JP2006005828A - 直視型液晶表示装置および映像信号処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶表示パネルの視野角特性に起因して生じ、その大型化にともない顕著となってきた一人の鑑賞者から見たときの画質の面内不均一性を補正する。
【解決手段】輝度補正部は、入力したＲＧＢ信号の映像の明暗に寄与する各画素データにおいて、同じ入力輝度レベルに対する出力輝度レベルを、液晶表示パネル１内で中心画素等を基準として、そこからの距離が遠い画素ほど基準画素の出力輝度レベルに対して相対的に大きくなるように調整する。これによって、視野角特性に起因して生じる面内輝度差を補正することが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示パネルを見る角度によって輝度が異なる視野角特性を有する直視型液晶表示装置に関し、とくに視野角特性に起因する面内輝度差を補正した直視型液晶表示装置、および、映像信号処理装置に関する。

コンピュータディスプレイやテレビ受信機の表示素子として、液晶表示パネルが広く用いられている。
液晶表示パネルは背面にバックライトを配置し、画素としての液晶セルに入力映像信号に応じた電圧を印加する。このとき液晶自身のもつ複屈折性や旋光性により、各液晶セルの光の透過が入力映像信号に応じて制御され、それによって所望の画像が表示できる。

このため液晶表示パネルを正面から見た場合と、パネル表示面に対して角度をつけて覗き込んだ場合とで輝度や色度に変化が生じる。この現象を一般に液晶表示パネルの視野角特性と呼んでいる。

図１２（Ｅ）に示すように、液晶表示パネル１００の視野角は極角φと方位角θで表すことができる。
ここで極角φは、液晶表示パネル１００の中心を覗き込むときの視線１０１とパネル表示面の中心１０２とを含み、パネル表示面に垂直な面において、当該視線１０１が、パネル表示面中心１０２の法線とのなす角度である。また、方位角θは、パネル表示面中心１０２を通る線（ここでは水平方向の線）を基準に、パネル表示面内で視線１０１を含む垂直面がなす、たとえば反時計周りの回転角である。

図１０（Ａ）と図１０（Ｂ）は、方位角θを０度に固定し、極角φを変えながら液晶表示パネルに与える映像信号の輝度レベルを１０〜１００ＩＲＥの範囲で変化させたときに、パネル表示面での輝度とコントラストをそれぞれ示すグラフである。このときの極角φの極性と視線との関係を図１０（Ｃ）に示す。
また、図１１（Ａ）と図１１（Ｂ）は、方位角θを９０度に固定して同様に極角φを変えながら液晶表示パネルに与える映像信号の輝度レベル１０〜１００ＩＲＥの範囲で変化させたときに、パネル表示面での輝度とコントラストをそれぞれ示すグラフである。このときの極角φの極性と視線との関係を図１１（Ｃ）に示す。

図１０（Ａ）と図１１（Ａ）から、一般に、映像信号の輝度レベルが高いほど、極角φがゼロからずれるとパネル表面の輝度レベルも大きく低下することが分かる。また、水平方向の視野角特性は垂直方向より良好になるように設計されている。
液晶は完全な遮光が難しく、映像信号の輝度レベルがゼロ（０ＩＲＥ）のときも、たとえば１ｃｄ／ｍ^２ほどの光が洩れる。図１０（Ｂ）と図１１（Ｂ）に示すコントラストは、この０ＩＲＥ時のパネル表面の輝度レベルを基準に、その何倍の輝度レベルであるかを示す指標である。これらの図から、コントラストについても輝度と同じ傾向があり、極角φがゼロからずれるとパネル表面のコントラストも大きく低下することが分かる。

図１２（Ａ）〜図１２（Ｄ）は、極角φを１０〜７０度の範囲で変えてパラメータとし、方位角を０〜１８０度までの範囲で変化させたときの色度ΔＥの振る舞いを示すグラフである。各グラフは、ＲＧＢの混合比（各色最大値：２５６）を変えてある。なお、図１２（Ｅ）は極角φと方位角θの定義を示す。

これらの図から、色度ΔＥの変化は液晶表示パネルを正面から見たときを中心としてほぼ同心円状の特性になることが分かる。また、ＲＧＢの３色のうち、とくに赤（Ｒ）が強いほど、極角φに対して敏感に色度ΔＥが変化する。これより、視野角特性はＲＧＢの各色で異なる振る舞いをすることが分かる。

このように通常、視野角特性は、パネル表示面中心を異なる角度から見たときの見え方の均一性を表す、個々の液晶表示パネルに特有な表示性能の一つである。この視野角特性は、多くの人が異なる位置から見るテレビ受像機などで重要視され、たとえば「視野角が１６０度である」という具合にコントラスト１０以上が保てる極角φ等で言い表されることが多い。

ところで、昨今のインフォメーションディスプレイやフラットテレビジョンの大型化にともない、一人の鑑賞者の目に映る液晶表示パネルの画質が、視野角特性に起因したパネル面内の局所的な視認性の低下に影響を受けやすくなっている。

