JP2005258142A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】原色色度の面内ムラ、及び原色色度の面内ムラに起因する混色時の色度の面内ムラを補正することにより、高品質の画像表示を可能とする。
【解決手段】表示装置は、入力した映像信号の色度ムラ補正を行う色度ムラ補正回路３ｒ、３ｇ、３ｂと、色度ムラの補正データを記憶するフラッシュメモリ５と、マイコン４とを有している。マイコン４は、表示装置の動作時に、フラッシュメモリ５から色度の補正データを読み出して色度ムラ補正回路３ｒ、３ｇ、３ｂに入力する。そして色度ムラ補正回路は、その補正データを、入力する映像信号のレベルに応じて変化させ、得られた補正データによって映像信号の色度ムラを補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、表示装置に関し、より詳細には、原色色度の面内ムラ、及び原色色度の面内ムラに起因する混色時の色度の面内ムラを補正することにより、高品質の画像表示を可能とした表示装置に関する。

投射型表示装置は近年、液晶表示素子を３枚使用した３板式と呼ばれる構成が主流で製品化されている。液晶表示素子は、自発光素子ではないため光源が必要になる。ここでは高圧水銀ランプ等の光源からの光をダイクロックミラーでＲＧＢ（Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅ）の３原色に分離し、それぞれの色を３枚の液晶表示素子で階調表現して、これらをプリズムで合成することでフルカラーの映像を表示する。

しかしながら従来の投射型表示装置において、液晶表示素子の面内の透過率のムラ等が原因となって、合成した色にムラができてしまうという問題がある。例として、多色混合後の画像において、あるポイントＡのＲｅｄ：Ｇｒｅｅｎの輝度比が１：２、ポイントＢのＲｅｄ：Ｇｒｅｅｎの輝度比が１：３という場合、ポイントＢでは混合色のＧｒｅｅｎの光量がポイントＡよりも多いため、緑系の色調になってしまう。

このような問題を改善するために、例えば、特許文献１では、Ｒ／Ｇ／Ｂ各色の輝度の面内ムラをＣＣＤ等で測定し、輝度比を面内で均一になるように映像信号に補正をかけることで混色時の色ムラの改善をはかる方法が開示されている。例として、画面のセンターにおけるＲＧＢの輝度比を測定し、周辺における輝度比をセンターと同じになるようにＲＧＢの信号レベルを補正する等で輝度ムラ起因の色ムラを改善することができる。

図６は、従来の色ムラ改善を行うための回路構成例を示す回路ブロック図で、図中、１１ｒ,１１ｇ，１１ｂはそれぞれＲ／Ｇ／Ｂ用のＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ−Ｄｉｇｉｔａｌ−Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）、１２はスケーリング変換／リフレッシュレート変換／ガンマ補正回路、１３ｒ，１３ｇ，１３ｂはそれぞれＲ／Ｇ／Ｂ用の輝度ムラ補正回路、１４はマイコン、１５はフラッシュメモリ、１６ｒ，１６ｇ，１６ｂはそれぞれＲ／Ｇ／Ｂ用の相展開回路、１７ｒ、１７ｇ、１７ｂはそれぞれＲ／Ｇ／Ｂ用の液晶表示素子である。

表示装置に入力された映像信号は、ＡＤＣ１１ｒ、１１ｇ、１１ｂでデジタルデータ化され、スケーリング変換／リフレッシュレート変換／ガンマ補正回路１２において、映像信号の入力フォーマットを固定画素である液晶表示素子１７ｒ，１７ｇ，１７ｂに合わせるスケーリング変換処理，フレームレート変換処理，ガンマ補正処理が施され、得られたＲＧＢデジタル信号をそれぞれ輝度ムラ補正回路１３ｒ，１３ｇ，１３ｂに入力する。

輝度ムラ補正回路１３ｒ、１３ｇ、１３ｂでは、入力されたＲＧＢデジタル映像信号に対して、例えば、画面の周辺における輝度比が測定した画面センターの輝度比と同じになるように、ＲＧＢ信号レベルを補正する。そして相展開回路１６ｒ，１６ｇ，１６ｂでアナログ信号への再変換，信号の反転駆動，及び液晶表示素子のドライバーに合わせた相展開が実行され、液晶表示素子１７ｒ，１７ｇ，１７ｂで映像が表示される。

また、特許文献２では、投影画像内のあるポイントにおけるＲＧＢの輝度ムラをＣＣＤ等で撮影し、それを補正する光学フィルターを製品に組み込む等メカニカルな補正を行う方式が開示されている。
特開２００３−１４３６２１号公報 特開平６−２６５９２８号公報

