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先端表現情報学特別講義Ⅴ

情報通信研究機構 NICT
栗田泰市郎先生

薄型映像ディスプレイ

●映像メディアとフラットパネルディスプレイ
 薄型映像ディスプレイ=専門用語:フラットパネルディスプレイ・FPD

 なぜFPD?
 映像情報メディアの時代の流れ・要求
 大画面・高精細⇒実現性・設置スペースの問題へ

テレビ
 1925年 Baird(英)がテレビの撮像・表示実験
 1960年 日本でカラーテレビ本放送開始
 1966年 イリノイ大学がPDP試作発表(PDP:プラズマディスプレイ)
 1968年 RCA社が液晶による画像表示の可能性を示す
 2000年 日本でBSデジタル放送開始
 2003年 地上デジタル放送開始
 2007年 世界初の有機ELテレビ発売

ハイビジョン
 開発目標:高い臨場感迫力、きめ細やかな美しさなど、人間の感性・情緒に訴える映像表現
 ↓
 仕様・規格
 水平画角 33度
 標準視距離 画面高さの3倍
 アスペクト比 16:9
 画面サイズ できれば50型以上
 画素数 1920x1080

ディスプレイサイズを決めるうえでの条件
 アスペクト比 16:9
 相対視距離 高さの3倍
 絶対視距離 2m以上(目のピント調節のため)
 ↓
 できれば50型以上⇒FPDが有利になる

ディスプレイの構造と原理
 CRT(ブラウン管:Cathode Ray Tube)
  電子銃から電子をとばし、電磁石からの磁力によって電子の向きを変える。画面に蛍光体を塗布しておき、電子が当たったところは光る。
 フラットパネル
  LCD:液晶ディスプレイ 自分は発光しない(背面のLEDや蛍光灯による照明・太陽光などの外光)
  PDP:プラズマディスプレイ
  有機EL(OLED)
  FED:電界放出型、SEDを含む
 投射型(プロジェクタ)
  ライトバルブ
   液晶を使ったフィルタ
   MEMS(マイクロサイズの機械)を使ったDMDプロジェクタ

●各表示手法について

CRT/ブラウン管のはなし
 映像は電子銃による蛍光体の発光によるもの
 画面がジワーッと明るくなっていくのは、電子銃から電子を出すためのヒーターが温まるために時間がかかるから。(11秒と決まっている)

LCD/液晶ディスプレイの話

ディスプレイのパネルの作り

(↑外側)
 偏向フィルタ
 ガラス基板
 カラーフィルタ
 透明電極
 配向膜
 液晶
 配向膜
 透明電極
 ガラス基板 
 偏向フィルタ
 バックライト
(↓内側)

 液晶よる偏光作用によって表示されるかされないかを作る

液晶ディスプレイ駆動方法
 パッシブマトリクス駆動
  単純で済むが、大画面なるとだんだん画面が暗く、コントラストが低下していく
 アクティブマトリクス駆動
  TFT(トランジスタ)を使って各画素にスイッチとコンデンサをつけ、スイッチがOFFになったときもしばらく明るさをキープできるようになる。

プラズマディスプレイ(PDP:Plasma Display Panel)
 RGBそれぞれの蛍光体が入った溝を作り、それぞれの溝を真空にしておく。(とはいえ、希ガスが入ってる)
 電極はマトリックス(格子状)に配置。
 特徴:簡単な構造であるため、大型化が容易で、低コストに作れる

 ☆プラズマ状態(イオン化した気体)のガスを放電させ、その際に生じる紫外線を蛍光体に当てて発光させる。
 (各画素の色ごとに微小な蛍光灯があるような感じ)
 なので、PDPの色は蛍光体によって決まる。

 ☆放電量の制御は非常に難しい⇒明るさの濃淡をプラズマの放電量で制御するのが難しい。(光はON/OFFの2値)
⇒PDPの駆動法:サブフィールド法の利用
 細かい時間の間にON/OFFの制御を繰り返し、人の視覚の時間方向への積分効果を利用して中間の濃淡を表現する
 PWM制御みたいな感じ

 大型化が可能なので、150型のディスプレイとかをパナソニック画作った

 ☆ただ、PDPは最近LCDに負けてきた。(小型化が難しかったりするとかかも)

有機EL(Electro-Luminescence、OLED、Organic Light Emitting Diode、有機発光ダイオード)
 電気を流せば勝手に光ってくれる
 ⇒とても単純な構造⇒材料さえよければとてもいいものが作れる
有機ELの構造
(↑外)
 ガラス基板
 ITO(陽極)
 ホール輸送層
 発光層
 電子輸送層
 金属(陰極)
(↓内)

 ☆特徴は非常に薄くできる(全膜厚:100-120nm)
 ☆軽量・応答速度が速い

材料
 低分子系
  真空蒸着によって作る
  大画面化が困難
 高分子系
  インクジェットやスピンコートなどの塗布法が可能
  大面積化が容易
  機械強度も強い(フレキシブル)

 2007年末にはソニーが11型有機ELテレビを作った
☆期待はされているが大型化や低コスト化、中型以上の量産がなかなかできていない。

FED(Field Emission Display、電界放出型ディスプレイ)
 平面上に並べた電子弦から電子ビームをとばして発光させる(CRTみたいな)

 SED(Surface-conduction Electron-emitter Display、表面電動型電子放出素子ディスプレイ)
  インクジェットによって印刷可能⇒大画面化が容易
 FEDは製品にはなっていない(開発品はキャノンと東芝が55型のもの出している)が、画質は最も高くなるといわれている。


●画質
 所要条件
  輝度・コントラスト、階調再現、色再現、解像度・鮮鋭度、動画質、ノイズ・フリッカ(ちらつき)、視野角
 
動画質劣化を生じる視覚的メカニズム
 映像がコマごとに動いていくと、そのコマの間の部分を目が補間してしまう。
 ⇒しましまがよこに動いていくとシマシマじゃなくてグレーが見えてしまう
 ☆視線追随積分

 ☆1コマの時間を短くしてあげれば補間の影響が小さくなるため、動く映像でもくっきり表示できるようになる
 ※映像のフレームレート(1秒間の描画数)をあげれば上げるほど、早く動いていく映像を知覚できるようになった。

☆フレームレートをあげる=ホールド時間を短くする=インパルス表示を行う
 ⇒CRTはインパルス表示だった(電子銃が当たった瞬間だけ発光)からCRTの動画質はとてもよかった。
 ⇒⇒FEDによってインパルス表示を使える。FEDへの期待

 ☆サマーウォーズでのはなし
  最終決戦を前に「液晶じゃレスポンスが遅い、HGのブラウン管のこってない?」

フレームレートをあげる各社の努力
 いまはSONYの240Hzのテレビがはやい!

また、フレームレートが上がることによる恩恵
 ⇒3Dテレビに役立つ
 3Dテレビのシャッターメガネ方式:左目の映像⇒右目の映像⇒左目の映像・・と交互に映像を出す方式
 フレームレートが上がれば・・・
  ・クロストーク(左目に見せたいのに右目にもみえちゃうこと)が低減されるようになった!
  ・3Dでも滑らかな画像表示が可能になった!
 FPD International 2010でサムソンがでかくて240Hzのディスプレイを作った。


その他の新しいディスプレイ展開
 ・フレキシブルディスプレイ(2010.5 NHK試作)
 ・透明ディスプレイ(FPD International 2010 Samsung)
 ・電子ペーパー

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