図１３は、大画面のインフォメーションディスプレイやフラットテレビジョン（以下、大型ディスプレイという）１００を、鑑賞者（ユーザ）１０１が真正面の比較的近い距離から見ている様子を上面から見た模式図である。
図１３に示すユーザ１０１にとっては、大型ディスプレイ１００の画面中央付近は角度（極角）φがゼロまたは小さいので、視野角特性による局所的な画質特性（輝度、コントラストおよび色度）の低下は殆どない。しかし、画面の端を見たときにはユーザはある角度φをもってその位置を見ることになる。したがって、画面の左右の両端（および、場合によっては上下の両端）の付近でとくに局所的に画質が低下して、これが画面を見づらくすることがある。

また、図１４に示すように、ユーザ１０１が画面に対して斜めから見る場合に、ユーザ１０１からの遠い側（ここでは右側）の端部で極角φが極端に大きくなり、逆に近い側（左側）では画質が中央部より向上することから、左右アンバランスの画質となり、極めて見にくい画面となる。

これまで視野角特性の改善策としては、パネル面に位相差フィルムを配置し、あるいは液晶の内部配向を画素内で分割するなどの視野角拡大手法が提案されている。

ただし前述したように、これまで視野角特性というと液晶表示パネルの画面全体での特性を指し、その良し悪しをパネル画面中央で評価することが多かった。また、上述した改善策も、常に液晶表示パネルの全ての画素位置に対して正面から見ることを想定した改善手法であった。

本発明が解決しようとする課題は、液晶表示パネルの視野角特性に起因して生じ、その大型化にともない顕著となってきた一人の鑑賞者から見たときの画質の面内不均一性を補正することである。

本発明に係る直視型液晶表示装置は、液晶表示パネルと、映像信号を入力し、当該映像信号の映像の明暗に寄与する各画素データにおいて、同じ入力輝度レベルに対する出力輝度レベルを、液晶表示パネル内で基準画素からの距離が遠い画素ほど基準画素の出力輝度レベルに対して相対的に大きくなるように調整することによって、当該液晶表示パネルの視野角特性に起因して生じる面内輝度差を補正し、補正後の映像信号を液晶表示パネルに出力する輝度補正部と、を有する。
好適に、前記輝度補正部は、前記基準画素の入出力輝度特性で入力信号ゼロの出力基準レベルに所定レベルのオフセットを持たせ、基準画素からの距離が遠い画素ほど前記オフセットのレベルを当該距離に応じて低下させる。
あるいは好適に、前記輝度補正部は、各映像信号の出力輝度レベルを基準映像信号の出力輝度レベルに対して相対的に上げる輝度変換をＲＧＢの色ごとに行う変換回路と、各画素の映像信号の出力輝度レベルを変化させるパラメータを、前記基準画素からの距離の違いとＲＧＢの色の違いとの双方に応じて調整し、当該調整後のパラメータを前記色ごとの輝度変換に提供することによって、前記面内輝度差が色ごとに、かつ、色間で補正されるように前記輝度変換を制御する制御部と、を含む。

本発明に係る他の直視型液晶表示装置は、液晶表示パネルを備える表示装置本体と、ユーザが操作するリモートコントローラに設けられ、測距信号を発信する測距発信部と、液晶表示パネルの少なくとも水平方向両側の表示装置本体の位置に設けられ、それぞれ測距信号の入射角度を検出することが可能な１対以上の測距受信部と、対をなす前記測距受信部が検出した前記入射角度から、ユーザと液晶表示パネルとの相対位置を算出し、映像信号を入力したときに、当該映像信号の映像の明暗に寄与する各画素データにおいて、同じ入力輝度レベルに対する出力輝度レベルを、前記液晶表示パネル内の基準画素からの距離が遠い画素ほど基準画素の出力輝度レベルに対して相対的に大きくなるように、かつ、算出した前記相対位置から得られる視野角の範囲に適した量だけ調整することによって、当該液晶表示パネルの視野角特性に起因して生じる面内輝度差を前記相対位置に応じて必要なだけ補正し、補正後の映像信号を液晶表示パネルに出力する輝度補正部と、を有する。

本発明に係る映像信号処理装置は、映像信号を入力し輝度変換して出力する映像信号処理装置であって、前記映像信号を入力し、当該映像信号を構成する各画素データの同じ入力輝度レベルに対する出力輝度レベルを、映像信号内の同期信号を目安に、画像表示時に所定の基準画素から距離が遠い画素に対応した画素データほど基準画素データの出力輝度レベルに対して相対的に大きくなるように調整することによって、当該映像信号を出力すべき液晶表示パネルの視野角特性に起因して生じる面内輝度差を補正し、補正後の映像信号を出力する輝度補正部を有する。

本発明によれば、液晶表示パネルの視野角特性に起因して生じ、その大型化にともない顕著となってきた一人の鑑賞者から見たときの画質の面内不均一性を補正できるという利点がある。

本発明が適用可能な液晶表示装置は、液晶表示パネルを直接、あるいは液晶モジュールとして表示装置本体に組み込んだ映像機器全般である。ただし、表示画面の大型化にともない顕著となる現象を防止する意味で、大型の液晶表示パネルを有する、たとえば、インフォメーションディスプレイあるいは液晶テレビジョンに対し本発明を適用することが、とくに望ましい。

