JP2005049746A

JP2005049746A - 画像表示装置

Info

Publication number: JP2005049746A
Application number: JP2003283748A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Kitao; 智北尾; Wataru Machitori; 渡待鳥; Ryutaro Otake; 隆太郎大竹; Yoshito Ota; 義人太田; Katsuyuki Arimoto; 克行有元
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-07-31
Filing date: 2003-07-31
Publication date: 2005-02-24

Abstract

【課題】表示階調に依存するまだら状やすじ状の輝度むらが暗い映像で目立ち、画質品位を損ねる。
【解決手段】液晶パネルモジュールとバックライト用光源と、バックライト用光源を駆動、制御するバックライト駆動制御回路と、液晶パネルモジュールに入力する映像信号のレベルを調整する信号レベル調整部と、映像信号のピークレベルなどを判別する映像信号判別部を少なくとも備え、バックライトの輝度を下げ、代わりに映像信号のレベルを上げて表示輝度を維持しつつ、むらの目立つ階調の明るさを下げることで、輝度むらやすじむらを目立たなくする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＣＤに代表されるバックライトなどの光源を用いる表示デバイスを用いたテレビやモニタディスプレイ及び投射式ビデオプロジェクター装置に関する。

近年、表示用デバイスとして従来主流であったＣＲＴ以外に、ＬＣＤやＰＤＰといった新表示デバイスの進歩がめざましく、これらのデバイスを使用した画像表示装置も市場に出ている。中でも液晶（ＬＣＤ）表示装置に代表されるマトリクス型の画像表示装置は、薄型、軽量、低消費電力の特徴を生かし、パーソナルコンピュータの表示装置やＴＶ表示装置、更には投射型の表示装置としてなど各種分野で利用されている。

特に液晶を用いた画像表示装置は、前記の薄型、軽量、低消費電力というメリットを持つが、一方でその特性上或いは構造上の要因により、輝度むらが現れ、表示品位を損なう場合がある。

従来より、こうした輝度むらは、液晶パネル自体の特性改善によって対応されてきたが、液晶パネル自体の改善には製造設備を含めて多大な投資が必要であったり、また、パネル構造の製造精度が厳しくなるなど、液晶パネルの改善のみでは解決しきれない場合があった。

こうした状況に対し、液晶パネル以外で課題を解決する方法として、例えば、走査線の位置、あるいはバックライトランプからの熱による液晶パネルの温度分布に応じて、走査線駆動波形の波形幅を変調させることにより、縦方向の表示濃淡ムラを補償し、表示濃淡ムラを軽減する方法が知られている（例えば特許文献１参照。）。

また更に、例えばバックライト駆動回路に対して、液晶パネルのフレーム周期に同期してバックライトの輝度を変化させる信号をバックライト駆動制御回路に出力する方法が知られている（例えば特許文献２参照。）。

これらの従来の方法は、液晶パネルの縦方向に発生する輝度むらや輝度傾斜の軽減に有効とされている。
特開平１０−１８６３２８号公報（第４−６頁、第１図）特開２００１−２１５４６４号公報（第４−６頁、第１−第５図）

以上のような従来の画像表示装置では、液晶パネルの縦方向に発生する輝度むらや輝度傾斜の軽減には有効であるが、まだら状の輝度むらや、すじ状のむらに対しては全く軽減することはできないという問題がある。

また、むらの程度は表示階調に依存する成分があり、例えば図２のような特性を持っている場合がある。図２は本発明者らが実際の液晶パネルの輝度データを測定し、取得した、ある液晶パネルの入力階調に対するむらレベルの関係を示したグラフである。このような階調依存のむらに対しても従来の画像表示装置では軽減することはできないという問題がある。このようなむらは特に、ピーク輝度の低い、全体に暗い映像で特に目立つ傾向がある。

さらに、以上のような従来の画像表示装置では、パネルへの走査線駆動あるいはバックライトの駆動を１フレーム内で変化させる必要があるなど実現のためにはパネルモジュールを特殊仕様にする、あるいはバックライト駆動部を特殊仕様にする必要があるという問題がある。

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、映像信号やバックライトの制御は概略フレーム単位という比較的簡単な構成で、人間の目の特性をも利用してパネルのむら全般を目ただ無くすることができる画像表示装置を提供することを目的とする。