赤（ｒｅｄ）、緑（ｇｒｅｅｎ）、青（ｂｌｕｅ）の光の３原色（色光または光源色の３原色）において、赤と緑を混ぜると黄色に、緑と青でシアンに、青と赤でマゼンタになり、他のすべての色光も上記３原色を適当な強さで混ぜ合わせることで作ることができる。色光の３原色を混ぜ合わせると明度が上がるので、それを加法混色と呼ぶ。このとき赤と緑と青を適度な比率で混ぜると白色光になる。

３刺激値ＸＹＺにもとづく表色系は、国際照明委員会ＣＩＥ（Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｅ ｄｅ ｌ´Ｅｃｌａｉｒａｇｅ）が１９３１年に策定した国際表示法で、ＣＩＥ−ＸＹＺ表色系という。また、同表色系によるｘｙ色度図は、ＣＩＥシステムとかＣＩＥ色度図とも呼ばれる。
ｘｙ色度図上では、２つの色の合成は２点間の直線で表され、その直線状の場所は２色の輝度の比率に依存する。

上述のごとくの従来の技術により提案されている補正方法では、輝度比の面内ムラを要因とするＲＧＢ混色時の色ムラは補正することが可能であるが、ＲＧＢ原色の色度の面内ムラを補正することはできない。また輝度の面内ムラではなく原色色度の面内ムラを要因とする混色時の色度の面内ムラは補正することができない。原色色度の面内ムラは光学部品であるダイクロックミラーの蒸着膜の面内のムラ、光源光の光学部品への入射角度の面内ムラ等の他、ＬＥＤのマトリクス配列の各素子の色度バラツキ等を起因にして生じる。

本発明は上述のごとき実情に鑑みてなされたものであり、原色色度の面内ムラ、及び原色色度の面内ムラに起因する混色時の色度の面内ムラを補正することにより、高品質の画像表示を可能とした表示装置を提供することを目的とするものである。

第１の技術手段は、多色混合方式の表示装置において、入力映像信号レベルに応じて定められた補正値を用い、映像信号に補正値を加減算及び／または乗算し、光学系に起因する色度ムラを補正することを特徴としたものである。

第２の技術手段は、第１の技術手段において、補正値として、（基準補正値＋傾き）による数式のパラメータを用いることを特徴としたものである。

第３の技術手段は、多色混合方式の表示装置において、表示装置は、映像信号の色度ムラ補正を行う色度ムラ補正回路と、色度ムラの補正データを記憶する記憶手段と、記憶手段に対するデータの記憶及び読み出しを行う制御手段とを有し、制御手段は、表示装置の動作時に、記憶手段から補正データを読み出して色度ムラ補正回路に補正データを入力し、色度ムラ補正回路は、補正データの係数を入力映像信号のレベルに応じて変化させ、得られた補正データによって光学系に起因する色度ムラを補正することを特徴としたものである。

第４の技術手段は、第３の技術手段において、記憶手段は、補正データとともに色度の補正を行う場所のアドレスデータを記憶し、制御手段は、補正データとともにアドレスデータとを記憶手段から読み出して、読み出しデータに基づいて色度ムラ補正回路に補正データを入力することを特徴としたものである。

第５の技術手段は、第４の技術手段において、アドレスデータ及び補正データは、予め多色混合した際の色度の変化の仕方をパラメータとして測定することにより得られたデータであって、制御手段は、アドレスデータ及び補正データを外部機器から入力して記憶手段に記憶させることを特徴としたものである。

第６の技術手段は、第３または第４の技術手段において、色度ムラ補正回路は、映像信号に対して、補正データを加算及び／または乗算することにより、映像信号の色度ムラの補正を行うことを特徴としたものである。

第７の技術手段は、第３ないし第６のいずれか１の技術手段において、補正データは、（基準補正値＋傾き）による数式のパラメータを用いることを特徴としたものである。

本発明の表示装置によれば、ＲＧＢ原色色度の面内ムラを測定し、その結果を元に作成した補正値をデジタル映像信号に加減算及び／または乗算することで、原色色度の面内ムラ、及び原色色度の面内ムラに起因する混色時の色度の面内ムラを補正することができ、これによって高品質の画像表示を可能とした表示装置を提供することができる。