［第１の実施の形態］
図１は、本実施の形態に係る直視型液晶表示装置内で、液晶表示パネル１とともに液晶モジュールに組み込まれる映像信号処理回路の詳細を示すブロック図である。これらのブロックは、単独であるいは複数組み合わせてＩＣ化されている。
図解した映像信号処理回路は、コムフィルタ（Comb Filter）１１、クロマデコーダ（Chroma Decoder）１２、セレクトスイッチ（ＳＷ）１３、アナログ−ディジタル・コンバータ（Ａ／Ｄ）１４、スケーラと称される画素数（解像度）変換回路１５、スケーリング後の画像（映像信号）をさらに処理する変換回路１６、マイクロコンピュータ（μ−ｃｏｍ．）１７、および、記憶部（ＲＡＭ／ＲＯＭ）１８を有する。なお、映像信号処理回路はこの他にスケーラ１５や変換回路１６による処理時に映像信号を一時的に蓄積するＳＤＲＡＭなどからなる画像メモリを有するが、ここでは図示を省略している。

このうちマイクロコンピュータ１７が本発明における「制御部」の一実施例を構成する。マイクロコンピュータ１７は、この図示例ではスケーラ１５と変換回路１６を制御するが、液晶表示装置全体を制御するものであってもよい。
また、本発明における「輝度補正部」あるいは「映像信号処理装置」は、このマイクロコンピュータ１７、変換回路１６および記憶部１８を含む。とくに本発明における「映像信号処理装置」の実施態様は、この輝度補正部、さらには、必要ならばスケーラ１５等の機能ブロックを取り入れたディジタル信号処理ＩＣでもよい。

図解した映像信号処理回路は、コンポジットビデオ信号（以下、Ｖｉｄｅｏ信号）、Ｙ／Ｃ信号、ＲＧＢ信号のいずれの映像信号にも対応している。Ｖｉｄｅｏ信号はコムフィルタ１１に、Ｙ／Ｃ信号はクロマデコーダ１２に、ＲＧＢ信号はセレクトスイッチ１３に、それぞれ入力される。いま、Ｖｉｄｅｏ信号が入力されている場合を考えると、コムフィルタ１１でＹ／Ｃ信号に変換され、続くクロマデコーダ１２で、たとえばＹＵＶ信号に変換される。これらの信号のいずれかがセレクトスイッチ１３によって選択され、その選択された信号がＡ／Ｄ１４により変換されてディジタル信号になる。この信号がスケーラ１５に入力され、続いて変換回路１６に送られ、それぞれで所望の信号処理が行われる。このときの処理がマイクロコンピュータ１７により制御され、処理中に、適宜画像メモリが使用される。所望の信号処理が行われた後は、処理後の映像信号が液晶表示パネル（ＬＣＤパネル）１に送られ、この映像信号にもとづいてＬＣＤパネル１に画像が表示される。

変換回路１６、マイクロコンピュータ１７および記憶部１８によって構成される輝度補正部は、液晶表示パネル１の視野角特性に起因して生じる視認性低下を改善するものである。ここで視認性低下とは、固定した視点から液晶表示パネルの面を見たときのパネル内各画素の視野角に依存した画質特性（輝度、コントラストあるいは色度）の均一性低下である。以下、この均一性のことを「（固定視点から見た）視野角依存の面内均一性」という。

近年の液晶表示パネルが大型化とともに横長なワイド化していることを鑑みると、水平方向の視野角依存の面内均一性の改善が重要である。そこで、本実施の形態では、水平方向の面内輝度差および面内コントラスト差を補正する。

図２に、液晶表示パネル１の有効表示エリア１Ａを示す。この有効表示エリア１Ａは、横：縦＝１６：９の寸法比を有する。
図２では、説明に用いるパネル表示面内の画素の位置を定義している。向かって左上端の丸で囲った数字「１」が第１画素Ｐ１の画素番号を示している。以下、図面において同様に丸で囲った数字は、説明の便宜上定義した画素番号に対応する。
第１画素Ｐ１と同じ水平画素ライン上の中央の画素を第２画素Ｐ２、他端の画素を第３画素Ｐ３と定義する。また、垂直方向で中央に位置する水平画素ライン上で、左から順に第４、第５、第６の画素Ｐ４〜Ｐ６を定義し、最終のライン上で、左から順に第７、第８、第９の画素Ｐ７〜Ｐ９を定義する。

以下、横長のワイド画面で重要である水平方向の補正を、図２において定義する第４、第５、第６の画素Ｐ４〜Ｐ６に注目して述べる。この補正は、図１に示す変換回路１６がマイクロコンピュータ１７に制御されながら実行する。

図３は、変換回路１６が行う輝度変換時の入出力特性を示す図である。図４（Ａ）は、変換に用いるパラメータｂの変化を説明するための図であり、図４（Ｂ）は、変換後の映像信号の輝度レベルが極角φに応じてどのように変化するかを模式的に示す図である。

変換回路１６は、入力した映像信号の輝度（入力輝度レベルｘ）を、所定の輝度（出力輝度レベルｙ）に変換して出力する。
図３においては、第４画素Ｐ４と第６画素Ｐ６での変換式がｙ＝ｘであり、これらの画素では何ら輝度補正がされない。