これらの課題を解決するために本願の第１の発明は、低階調で目立つ輝度むらやすじむらに対し、映像信号のピークレベルが低い場合にはバックライトの輝度を下げ、代わりに映像信号のレベルを上げて表示輝度を維持しつつ、むらの目立つ階調の明るさを下げることで、輝度むらやすじむらを目立たなくする画像表示装置である。

本願の第２の発明は、液晶パネルモジュールと前記液晶パネルモジュールに内蔵或いは外付けされたバックライト用光源と、前記バックライト用光源を駆動、制御するバックライト駆動制御回路と、前記液晶パネルモジュールに入力する映像信号のレベルを調整する信号レベル調整部と、映像信号のピークレベルなどを判別する映像信号判別部を備え、前記映像信号判別部は、少なくとも前記バックライト駆動制御回路と前記信号レベル調整部とに対する制御信号を出力する構成である画像表示装置である。

本願の第３の発明は、前記信号レベル調整部は、前記信号判別部からの制御信号に応じ、少なくとも映像信号のゲインとオフセットのどちらか一方、或いは両方の調整を行うことを特徴とする画像表示装置である。

本願の第４の発明は、前記液晶パネルモジュールと、モジュール外でガンマ補正をする場合はそのガンマ補正をも含めた結果のガンマ値をｇとすると、前記映像信号判別部からの、前記バックライト駆動制御回路へのバックライト設定信号Ｂと前記信号レベル調整部に対するゲイン制御信号Ｓとが概ね（数１）であることを特徴とする画像表示装置である。

本願の第５の発明は、液晶パネルモジュールと前記液晶パネルモジュールに内蔵或いは外付けされたバックライト用光源と、前記バックライト用光源を駆動、制御するバックライト駆動制御回路と、前記液晶パネルモジュールに入力する映像信号のレベルを調整する信号レベル調整部と、映像信号のピークレベルなどを判別する映像信号判別部と、前記映像信号判別部の判別結果に応じてガンマ補正値を演算するガンマ補正値演算部と、映像信号をパネル特性に合わせてガンマ補正するガンマ補正部とを備え、前記ガンマ補正値演算部は前記ガンマ補正部に対して、少なくとも映像信号のゲインとオフセットのどちらか一方、或いは両方の調整を前記ガンマ補正部で行うようガンマ補正値を出力し、また、前記映像信号判別部は、少なくとも前記バックライト駆動制御回路に対する制御信号を出力する、画像表示装置である。

本願の第６の発明は、前記液晶パネルモジュールと、モジュール外でガンマ補正をする場合はそのガンマ補正をも含めた結果のガンマ値をｇとすると、前記映像信号判別部からの、前記バックライト駆動制御回路へのバックライト設定信号Ｂと前記ガンマ補正部に対する前記ガンマ補正値演算部からのガンマ補正値の変更による映像信号が受けるゲインＳとが概ね（数１）である画像表示装置である。

本発明によれば、まだら状の輝度むらやすじ状のむらが階調に依存したむらであっても、比較的簡単な構成で、むらの目立つ階調を避けて同等の輝度を得ることが出来、結果としてむらを目立たなくすることが出来るという顕著な効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態について、図１から図８を用いて説明する。

また、以下の説明に於いて、映像信号処理をデジタル、アナログあるいは両方で行う場合でも本願発明は有効である。

（実施の形態１）
図１は本願第１の発明の画像表示装置の要部構成のブロック図を示し、図１に於いて、１は液晶などのパネルモジュールで有り、図２のような輝度むらやすじむら（以降「むら」とする）特性を持っている。２はバックライト用インバータ制御回路、３は映像信号レベル判別部、４は映像信号のゲインやオフセットを変化させて信号レベルを調整する信号レベル調整部、５はパネルモジュール１の入出力特性を補正するガンマ補正部である。

以下、図１を用いてその動作を説明する。図１に於いて、本発明の画像表示装置に入力された映像信号は映像信号レベル判別部３と信号レベル調整部４とに入力される。映像信号レベル判別部３では映像信号のピークレベルなどを判別し、例えばピークが低く暗い映像でダイナミックレンジに余裕がある映像の場合は、信号のゲインを上げ、場合によってはオフセットも調整するゲイン・オフセット設定信号を信号レベル調整部４に伝える。その動作により、映像信号は信号ゲインを上げない場合に対してより高い階調を表示する信号となってガンマ補正部５を経てパネルモジュール１に入力される。