さらに本発明の表示装置によれば、上記の補正値をマトリクスではなく、基準補正値＋傾き等の数式のパラメータで持つことで補正値のデータ量を抑えることができる。

図１は、本発明の一実施形態である液晶表示装置の回路ブロック図で、図中、１ｒ,１ｇ，１ｂはそれぞれＲ／Ｇ／Ｂ用のＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ−Ｄｉｇｉｔａｌ−Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）、２はスケーリング変換／リフレッシュレート変換／ガンマ補正回路、３ｒ，３ｇ，３ｂはそれぞれＲ／Ｇ／Ｂ用の色度ムラ補正回路、４はマイコン、５はフラッシュメモリ、６ｒ，６ｇ，６ｂはそれぞれＲ／Ｇ／Ｂ用の相展開回路、７ｒ、７ｇ、７ｂはそれぞれＲ／Ｇ／Ｂ用の液晶表示素子である。マイコン４は本発明の制御手段に該当し、またフラッシュメモリ５が本発明の記憶手段に該当する。

表示装置に入力された映像信号は、ＡＤＣ１ｒ、１ｇ、１ｂでデジタルデータ化され、スケーリング変換／リフレッシュレート変換／ガンマ補正回路２において、映像信号の入力フォーマットを固定画素である液晶表示素子７ｒ，７ｇ，７ｂに合わせるスケーリング変換処理，フレームレート変換処理，ガンマ補正処理が施され、得られたＲＧＢデジタル信号をそれぞれ色度ムラ補正回路３ｓ，３ｇ，３ｂに入力する。

色度ムラ補正回路３ｒ，３ｇ，３ｂでは、入力されたＲＧＢデジタル映像信号に対して、加色度のムラを補正する補正値を減算、乗算する。そして相展開回路６ｒ，６ｇ，６ｂでアナログ信号への再変換，信号の反転駆動，及び液晶表示素子のドライバーに合わせた相展開が実行され、液晶表示素子７ｒ，７ｇ，７ｂで映像が表示される。

液晶表示素子７ｒ，７ｇ，７ｂは自発光しないため、高圧水銀ランプ等の光源の光をダイクロックミラー等でＲＧＢに分光し、液晶表示素子７ｒ，７ｇ，７ｂを透過させた後、ダイクロックプリズムにより合成を行い、投射レンズを介してスクリーン等に投射する。

表示装置の補正データを用意するために、予め表示装置の生産工程において、映像信号に１００％レベルの信号を入力し、このときの投射画像の色度の面内ムラをＣＣＤカメラ等で測定する。そして、例えば、図２で示すような８×６個のマトリクスで色度ムラの補正テーブルを形成する。このときにマトリクスを構成する各領域の縦方向の位置ｖを上から順に１，２，・・・６とし、横方向の位置ｈを左から順に１，２・・８として、領域の位置をｖ／ｈ（縦方向の位置／横方向の位置）で表すものとする。

ここで例えば、ＣＣＤの測光により、領域１／１でＧｒｅｅｎの原色において色度のシフトが見つかったとする。ここでは領域１／１における色度がｘ：０.３４／ｙ：０.６０、その他の領域の色度がｘ：０.３４／ｙ：０.６５であったものとする。

加法混色においては、図４で示すＲＧＢのｘ，ｙ３点を頂点とする３角形の中の色はＲＧＢの混色によって作り出すことができる。
上記の例では、領域１／１においてｙ値がほかの場所より小さいが、このポイントの色度を他の場所と同じ０.６５にすることは加色法による補正ではできない。本発明では３角形の頂点が低い（ｘ，ｙ値が小さい、という意味ではない。例えば左下に位置するＢにおいてはｘ，ｙ値が大きいほうが色純度は低い）ポイントを測光で見つけ出し、そのポイントの色度に、他の場所における色度を加色法で合わせ込む。

レーザー光のような単一波長のみ出力する光源を用いた表示装置の場合は、光の合成において単純にその輝度比で合成色の色度が算出できるが、一般的な投射型表示装置の光源として使用される高圧水銀ランプは、ＲＧＢの３波長だけでなく、広域に渡るスペクトラムで光を出力している。

このため、補正の前処理として、ＲＧＢの合成による色度の変化の仕方をあらかじめ測定し、それを補正パラメータとして補正測定器で持っておくことで、より補正の精度を上げることができる。上記の例では、Ｇ１００％の信号を入力したときに、その補正パラメータにより領域１／１以外ではＲ５％＋Ｂ２％の信号を加算することで色度がｘ：０.３４／ｙ：０.６０に補正されるものとする。