これに対し、画面中央の第５画素Ｐ５での変換式としてｙ＝ｘ＋ｂを用いる。ここでパラメータｂは、画素の輝度変化（映像表現）に寄与しない基準ＤＣレベルのオフセット量である。したがって、オフセット（パラメータｂ）を加算すると信号レベルの絶対値としては増えるが、パラメータｂが十分大きい場合に第５画素Ｐ５に高輝度の画素データが入力されると、そのときの映像信号の出力輝度レベルが飽和することから、実際の映像の明暗に寄与する画素データの絶対値は低下する。

図４（Ｂ）は、この輝度飽和が生じた第５画素Ｐ５での視野角特性を示すものであり、このように意図的に飽和させることで、視野角（ここでは極角φ）に輝度データが依存しないフラット特性領域が形成される。このフラット特性領域が生じた視野角（極角φ）の範囲を「−φ１〜φ１」とすると、第４画素Ｐ４と第６画素Ｐ６の視野角がこの範囲に入るのであれば３つの画素、すなわち第４〜第６画素Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６の輝度レベルが揃うことになる。

また、これに付随して、この輝度飽和が生じた第５画素Ｐでは、最大コントラストが低下することになる。最大コントラストが低下する度合いは輝度とは多少異なるが、パラメータｂを適当な値にすることで、輝度とコントラストとをともに第４〜第６画素Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６でほぼ揃えることができる。

パラメータｂは中央の第５画像Ｐ５で最大、両端の第４および第６画素Ｐ４とＰ６で最小（ここではゼロ）とするのであるが、その間の画素の並びにおいては、パラメータｂを順次変化させる。
このパラメータｂの変化のさせ方としては、連続的で線形に変化させる場合と、連続的ではあるが非線形に変化させる場合があり、そのどちらを採用してもよい。線形変化では回路構成（あるいは演算手順）がより簡単であるという利点があり、その一方で非線形変化では変換精度を高くしやすいという利点があり、一方の長所が他方の短所となる関係にある。

非線型変化では、ノンリニアスケーリングのスケーリング手法、すなわち非線型補間処理の手法を用いるとよい。近似式による逐次計算、あるいは、記憶部１８（図１参照）に予め格納しているテーブルを参照してパラメータｂを読み出すやり方でも構わない。

これに対し、線形変化では逐次計算を行っても十分応答性を高くできる。
図４（Ａ）は、パラメータｂの線形変化のさせ方の一つを示すものである。この方法では、水平方向で中央の第５画素Ｐ５を頂点とする三角波状に大きさが変化するパラメータｂを生成し与える。
つまり、第５画素Ｐ５と第６画素Ｐ６との間の領域（約Ｎ画素）を例に説明すると、第５画素Ｐ５から数えてｉ番目の画素Ｐｉにおける変換式は、ｙ＝ｘ＋ｂ（Ｎ−ｉ）／Ｎとなる。なお、この式では画素ごとにパラメータｂの微小変化分を順次減らしてゆくが、数画素ごとにパラメータｂを減らしてゆく方法でもよい。
一方、第４画素Ｐ４と第５画素Ｐ５との間の領域では、第４画素Ｐ４から数えてｉ番目の画素Ｐｉにおける変換式は、ｙ＝ｘ＋ｂ（ｉ／Ｎ）であり、パラメータｂの微小変化分を順次増やしてゆく動作となる。なお、数画素ごとにパラメータｂを増やしてゆく方法でもよい。

第４〜第６画素Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６を含む中央の水平画素ライン（画素の並び）について説明したが、水平方向の輝度補正のみの場合、他の水平方向のラインに対し同じようにして輝度補正がかけられる。つまり、パラメータｂの値は、第２画素Ｐ２と第５画素Ｐ５と第８画素Ｐ８で同じ最大値をとり、第１画素Ｐ１と第４画素Ｐ４と第７画素Ｐ７と第３画素Ｐ３と第６画素Ｐ６と第９画素Ｐ９で同じ（ｂ＝０）である。また、図４（Ａ）に示す９画素以外の画素は、水平方向の座標が同じであればパラメータｂも同じ値をとる。

輝度変換動作の概略は以上の如くであるが、つぎに実際の回路動作例を簡単に説明する。
変換回路１６にスケーラ１５から映像信号と水平および垂直の同期信号とが入力され、スケーラ１５と変換回路１６は、マイクロコンピュータ１７から、あるいは、これに制御されて動作する不図示のタイミング制御回路から出力される動作クロックにより同期して動作する。
変換回路１６は、映像信号（ＲＧＢ信号）とともにスケーラ１５から送られてくる水平同期パルスを基点として、映像信号の画素データごと（または画素データ数個分ごと）にパラメータｂを微小変化させて映像信号に加算する。これにより、映像信号の各画素データ（たとえば２５６ビット幅が最大可変長の輝度データ）に、画素データごと（または画素データ数個分ごと）に水平画素ラインの前半では漸増し後半では漸減する値のオフセットが順次加算される。
この動作は水平画素ラインごとに、水平同期パルスの入力を基点として繰り返される。このようにして映像信号の１画面分の輝度変換が完了する。
この動作は、映像信号が有する全画面に対して順次繰り返される。