一方で映像信号レベル判別部３では、バックライト用インバータ制御回路２に対しても、信号レベルを上げた分、バックライト輝度を下げてパネルからの光出力が何もしないときと同程度になるように、バックライト設定信号を伝える。その動作により、結果としてパネルモジュールからの光出力は、映像信号が信号ゲインを上げない場合に対してより高い階調を表示する信号となっているにもかかわらず、信号ゲインを上げない場合と同程度となる。

以上の動作に於いて、パネルモジュール１のむらが軽減される仕組みについて次に説明する。

図２は従来と同じで本発明に用いているパネルモジュールの入力階調に対するむらレベルのグラフである。それを、あるバックライトの輝度を設定した場合のパネルからの輝度に対するむらレベルに置き換えたグラフを図３に示す。図３の横軸の輝度はパネルからの輝度で、パネルからの輝度は即ちパネルへの入力階調（レベル）とバックライトの輝度とで決まり、低輝度でむらが強くなるような特性となっている。

バックライトの輝度を変えた場合は、パネルからの輝度に対するむらのレベルは当然横軸に比例して変化する。図４は図２に対してバックライト輝度を１／３にした場合を比較したものである。

一方、むらに対する人間の目の感覚を本発明者らが調べたところ、一般に言われている輝度に対する１／３乗に略比例するという感度と、物理量を対照比較する場合に略対数で感じるという感度とが複合していることがわかった。本発明者らの検討の結果を図５に示す。輝度と目のむらへの感度の相対値との関係はおよそ図５に示すような関係である。図５は、例えば同じむらレベルでも暗い方がむらとして感じにくいことを示している。

つまり、目に感じるむらの度合いは、例えば図４のむらレベルに図５の感度を掛けたものであり、図６に示すようなグラフで表すことが出来る。図６にはバックライト輝度の違いによって同じ輝度でのむらの感じ方の差の例をも示している。更に低輝度部でのむらのピークの感じ方もバックライトを下げた場合の方が低くなっている。

即ち、バックライト輝度を下げて、代わりにパネルへの入力階調を上げて同程度のパネルからの輝度にした方が、むらの感じ方は少なくなる。

本発明は、図１に示すように、信号のダイナミックレンジに余裕がある場合にはバックライト輝度を下げて一方で信号ゲインを上げられる構成になっているため、上記の仕組みにより、むらを少なく感じるようにすることが出来る。

これらのバックライト輝度や信号ゲインの変更の周期は走査線単位で行う必要はなく、概略フレーム単位で行えば十分な効果が得られることが本発明者らの実験でわかっている。

また、パネルからの光出力が同程度となるように、バックライト輝度と信号のゲインとを変えるためには、ガンマ補正をも含めた結果のガンマ値をｇとし、バックライト設定信号Ｂと信号レベル調整部に対するゲイン制御信号Ｓとが概ね（数１）であるようにすると良いことが、本発明者らの実験検討の結果わかった。この関係を表す一例を図７に示す。

本発明は、映像信号レベル判別部３からのゲイン・オフセット設定信号とバックライト設定信号とのレベルの関係を図７のようにして出力することで信号ゲインとバックライト輝度を変えてもパネルからの光出力が同程度に維持できる。

このように低階調で目立つ輝度むらやすじむらに対し、映像信号のピークレベルが低い場合にはバックライトの輝度を下げ、代わりに映像信号のレベルを上げて表示輝度を維持しつつ、むらの目立つ階調の明るさを下げることで、輝度むらやすじむらを目立たなくすることができる。

より具体的には、映像信号判別部は、少なくともバックライト駆動制御回路と信号レベル調整部とに対する制御信号を出力する構成であり、前記信号レベル調整部は、前記信号判別部からの制御信号に応じ、少なくとも映像信号のゲインとオフセットのどちらか一方、或いは両方の調整を行うことで、低階調で目立つ輝度むらやすじむらに対し、映像信号のピークレベルが低い場合にはバックライトの輝度を下げ、代わりに映像信号のレベルを上げて表示輝度を維持しつつ、むらの目立つ階調の明るさを下げることで、輝度むらやすじむらを目立たなくすることができる画像表示装置が得られる。