すなわち、表示装置の生産工程において、補正測定器を用いて色度の補正を行う場所のアドレス、及び補正値を外部通信信号によりマイコン４に送信する。マイコン４はそのデータをフラッシュメモリ５に書き込んでおく。
そして投射型表示装置単体で動作する時、マイコン４はフラッシュメモリ５からデータを読み出し、そのデータを元に色度ムラ補正回路３ｒ，３ｇ，３ｂに補正値を書き込む。色度ムラ補正回路３ｒ，３ｇ，３ｂは、補正値を入力信号レベルに応じて変化させる。

１０ｂｉｔのデジタル回路でシステムを組んでいる場合、例えばＧ１００％、Ｒ０％、Ｂ０％の信号が入力された時は１／１以外の領域ではＲ色度ムラ補正回路３ｒにおいてＲ：入力信号＋１０２４×（５／１００）、Ｂ色度ムラ補正回路３ｂにおいてＢ：入力信号＋１０２４×（２／１００）の補正処理を行い、図４のように画面内の色度のムラを補正することができる。
また、Ｇ５０％、Ｒ０％、Ｂ０％の信号が入力された時は、Ｒ：入力信号＋１０２４×（５／１００）×０.５、Ｂ：入力信号＋１０２４×（２／１００）×０.５の補正を行う等、入力信号と補正値を比例させることであらゆる階調における色度ムラの補正を実現する。

ただし、液晶素子を用いた表示装置においては、表示素子のＶ−Ｔ特性を補正するためのガンマ補正が一般的に行われており、この場合は色度ムラの補正値を入力信号と単純に比例で処理すると補正のかかりがずれたものになる。従ってこのような場合は、色度ムラ補正値も入力信号レベルに応じて補正係数をかける等の処理が必要になる。

例えば、ガンマ補正を考慮すると、Ｒ：入力信号＋１０２４×（５／１００）×０.７、Ｂ：入力信号＋１０２４×（２／１００）×０.７等に補正値が変化する。
これはガンマ処理回路を色度ムラ補正回路の前と後のどちらに置くかで変わり、また補正の仕方も表示素子に依存し、さらには画像処理システムによってどちらが好ましいかは変わるものであり、本発明では特にその位置を制限するものではなく、補正値の処理の仕方が変わることを述べるにとどめる。

次に、補正値を上記のごとくのマトリクスではなく、基準補正値＋傾き等の数式パラメータで持つようにした実施例について説明する。
映像を表示する装置では、表示素子は一般的にＸＧＡ（１０２４×７６８ドット）程度の解像度のものが使用されている。ここでは図１の液晶表示素子７ｒ，７ｇ，７ｂが、ＸＧＡパネルであるものとする。
スケーリング変換／リフレッシュレート変換／ガンマ補正回路２を通ったデジタル映像信号は、液晶表示素子７ｒ，７ｇ，７ｂの画素数のデータ構成になっており、１０２４×７６８／フレームのデジタル映像データが色度ムラ補正回路３ｒ，３ｇ，３ｂに流れてくる。

色度ムラ補正回路３ｒ，３ｇ，３ｂにおける補正値のテーブルを、液晶表示素子７ｒ，７ｇ，７ｂの素子数分、フラッシュメモリ５に記録しようとすると、仮に補正値を８ｂｉｔで扱うと８００ｋＢものデータ量になる。ＲＧＢ３板式の表示装置では、色度ムラの補正をＲＧＢ各色で行なうとすると、８００ｋＢ×３で２.４ＭＢのデータ量になる。

一方、高圧水銀ランプを光源に用いた投射型表示装置では、原色色度の面内ムラは、光学部品のダイクロックミラーの蒸着膜の面内のムラ、光源の光の光学部品への入射角度の面内ムラ等に起因しており、図５のようになだらかなグラデーション状のムラになることが多い。

上記のような色度ムラを補正するのであれば、画面の四隅の補正量をフラッシュメモリ５に記録するにとどめ、その間の領域は直線補完で補正値を作り出せば、フラッシュメモリ５における補正値のデータ量を大幅に削減することが可能になる。
この場合データ量としては４×８ｂｉｔ×３で１２Ｂｙｔｅ程度で済む。

この他データの圧縮方法としては、上記のように四隅の補正値ではなく、補正の面内傾き、及び基準補正値をフラッシュメモリ５に記録し、それを展開して色度ムラ補正回路において補正する等の手法が考えられるが、それは色度ムラ補正回路の構成により最適な手法が異なるため、ここでは例を挙げるにとどめる。