以上より、固定視点からパネル表示面を見た時に、画素データの入力輝度レベルが同じならば、水平方向のパネル両端側の出力輝度レベルに他のパネル領域の出力輝度レベルを近似させることが可能となる。これにより面内での視認性、すなわち輝度とコントラストの「視野角依存の面内均一性」が改善される。

つぎに、第１の実施の形態の変更例として第２〜第４の実施の形態を説明する。これらの実施の形態において、図１に示すブロック図、図２に示す座標の定義はそのまま適用し、第１の実施の形態と異なる点のみ説明する。

［第２の実施の形態］
第１の実施の形態では、各水平画素ラインで中央の画素に正のオフセットを持たせる場合であったが、本実施の形態では、パネルの両端部の画素に負のオフセット（−ｂ）を持たせる場合である。

図５は、第２の実施の形態において変換回路１６が行う輝度変換時の入出力特性を示す図である。
第２実施の形態では、中央の水平画素ラインにおいて、その中央の第５画素Ｐ５は輝度変換しないｙ＝ｘの変換式とし、両端の第４および第６画素Ｐ４とＰ６の輝度変換式をｙ＝ｘ−ｂとする。このため、同じ入力輝度レベルであれば、ユーザから最も遠い両端の第４および第６画素Ｐ４とＰ６の実効的な出力輝度レベルが上がる。ただし、図から明らかなように、この第４および第６画素Ｐ４とＰ６の側で入力信号レベルが低いときに出力がでない領域があり、暗部の階調表現が犠牲となる。ただし、第１の実施の形態のように過飽和の画素が多く発生し、明部の階調表現が犠牲となることはない。

このどちらの方法を用いるかを、たとえばスケーラ１５の処理時に画面全体の明るさの情報を抽出しておき、その情報に基づいて切り替えることも可能である。つまり画面全体が相対的に明るいと判断されるときは、この第２の実施の形態の方法をとり、画面全体が暗いと判断されるときは第２の実施の形態の方法に切り換える。
これによって、いわゆる白とびや黒つぶれが防止できる。

なお、パラメータｂの漸増、漸減の仕方の基本は第１の実施の形態と同じであり、また、輝度とコントラストの「視野角依存の面内均一性」が改善されるという効果も同じである。

［第３の実施の形態］
第１および第２の実施の形態では、出力輝度レベルに正または負のオフセットを持たせ、これによって基準画素（各水平画素ライン中心の画素画）より距離が遠い画素ほど、相対的に映像の明るさに寄与する画素データの出力輝度レベルが基準画素のそれより相対的に高くなるように補正を行った。

これと同じ効果は、輝度変換特性の係数（パラメータの一種）ａを変化させることでも得ることができる。
つまり、変換式としてｙ＝ａｘ（あるいはｙ＝ａｘ＋ｂ）を用いると、出力する画素データの最大レベルを変化させることができる。

ここで第１の実施の形態と同様に、水平画素ラインの中心画素を補正なし、すなわちｙ＝ｘ（係数ａ＝１のとき）とすれば、それより距離が遠くなる画素ほど係数ａが大きくなるように、係数ａの値を１より順次大きくする。
あるいは第２の実施の形態と同様に、水平画素ラインの両端の画素を補正なし、すなわち、ｙ＝ｘ（係数ａ＝１のとき）とすれば、その両端の画素から距離が遠くなる画素ほど係数ａを順次小さくする。逆に言うと、中心画素（基準画素）から距離が遠い画素ほど係数ａを１より小さい範囲内で、順次大きくする。
これによって、輝度の面内均一性を補正することができる。この場合も画面の隅をｙ＝ｘの特性に設定して、係数ａは１以下に設定する。

なお、係数ａ（およびパラメータｂ）の漸増、漸減の仕方の基本は第１の実施の形態と同じであり、また、輝度とコントラストの「視野角依存の面内均一性」が改善されるという効果も同じである。

ただし、２つの係数ａとパラメータｂを最適化すると、いわゆる白とびや黒つぶれを防止しながら上記効果が得られるという利点がある。
また、係数ａとパラメータｂの何れか一方または双方の最大値（および、その変化の仕方）をＲＧＢの色で変えれば、色度を補正することができる。

［第４の実施の形態］
以上は水平方向の補正を述べたが、上述した第１から第３の実施の形態において、パネル表示面の有効表示エリア全体を補正する場合には、同じことを垂直方向においても行うとよい。

図６（Ａ）に代表してパラメータｂの変化のさせ方を有効表示エリア内で示す。この例は、第１の実施の形態の輝度補正を水平と垂直で同時に行う場合に相当する。
このような補正よって、図６（Ｂ）に模式的に示すように、パネル表示面の中心から同心円状に輝度の補正量が変わることになる。このとき、水平方向の座標位置が同じでも、水平画素ライン（垂直方向の座標位置）が異なると用いるパラメータｂの値は異なる。