また、液晶パネルモジュールと、モジュール外でガンマ補正をする場合はそのガンマ補正をも含めた結果のガンマ値をｇとすると、前記映像信号判別部からの、前記バックライト駆動制御回路へのバックライト設定信号Ｂと前記信号レベル調整部に対するゲイン制御信号Ｓとが概ね（数１）であるようにすることで、パネルからの輝度をあまり変えることなくむらを目立たなくすることが出来る。

なお、図１の構成の各ブロックは主要な機能を示したものであり、それぞれのブロックの一部をマイコンで賄うハードウェア、ソフトウェア構成になっている場合も当然本発明に含まれる。

（実施の形態２）
図８は本願第５の発明の画像表示装置の要部構成のブロック図を示し、図８に於いて、１は液晶などのパネルモジュールで有り、図２のようなむら特性を持っている。２はバックライト用インバータ制御回路、３は映像信号レベル判別部、５はパネルモジュール１の入出力特性を補正するガンマ補正部、６はガンマ補正部５へのガンマ補正値を、信号レベル判別部３からの判別結果をもとにして演算し出力する、ガンマ補正値演算部である。

以下、図８を用いてその動作を説明する。図８に於いて、本発明の画像表示装置に入力された映像信号は映像信号レベル判別部３とガンマ補正部５とに入力される。映像信号レベル判別部３では映像信号のピークレベルなどを判別し、結果をガンマ補正値演算部６に伝える。ガンマ補正値演算部６は、その結果を受け、例えばピークが低く暗い映像でダイナミックレンジに余裕がある映像の場合は、信号のゲインを上げ、場合によってはオフセットも調整するような信号変換可能なガンマ補正値を演算し、ガンマ補正部５に伝える。その動作により、映像信号は信号ゲインを上げない場合に対してより高い階調を表示する信号となってパネルモジュール１に入力される。

以上の動作に於いて、パネルモジュール１のむらが軽減される仕組みについては実施の形態１と同様であるので省略する。

本発明は、図８に示すように、信号のダイナミックレンジに余裕がある場合にはバックライト輝度を下げて一方で信号ゲインを上げられる構成になっているため、実施の形態１と同様の仕組みにより、むらを少なく感じるようにすることが出来る。

これらのバックライト輝度や信号ゲインの変更の周期は走査線単位で行う必要はなく、概略フレーム単位で行えば十分な効果が得られることは実施の形態１と同様である。

また、パネルからの光出力が同程度となるように、バックライト輝度と信号のゲインとを変えるためには、ガンマ補正をも含めた結果のガンマ値をｇとし、バックライト設定信号Ｂと実施の形態１での信号レベル調整部に対するゲイン制御信号をガンマ補正値演算部からのガンマ補正値の変更による映像信号が受けるゲインＳにおき変えると実施の形態１と同様になり、概ね（数１）であるようにすると良い。

即ち本発明は、ガンマ補正値の変更による映像信号が受けるゲイン調整値と映像信号レベル判別部３からのバックライト設定信号とのレベルの関係を例えば図７のようにして出力することで信号ゲインとバックライト輝度を変えてもパネルからの光出力が同程度に維持できる。

このように、ガンマ補正値演算部は前記ガンマ補正部に対して、少なくとも映像信号のゲインとオフセットのどちらか一方、或いは両方の調整を前記ガンマ補正部で行うようガンマ補正値を出力し、また、前記映像信号判別部は、少なくとも前記バックライト駆動制御回路に対する制御信号を出力することで、低階調で目立つ輝度むらやすじむらに対し、映像信号のピークレベルが低い場合にはバックライトの輝度を下げ、代わりに映像信号のレベルを上げて表示輝度を維持しつつ、むらの目立つ階調の明るさを下げることで、輝度むらやすじむらを目立たなくすることができる画像表示装置が得られる。

また、液晶パネルモジュールと、モジュール外でガンマ補正をする場合はそのガンマ補正をも含めた結果のガンマ値をｇとすると、前記映像信号判別部からの、前記バックライト駆動制御回路へのバックライト設定信号Ｂと前記ガンマ補正部に対する前記ガンマ補正値演算部からのガンマ補正値の変更による映像信号が受けるゲインＳとが概ね（数１）であるようにすることで、パネルからの輝度をあまり変えることなくむらを目立たなくすることが出来る。

