JP2006251796A - ちらつき及びボケを低減する画像表示デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】液晶ディスプレイにおける動き画像のボケを少なくする。
【解決手段】光バルブを含む液晶ディスプレイに画像をディスプレイするための方法は、画像信号を受信するステップと、前記画像の第１領域が動きを含みやすいという判断に基づき、前記画像の前記第１領域に対し、前記光バルブに光を提供するステップと、前記画像の第２領域が動きを含みにくいという判断に基づき、前記画像の前記第２領域に対し、前記光バルブへ光を提供するステップとを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、バックライトディスプレイに関し、より詳細には、性能特性が改善されたバックライトディスプレイに関する。

液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネルまたは液晶オンシリコン（ＬＣＯＳ）ディスプレイの局部的な光透過率を変え、バックライト光源からパネルの一部の領域を通過する光強度を変調し、可変強度で表示できるピクセルを発生することができる。光源からの光は、パネルを通過し、ビューワー（画像を見る人）に達するか、または光がブロックされるかは、光バルブ内の液晶分子の配向によって決定される。

液晶自身は光を放出しないので、ディスプレイを見ることができるようにするには外部光源が必要である。小型で安価なＬＣＤパネルは、パネルを通過後、ビューワーに向うように反射される光に依存していることが多い。パネルは完全に透明であるとは言えないので、パネルの通過中に光のかなりの部分が吸収され、最も良好な照明条件を除けば、このタイプのパネルに表示される画像を見ることが困難となることがある。他方、コンピュータディスプレイおよびビデオスクリーンに利用されるＬＣＤパネルは、一般に、パネルの側面または背面に組み込まれた蛍光管または発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイによってバック照明されている。光レベルがより均一な表示を提供するために、これら点光源またはライン光源からの光は、一般に、ビューワーへの光の透過を制御する光バルブに入射する前に、拡散パネルによって分散される。

光バルブの光透過率は、一対の偏光器の間に挟持された液晶の層によって制御される。光源から第１偏光器に入射する光は、複数の平面内で振動する電磁波を含み、偏光器の光軸の平面内で振動するその光部分しか偏光器を通過できない。ＬＣＤでは、第１偏光器の光軸と第２偏光器の光軸は、第１偏光器を通過する光が通常の第２偏光器をシリーズに通過することをブロックするような所定の角度に配置されている。しかしながら、半透明の液晶の層は、２つの偏光器を分けているセルギャップを満たしている。液晶偏光器分子の物理的配向は、第１偏光器を通過する光が通常の第２偏光器をシリーズに通過することをブロックするような所定の角度に配置されている。しかしながら、半透明の液晶の層は、２つの偏光器を分けているセルギャップを満たしている。液晶分子の物理的配向は制御でき、層に広がる分子コラムを通過する光の振動平面は偏光器の光軸に整合したり、または整合しないように回転し得る。通常は、ホワイト色を同じように使用できると理解すべきである。

セルギャップの壁を形成する第１偏光器の表面および第２偏光器の表面には溝がつけられており、よってセルギャップ壁に隣接する液晶の分子はこれら溝に整合し、従って、それぞれの偏光器の光軸と整合するようになっている。隣接する液晶分子は分子力により隣接する液晶分子と整合しようとし、この結果、セルギャップ内に広がるコラム内の分子の配向は、コラムの長手方向に沿ってねじれる。同様に、分子コラムを透過する光の振動平面は、第１偏光器の光軸から第２偏光器の光軸に“ねじられる”。液晶がこのような配向となっている場合、光源からの光は、半透明なパネルアセンブリの一連の偏光器を通過し、パネルの前方から見たときに、ディスプレイ表面の照明された領域を発生できる。一部の構造では、これら溝は省略できると理解すべきである。

ピクセルを暗くし、画像を形成するために、一般に薄膜トランジスタによって制御されている電圧が、セルギャップの１つの壁にデポジットされた電極アレイ内の１つの電極に印加される。この電極に隣接する液晶分子は、電圧によって生じた電界によって引き寄せられ、電界と整合するように回転する。液晶分子が電界によって回転される際には、液晶コラムは“ねじられた状態にはなく”、セル壁に隣接する液晶の光軸が整合状態からずれるように回転し、対応する偏光器の光軸により光バルブの局部的透過率および対応するディスプレイピクセルの強度が徐々に下がる。ディスプレイピクセルを構成する複数の原色要素（一般に赤、緑および青）の各々に対する透過光の強度を変えることにより、カラーＬＣＤディスプレイが形成される。

ＬＣＤは、明るく、高解像度のカラー画像を発生でき、陰極線管（ＣＲＴ）よりも薄く、軽量であり、小電力しか消費しない。この結果、ポータブルコンピュータ、デジタルクロックおよび腕時計、家電、オーディオおよびビデオ機器、およびその他の電子デバイスのディスプレイ用の、ＬＣＤの利用が普及している。他方、所定の“ハイエンドマーケット”、例えばビデオおよびグラフィック技術におけるＬＣＤの使用は、一部ディスプレイの性能が限られていることに不満がある。