このような２次元（水平および垂直）で変化するパラメータｂの与え方としては、１画面内で水平同期パルスが何番目であるかを検出することで、表示画面内のどの水平画素ラインにおける処理であるかを認識し、水平画素ラインごとに用いるパラメータｂの最大値を変えるとよい。つまり、正のオフセットを持たせる第１の実施の形態では、パネル表示面の中心に近い水平画素ラインほどパラメータｂの最大値を大きくし、それから離れる水平画素ラインほどパラメータｂの最大値を順次小さくする。

第２の実施の形態のように負のオフセットを持たせる処理を水平と垂直の２方向で同時に行うこともでき、また、第３の実施の形態のように係数ａを用いた処理を水平と垂直の２方向で同時に行うこともできる。

いずれにしても、係数ａ（およびパラメータｂ）の漸増、漸減の仕方の基本は第１の実施の形態と同じである。
本例では、輝度とコントラスト（さらには色度）の「視野角依存の面内均一性」が水平と垂直の２方向で改善されるという効果を奏する。
なお、パラメータｂ（および係数）の算出が煩雑であれば、予めこれらを計算しておいて記憶部１８に記憶しておき、必要に応じて読み出す方法も本例では有効である。

［第５の実施の形態］

このように「視野角依存の面内均一性」の改善は、輝度やコントラストがより高い画面位置での値を、より低い画面位置の値に合わせ込むことにより達成する。このため「視野角依存の面内均一性」の改善を必要以上に行うと、画面全体の平均的な輝度やコントラストが低下し、別の観点から画質を悪くすることがある。

より詳細には、係数ａを変えれば、それだけ輝度の視野角依存性は弱まり、係数ａを十分変化させれば、画面サイズが大きい場合でも輝度等の均一性が高い映像となる。
ところが、係数ａを変えれば、それだけ画面全体の平均的な輝度の絶対値は低下する。したがって、視野角が余り問題とならない位置からの観賞（たとえば、ほぼ正面で遠くからの観賞）であるのに係数ａを小さくする必要はない。

これと同様なことはパラメータｂについても言える。
すなわち、パラメータｂを大きくすればするだけ輝度やコントラストの視野角依存性は弱まり、パラメータｂを十分大きくすれば、どのような視野角でも均一性が高い輝度やコントラストの分布となる。
ところが、パラメータｂを大きくすればするだけ画面全体での平均的な輝度やコントラストが低下する。したがって、視野角が余り問題とならない位置からの観賞（たとえば、ほぼ正面で遠くから観賞）であるのにパラメータｂを大きくする必要はない。

第５の実施の形態では、液晶表示装置と鑑賞者（ユーザ）との相対的位置関係に基づいて係数ａの最大変化幅、パラメータｂの初期値（最大値）等の最適化を行う。

図７に、本実施の形態に係る直視型液晶表示装置のブロック図を示す。この図７に図示を省略したブロックは図１と共通に備えている。
この液晶表示装置は、リモートコントローラ２内に測距信号を発信する測距発信部３と、測距信号を受信する測距受信部４とを有する。測距受信部４の出力（測距結果）は制御部としてのマイクロコンピュータ１７に入力され、それに基づいてユーザと液晶表示パネル１との相対的位置が算出される。

ここで視野角特性に関係する液晶表示装置とユーザとの相対的位置について、真正面での視聴と斜めからの視聴とで必要な情報が異なる。

図８に、真正面での視聴の場合を示す。
この場合、視野角特性に関係する相対位置情報は、液晶表示装置とユーザとの間の距離Ｌである。
ユーザが遠くから見るか近くから見るかでその距離Ｌは異なり、この距離Ｌに応じて、画面の法線を基準（φ＝０°）とするユーザ位置から画面の表示エリアの各端までの角度φが異なる。上記の輝度補正部（変換回路１６およびマイクロコンピュータ１７による制御手順）の設計に際して、有効表示エリア内の各画素とユーザとの間に幾つもの角度φが存在するかが、これらの角度φが係数ａおよびパラメータｂを決定する際の基準となる。

図８には、距離Ｌが固定の場合にユーザから見た第３画素Ｐ３の角度φ３と第６画素Ｐ６の角度φ６とを例として示している。
この２つの角度φ３とφ６は、次式(1-1)と(1-2)により求めることができる。ここで、Ｗ３とＷ６は液晶表示装置の有効表示エリアの中心からエリア端までの距離であり、これらは液晶表示装置の仕様により予め決められる。

［数１］
θ３＝ｔａｎ^−１（Ｗ３／Ｌ） …(1-1)
θ６＝ｔａｎ^−１（Ｗ６／Ｌ） …(1-2)

距離Ｌは実使用を想定した一般値、たとえば推奨視聴距離などに設定することも可能であるが、ここではテレビジョン装置などが通常備えるリモートコントローラを用いてユーザとの距離Ｌを計測する。
リモートコントローラ２の測距発信部３から発せられた測距信号は、液晶表示パネル１の下方中央付近などに設けられている測距受信部４で受信される。

測距信号は、たとえば、通常のユーザ操作に使用される光（赤外光）と速さが異なる赤外光、超音波、高周波などの無線信号が好適である。この場合、通常のユーザ操作に使用している赤外光と同時に測距信号を送り、マイクロコンピュータ１７が、赤外光と測距信号の液晶表示装置側での到達時間差から、液晶表示装置へ測距信号を送るときに到達するまでの時間を計測することで、この距離Ｌを概ね算出することが可能である。