なお、図８の構成の各ブロックは主要な機能を示したものであり、それぞれのブロックの一部をマイコンで賄うハードウェア、ソフトウェア構成になっている場合も当然本発明に含まれる。

本発明の画像表示装置は、バックライトの輝度を下げ、代わりに映像信号のレベルを上げて表示輝度を維持しつつ、むらの目立つ階調の明るさを下げることで、輝度むらやすじむらを目立たなくするものであり、バックライトなどの光源を用いた表示デバイスや投射式ビデオプロジェクター装置等の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１における画像表示装置の要部構成のブロック図液晶パネルのむらと入力階調との関係の一例を示す説明図液晶パネルのむらと出力輝度との関係を示す説明図バックライト輝度を変えた場合の液晶パネルのむらと出力輝度との関係を示す説明図目の感覚のむらへの感度を示す説明図本発明の実施の形態１におけるむら軽減効果の原理を示す説明図本発明の実施の形態１における映像信号ゲイン調整値とバックライト設定値との関係例を示す説明図本発明の実施の形態２における画像表示装置の要部構成のブロック図

符号の説明

１パネルモジュール
２バックライト用インバータ制御回路
３映像信号レベル判別部
４信号レベル調整部
５ガンマ補正部
６ガンマ補正値演算部

Claims

低階調で目立つ輝度むらやすじむらに対し、映像信号のピークレベルが低い場合にはバックライトの輝度を下げ、代わりに映像信号のレベルを上げて表示輝度を維持しつつ、むらの目立つ階調の明るさを下げることで、輝度むらやすじむらを目立たなくすることを特徴とする画像表示装置。
液晶パネルモジュールと前記液晶パネルモジュールに内蔵或いは外付けされたバックライト用光源と、前記バックライト用光源を駆動、制御するバックライト駆動制御回路と、前記液晶パネルモジュールに入力する映像信号のレベルを調整する信号レベル調整部と、映像信号のピークレベルなどを判別する映像信号判別部を備え、前記映像信号判別部は、少なくとも前記バックライト駆動制御回路と前記信号レベル調整部とに対する制御信号を出力することを特徴とする、画像表示装置。
前記信号レベル調整部は、前記信号判別部からの制御信号に応じ、少なくとも映像信号のゲインとオフセットのどちらか一方、或いは両方の調整を行うことを特徴とする、請求項２記載の画像表示装置。
前記液晶パネルモジュールと、モジュール外でガンマ補正をする場合はそのガンマ補正をも含めた結果のガンマ値をｇとすると、前記映像信号判別部からの、前記バックライト駆動制御回路へのバックライト設定信号Ｂと前記信号レベル調整部に対するゲイン制御信号Ｓとが概ね

であることを特徴とする、請求項２乃至３記載の画像表示装置。
液晶パネルモジュールと前記液晶パネルモジュールに内蔵或いは外付けされたバックライト用光源と、前記バックライト用光源を駆動、制御するバックライト駆動制御回路と、前記液晶パネルモジュールに入力する映像信号のレベルを調整する信号レベル調整部と、映像信号のピークレベルなどを判別する映像信号判別部と、前記映像信号判別部の判別結果に応じてガンマ補正値を演算するガンマ補正値演算部と、映像信号をパネル特性に合わせてガンマ補正するガンマ補正部とを備え、前記ガンマ補正値演算部は前記ガンマ補正部に対して、少なくとも映像信号のゲインとオフセットのどちらか一方、或いは両方の調整を前記ガンマ補正部で行うようガンマ補正値を出力し、また、前記映像信号判別部は、少なくとも前記バックライト駆動制御回路に対する制御信号を出力することを特徴とする、画像表示装置。
前記液晶パネルモジュールと、モジュール外でガンマ補正をする場合はそのガンマ補正をも含めた結果のガンマ値をｇとすると、前記映像信号判別部からの、前記バックライト駆動制御回路へのバックライト設定信号Ｂと前記ガンマ補正部に対する前記ガンマ補正値演算部からのガンマ補正値の変更による映像信号が受けるゲインＳとが概ね（数１）であることを特徴とする、請求項５記載の画像表示装置。