複数の表面伝導型電子放出素子１００４がマトリクス状に配置され、各素子は走査線１００２と信号線１００１とにそれぞれ接続される。

図６Ａの駆動信号を用いて第１工程の測定を実施した。また、図６Ｂ、図６Ｃの駆動信号を用いて第２工程及び第３工程の測定を実施した。変調信号については、０〜１００階調の間は三角波形、１０１〜５１１階調の間は台形波形を用いた。階調が１つ増えると２５ｎｓずつ立下りのタイミングが遅延するように制御した。通常電圧の場合には、Ｖｘ＝１０［Ｖ］、Ｖｙ＝−８［Ｖ］、Ｖｕｓ＝５［Ｖ］で駆動した。

図１Ｂに示す補正部のメモリＵ、メモリＬには、第１及び第２の階調に対する補正値（０．０倍〜２．０倍）を８ｂｉｔで量子化したデータを格納した。また、補正値算出回路の出力Ｓ１０は９ｂｉｔ、輝度データＳ４及び補正輝度データＳ５は１２ｂｉｔとした。以上のような構成においては、平均的な画素では補正値（量子化データ）は１．０倍（１２７）であり、１％以下の量子化誤差に抑えることができる。また、補正により２ｂｉｔ程度階調がロスしても補正後の階調が１０ｂｉｔは確保できるため、良好に画像表示を行うことができる。

図１２Ａに本実施例で補正した後の輝度測定結果を示す。横軸が輝度データＳ４で縦軸が各階調毎に画素Ｂの輝度で規格化した画素Ａ、画素Ｃの規格化輝度比である。全ての輝度データ領域で規格化輝度比がほぼ１になっていることがわかった。また目視ではほとんど輝度ばらつきは確認されなかった。

（比較例）
比較例として、第１の階調に対する補正値と第２の階調に対する補正値を線形補間した
場合について説明する。補正部の構成は、階調変換回路２１０が無いこと以外は上記実施例と同じである。

図１２Ｂに本比較例で補正をした後の輝度測定結果を示す。横軸が輝度データＳ４で縦軸が各階調毎に画素Ｂの輝度で規格化した画素Ａ、画素Ｃの規格化輝度比である。図１２Ａの実施例では全輝度データ領域で規格化輝度比がほぼ１になっているのに対して、図１２Ｂの一般的な線形補間では、中間輝度データでの補間誤差が大きくなってしまうことがわかる。

２００１…補正値出力回路（補正部）、２０１…メモリＵ（補正値記憶部）、２０２…メモリＬ（補正値記憶部）、２１０…階調変換回路（係数記憶部）、２０５…補正値算出回路（補正値算出部）

Claims (7)

1. 複数の電子放出素子を備える画像表示装置の輝度ばらつきの補正に用いる補正値の取得方法であって、
   第１の階調に対応する駆動信号で前記複数の電子放出素子を駆動して、前記第１の階調における輝度ばらつきを測定する第１工程と、
   前記複数の電子放出素子の中から１つ以上の電子放出素子を注目素子として選択し、各階調に対応する駆動信号で前記注目素子を駆動して、各階調における前記注目素子の輝度を測定する第２工程と、
   各階調に対応する駆動信号の電圧振幅を定数倍した駆動信号で前記注目素子を駆動して、各階調における前記注目素子の輝度を測定する第３工程と、
   前記第２工程で測定した輝度と前記第３工程で測定した輝度の輝度比と、前記第１工程で測定した輝度ばらつきとから、各電子放出素子の各階調に対する補正値を算出する算出工程と、
   を有することを特徴とする補正値の取得方法。
2. 前記第１工程は、前記第１の階調とは異なる第２の階調に対応する駆動信号で前記複数の電子放出素子を駆動して、前記第２の階調における輝度ばらつきを測定する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の補正値の取得方法。
3. 前記算出工程では、前記第１の階調における輝度ばらつきから算出される前記第１の階調に対する補正値と、前記第２の階調における輝度ばらつきから算出される前記第２の階調に対する補正値とを、前記輝度比から算出される係数を用いて補間することにより、前記第１の階調と前記第２の階調の間の階調に対する補正値が算出されることを特徴とする請求項２に記載の補正値の取得方法。
4. 前記算出工程では、前記第１の階調における輝度ばらつきから算出される前記第１の階調に対する補正値と、前記第２の階調における輝度ばらつきから算出される前記第２の階調に対する補正値とを、前記輝度比から算出される係数を用いて外挿することにより、前記第１の階調と前記第２の階調の間以外の階調に対する補正値が算出されることを特徴とする請求項２又は３に記載の補正値の取得方法。
5. 前記画像表示装置は、少なくとも一部の階調領域において、前記駆動信号の電圧振幅を変調することを特徴とする請求項１〜４のうちいずれかに記載の補正値の取得方法。
6. 複数の電子放出素子を備える画像表示装置の輝度ばらつきを補正するための補正方法であって、
   請求項１〜５のうちいずれかに記載の補正値の取得方法により取得した補正値を用いて、輝度データを補正する工程と、
   補正された輝度データに基づいて前記電子放出素子を駆動するための駆動信号を生成する工程と、
   を有することを特徴とする補正方法。
7. 複数の電子放出素子と、
   輝度データを補正する補正部と、
   補正された輝度データに基づいて前記電子放出素子に駆動信号を供給する回路と、を備え、
   前記補正部は、
   各電子放出素子について少なくとも第１の階調に対する補正値を記憶する補正値記憶部と、
   前記輝度データの階調に応じた係数を記憶する係数記憶部と、
   前記補正値記憶部から得られる補正値を前記係数記憶部から得られる係数を用いて変換することにより、前記輝度データの階調に対する補正値を算出する補正値算出部と、を有し、
   前記補正値記憶部に記憶される補正値は、前記第１の階調に対応する駆動信号で前記複数の電子放出素子を駆動して測定された輝度ばらつきから算出されたものであり、
   前記係数記憶部に記載される係数は、前記複数の電子放出素子の中から１つ以上の電子放出素子を注目素子として選択し、各階調に対応する駆動信号で前記注目素子を駆動して測定した輝度と、各階調に対応する駆動信号の電圧振幅を定数倍した駆動信号で前記注目素子を駆動して測定した輝度との輝度比から算出されたものである
   ことを特徴とする画像表示装置。

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