図９（Ａ）に斜め位置からの視聴の場合を示す。また、図９（Ｂ）に、測距信号が光である場合に上方から見た測距受信部の構成を示す。
図９（Ａ）は図示の都合上、図８の正面からの視聴と同じように見えるが、実際は、図９（Ｂ）に示すように、正面位置から向かって左横にずれた位置にユーザが居る。
このような斜めからの視聴では、必要な相対位置情報としては両者の距離と角度の情報である。角度とはユーザがパネル表示面の中心を見るときの視線と、そのパネル表示面とのなす角度である。

この角度情報と距離情報を検出するには、図９（Ｂ）に示すように、たとえば液晶表示パネルの水平方向の両側に、その方向に長く感度を有するＰＳＤ(position sensitive detector)などの位置検出センサ（測距受信部）４Ｒと４Ｌを対で設け、その検出感度ピーク位置の基準位置からのずれ量ΔＤＲとΔＤＬ（および、それらの極性（ずれの向き））を用いることが望ましい。
なお、この方法では、液晶表示装置の筐体には位置検出センサが捕獲する光量を規制するスリットを設ける必要がある。また、同様な構成の位置検出センサ対４Ｒと４Ｌを垂直方向に設けてもよい。

この位置検出センサ対４Ｒと４Ｌからの情報は、マイクロコンピュータ１７に送られ、そこで三角測量法により角度と距離が算出される。

本例の場合、輝度等の補正は前述した第１〜第４の実施の形態のいずれの方法を用いてもよい。
ただし、これまでは係数ａやパラメータｂの変化の基点となる基準画素が各水平画素ラインや各垂直画素ラインの中央の画素であったが、ここでは、たとえばユーザとの距離が最も近い画素を基準画素とすることができる。このような基準画素は、角度と距離を求めることにより検出が可能である。

このように基準画素をユーザとの距離が最も近い画素にすると、輝度、コントラストあるいは色度の補正精度が高まるといる利点がある。また、輝度等を補正する際に、パネル表示面内で基準画素から最も遠い画素までの距離（または極角差）に応じて、パラメータｂの最大値、係数ａの変化幅などを「視野角依存の面内均一性」が十分に改善されるのに必要な値に規定することができる。したがって、必要以上に輝度等の補正がされることがなくなり、ユーザと液晶表示装置との相対位置に適合した適切な補正が実現可能となる。

なお、以上述べてきた輝度等の補正機能やユーザ位置検出機能を、設定メニューを表示するグラフィック・ユーザ・インターフェース（ＧＵＩ）に開放し、これらの機能のオンまたはオフをユーザの判断に委ねるようにしてもよい。

本発明の第１〜第４の実施の形態に係る直視型液晶表示装置内の映像信号処理回路および液晶表示パネルのブロック図である。 本発明の第１〜第５の実施の形態において、液晶表示パネルの有効表示エリア内の画素の位置を定義するための図である。 第１の実施の形態において、変換回路が行う輝度変換時の入出力特性図である。 第１の実施の形態において、パラメータの変化のさせ方と、それによって輝度の視野角特性がとのように変化するかを模式的に示す図である。 第２の実施の形態において、変換回路が行う輝度変換時の入出力特性図である。 第３の実施の形態において、パラメータの変化のさせ方と、パネル表示面の輝度の補正量が変わる様子を模式的に示す図である。 第５の実施の形態に係る直視型液晶表示装置内の映像信号処理回路の一部と液晶表示パネル、ならびに、リモートコントローラのブロック図である。 第５の実施の形態において、真正面での視聴の様子を示す図である。 第５の実施の形態において、斜め位置からの視聴の様子と測距受信部の構成を示す図である。 液晶表示パネルの水平方向の視野角特性を説明するための図である。 液晶表示パネルの垂直方向の視野角特性を説明するための図である。 視野角特性上の色度の振る舞いを説明するためのグラフである。 大型ディスプレイを鑑賞者が真正面の比較的近い距離から見ている様子を上面から見た模式図である。 大型ディスプレイを鑑賞者が斜めから見ている様子を示す斜視図である。

符号の説明

１…液晶表示パネル、２…リモートコントローラ、３…測距発信部、４…測距受信部、４Ｒ，４Ｌ…ＰＳＤ、１６…変換回路、１７…マイクロコンピュータ、１８…記憶部、Ｐ…画素、ａ，ｂ…係数もしくはパラメータ、ｘ…入力輝度レベル、ｙ…出力輝度レベル、φ…極角、θ…方位角、Ｌ…ユーザと液晶表示装置との距離

Claims (10)