また、本発明は図１に示す回路に限定するものではなく、例えば図１の相展開回路６ｒ，６ｇ，６ｂをＤＡＣとサンプルホールド回路の２チップのＩＣで処理する場合も同様の効果を達成することができる。
また、図１の構成では、デジタルＲＧＢ形式で信号処理することを想定しているが、本発明はデジタル信号処理をＲＧＢ形式に制限するものではなく、途中ＹＣｂＣｒ等のデジタルコンポーネント形式で処理する場合でも同様の効果を達成することができる。

また、図１の構成では、ＲＧＢを３枚の液晶表示素子７ｒ，７ｇ，７ｂで独立して表示する液晶投射型装置として説明しているが、カラーホイールを用いた単板ＤＬＰ表示装置、または単板液晶表示などでも本発明による効果を達成することができる。
また、入力映像信号がビデオ信号であれば、ビデオ信号をＲＧＢ信号に変換する回路をＡＤＣ１ｒ，１ｇ，１ｂの前に持つことで、本発明による効果を達成することが可能であり、本発明は入力映像信号をＲＧＢ信号に限定するものではない。
さらに、液晶を表示素子として実施例を説明したが、ＤＭＤ素子を表示素子に使用した表示装置においても同様の効果を達成することができる。

本発明の一実施形態の表示装置の回路ブロックを示す図である。 色度ムラの一例を説明するための図である。 色度ムラの補正後の一例を説明するための図である。 実施例における色度ムラのｘｙ色度図の一例を示す図である。 色度ムラの他の例を説明するための図である。 従来の色ムラ改善を行うための回路構成例を示す回路ブロック図である。

符号の説明

１ｒ，１ｇ，１ｂ、１１ｒ，１１ｇ，１１ｂ…Ｒ／Ｇ／Ｂ用のＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ−Ｄｉｇｉｔａｌ−Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）、２，１２…スケーリング変換／リフレッシュレート変換／ガンマ補正回路、３ｒ，３ｇ，３ｂ…Ｒ／Ｇ／Ｂ用の色度ムラ補正回路、４，１４…マイコン、５，１５…フラッシュメモリ、６ｒ，６ｇ，６ｂ，１６ｒ，１６ｇ，１６ｂ…Ｒ／Ｇ／Ｂ用の相展開回路、７ｒ，７ｇ，７ｂ，１７ｒ，１７ｇ，１７ｂ…Ｒ／Ｇ／Ｂ用の液晶表示素子、１３ｒ，１３ｇ，１３ｂ…Ｒ／Ｇ／Ｂ用の輝度ムラ補正回路。

Claims (7)

1. 多色混合方式の表示装置において、入力映像信号レベルに応じて定められた補正値を用い、前記映像信号に前記補正値を加減算及び／または乗算し、光学系に起因する色度ムラを補正することを特徴とする表示装置。
2. 請求項１に記載の表示装置において、前記補正値として、（基準補正値＋傾き）による数式のパラメータを用いることを特徴とする表示装置。
3. 多色混合方式の表示装置において、該表示装置は、映像信号の色度ムラ補正を行う色度ムラ補正回路と、色度ムラの補正データを記憶する記憶手段と、該記憶手段に対するデータの記憶及び読み出しを行う制御手段とを有し、該制御手段は、前記表示装置の動作時に、前記記憶手段から前記補正データを読み出して前記色度ムラ補正回路に該補正データを入力し、前記色度ムラ補正回路は、該補正データの係数を入力映像信号のレベルに応じて変化させ、得られた補正データによって光学系に起因する色度ムラを補正することを特徴とする表示装置。
4. 請求項３に記載の表示装置において、前記記憶手段は、前記補正データとともに色度の補正を行う場所のアドレスデータを記憶し、前記制御手段は、前記補正データとともに前記アドレスデータとを前記記憶手段から読み出して、該読み出しデータに基づいて前記色度ムラ補正回路に補正データを入力することを特徴とする表示装置。
5. 請求項４に記載の表示装置において、前記アドレスデータ及び補正データは、予め多色混合した際の色度の変化の仕方をパラメータとして測定することにより得られたデータであって、前記制御手段は、前記アドレスデータ及び補正データを外部機器から入力して前記記憶手段に記憶させることを特徴とする表示装置。
6. 請求項３または４に記載の表示装置において、前記色度ムラ補正回路は、前記映像信号に対して、前記補正データを加算及び／または乗算することにより、前記映像信号の色度ムラの補正を行うことを特徴とする表示装置。
7. 請求項３ないし６のいずれか１に記載の表示装置において、前記補正データは、（基準補正値＋傾き）による数式のパラメータを用いることを特徴とする表示装置。

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