1. 液晶表示パネルと、
   映像信号を入力し、当該映像信号の映像の明暗に寄与する各画素データにおいて、同じ入力輝度レベルに対する出力輝度レベルを、液晶表示パネル内で基準画素からの距離が遠い画素ほど基準画素の出力輝度レベルに対して相対的に大きくなるように調整することによって、当該液晶表示パネルの視野角特性に起因して生じる面内輝度差を補正し、補正後の映像信号を液晶表示パネルに出力する輝度補正部と、
   を有する直視型液晶表示装置。
2. 前記輝度補正部は、前記基準画素の入出力輝度特性で入力信号ゼロの出力基準レベルに所定レベルのオフセットを持たせ、基準画素からの距離が遠い画素ほど前記オフセットのレベルを当該距離に応じて低下させる
   請求項１に記載の直視型液晶表示装置。
3. 前記輝度補正部は、
   各映像信号の出力輝度レベルを基準映像信号の出力輝度レベルに対して相対的に上げる輝度変換をＲＧＢの色ごとに行う変換回路と、
   各画素の映像信号の出力輝度レベルを変化させるパラメータを、前記基準画素からの距離の違いとＲＧＢの色の違いとの双方に応じて調整し、当該調整後のパラメータを前記色ごとの輝度変換に提供することによって、前記面内輝度差が色ごとに、かつ、色間で補正されるように前記輝度変換を制御する制御部と、
   を含む請求項１に記載の直視型液晶表示装置。
4. ユーザが操作するリモートコントローラと、前記液晶表示パネルを備える表示装置本体側との間で測距信号を授受し、ユーザと液晶表示パネルとの距離を測定する測距部と、をさらに有し、
   前記輝度補正部は、
   各映像信号の出力輝度レベルを基準映像信号の出力輝度レベルに対して相対的に上げる輝度変換を行う変換回路と、
   前記測距部が測定した距離に基づいて、前記基準画素からのパネル内距離に応じて各画素の映像信号の出力輝度レベルを変化させるパラメータを変更し、当該変更後のパラメータを前記変換回路に供給することにより前記輝度変換を制御する制御部と、
   を含む請求項１に記載の直視型液晶表示装置。
5. 液晶表示パネルを備える表示装置本体と、
   ユーザが操作するリモートコントローラに設けられ、測距信号を発信する測距発信部と、
   液晶表示パネルの少なくとも水平方向両側の表示装置本体の位置に設けられ、それぞれ測距信号の入射角度を検出することが可能な１対以上の測距受信部と、
   対をなす前記測距受信部が検出した前記入射角度から、ユーザと液晶表示パネルとの相対位置を算出し、映像信号を入力したときに、当該映像信号の映像の明暗に寄与する各画素データにおいて、同じ入力輝度レベルに対する出力輝度レベルを、前記液晶表示パネル内の基準画素からの距離が遠い画素ほど基準画素の出力輝度レベルに対して相対的に大きくなるように、かつ、算出した前記相対位置から得られる視野角の範囲に適した量だけ調整することによって、当該液晶表示パネルの視野角特性に起因して生じる面内輝度差を前記相対位置に応じて必要なだけ補正し、補正後の映像信号を液晶表示パネルに出力する輝度補正部と、
   を有する直視型液晶表示装置。
6. 前記輝度補正部は、前記基準画素の入出力輝度特性で入力信号ゼロの出力基準レベルに所定レベルのオフセットを持たせ、基準画素からの距離が遠い画素ほど前記オフセットのレベルを当該距離に応じて低下させる
   請求項５に記載の直視型液晶表示装置。
7. 前記輝度補正部は、
   各映像信号の出力輝度レベルを基準映像信号の出力輝度レベルに対して相対的に上げる輝度変換をＲＧＢの色ごとに行う変換回路と、
   各画素の映像信号の出力輝度レベルを変化させるパラメータを、前記基準画素からの距離の違いとＲＧＢの色の違いとの双方に応じて調整し、当該調整後のパラメータを前記色ごとの輝度変換に提供することによって、前記面内輝度差が色ごとに、かつ、色間で補正されるように前記輝度変換を制御する制御部と、
   を含む請求項５に記載の直視型液晶表示装置。
8. 映像信号を入力し輝度変換して出力する映像信号処理装置であって、
   前記映像信号を入力し、当該映像信号を構成する各画素データの同じ入力輝度レベルに対する出力輝度レベルを、映像信号内の同期信号を目安に、画像表示時に所定の基準画素から距離が遠い画素に対応した画素データほど基準画素データの出力輝度レベルに対して相対的に大きくなるように調整することによって、当該映像信号を出力すべき液晶表示パネルの視野角特性に起因して生じる面内輝度差を補正し、補正後の映像信号を出力する輝度補正部を
   有する映像信号処理装置。
9. 前記輝度補正部は、前記基準画素データの入出力輝度特性で入力信号ゼロの出力基準レベルに所定レベルのオフセットを持たせ、画像表示時に基準画素からの距離が遠い画素に対応した画素データほど前記オフセットのレベルを当該距離に応じて低下させる
   請求項８に記載の映像信号処理装置。
10. 前記輝度補正部は、
    各画素データの出力輝度レベルを基準画素データの出力輝度レベルに対して相対的に上げる輝度変換をＲＧＢの色ごとに行う変換回路と、
    各画素データの出力輝度レベルを変化させるパラメータを、前記基準画素からの距離の違いとＲＧＢの色の違いとの双方に応じて調整し、当該調整後のパラメータを前記色ごとの輝度変換に提供することによって、前記面内輝度差が色ごとに、かつ、色間で補正されるように前記輝度変換を制御する制御部と、
    を含む請求項８に記載の映像信号処理装置。
    

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