発明者をババ外とする米国特許出願公開第2002/0003522号明細書は、画像の輝度レベルに基づくディスプレイのバックライトのためのフラッシング期間を含む液晶ディスプレイのためのディスプレイについて記載している。画像のボケを少なくするために、ビデオコンテンツの動き量の推定値を決定し、ディスプレイのためのバックライトのフラッシング幅を変える。ディスプレイの輝度を高めるために、バックライトの光源は、非照明期間においては照明期間よりも低い輝度で点灯される。しかしながら、より高い輝度の画像とするには、非照明期間を短くしなければならず、従って、動きを伴うビデオコンテンツに対するボケ効果が生じるという問題が生じやすい。画像のボケの発生を少なくするために、上記ババ外の発明は、動き推定値を使用しているが、画像の動きが十分であるかどうかを判断するのにこの動き推定値は計算が複雑である。十分な動きをする画像に対して、非照明期間を長くして画像のボケを少なくする。不幸なことに、この結果、画像がより暗くなってしまう。

従って、ボケの少ない液晶ディスプレイが望まれている。

上記課題を解決するために、本発明の第１の技術手段は、光バルブを含む液晶ディスプレイに画像を表示するための方法において、（ａ）画像信号を受信するステップと、（ｂ）前記画像の第１領域が動きを含みやすいという判断に基づき、前記画像の前記第１領域に対し、前記光バルブに光を提供するステップと、（ｃ）前記画像の第２領域が動きを含みにくいという判断に基づき、前記画像の前記第２領域に対し、前記光バルブへ光を提供するステップとを備えたことを特徴としたものである。

第２の技術手段は、光バルブを含むディスプレイに画像を表示するための方法において、（ａ）画像信号を受信するステップと、（ｂ）１フレーム内で照明特性を有する前記光バルブの第１ピクセルであって、フレーム期間前記ディスプレイの他のピクセルとは異なる前記第１ピクセルへ光を提供するステップとを備えたことを特徴としたものである。

第３の技術手段は、光バルブを含む液晶ディスプレイに画像を表示するための方法において、（ａ）画像信号を受信するステップと、（ｂ）空間的に変位した別々に制御可能な発光素子の一組を含む、前記液晶ディスプレイのバックライトを照明するステップと、（ｃ）前記光バルブを選択的に調節し、前記ディスプレイの輝度出力を変化させるステップとを備え、（ｄ）前記バックライトの前記発光素子の前記照明を、前記ディスプレイのフレームレートよりも高いレートで変調し、前記画像信号により表示される動き補償された画像を提供するように、前記画像信号を変更することを特徴としたものである。

第４の技術手段は、液晶ディスプレイに画像を表示するための方法において、（ａ）前記ディスプレイの第１領域の第１の複数のピクセルを、フレームのうちの第１期間の間に非ゼロ照明レベルで照明するステップと、（ｂ）前記ディスプレイの第２領域の第２の複数のピクセルを、前記フレームのうちの２つの異なる期間の間で前記レベルよりも低い非ゼロ照明レベルで照明するステップとを備え、（ｃ）前記フレーム中に前記第１の複数のピクセルに提供される総照明量と、前記第２の複数のピクセルに提供される総照明量とが互いに５０％内にあることを特徴としたものである。

第５の技術手段は、液晶ディスプレイに画像を表示するための方法において、（ａ）第１の平均レートで複数のフレームにわたり、前記ディスプレイの第１の複数のピクセルを照明するステップと、（ｂ）第２の平均レートで別の複数のフレームにわたり、前記ディスプレイの第２の複数のピクセルを照明するステップと、（ｃ）前記第１の複数のフレームおよび前記別の複数のフレームのうちの少なくとも１つのフレームが含まれるとき、前記第１の平均レートと前記第２の平均レートとの間にある第３の平均レートで、前記複数のフレームと前記別の複数のフレームとの間の少なくとも１つのフレームに対し、前記ディスプレイの前記第１の複数のピクセルを照明するステップとを備えたことを特徴としたものである。

第６の技術手段は、光バルブを含むディスプレイに画像を表示するための方法において、（ａ）画像信号を受信するステップと、（ｂ）前記光バルブの第１ピクセルに関連した充分な動きに基づき、オーバードライブにより変更された１フレーム内の照明特性を有する前記光バルブの第１ピクセルに光を提供するステップと、（ｃ）前記光バルブの別のピクセルに関連した不充分な動きに基づき、前記オーバードライブにより変更されていない、前記フレーム内の照明特性を有する前記光バルブの別のピクセルに光を提供するステップとを備えたことを特徴としたものである。

第７の技術手段は、光バルブを含むディスプレイに画像を表示するための方法において、（ａ）画像信号を受信するステップと、（ｂ）ピクセルの第１グループが充分な動きを有するとの判断に基づき、前記ピクセルの第１グループを決定するステップと、（ｃ）ピクセルの第２グループの一部が不充分な動きを有する、前記ピクセルの第１グループを含むピクセルの前記第２グループに光を提供するステップと、（ｄ）１フレーム内で照明特性を有する前記光バルブの前記第２グループのピクセルであって、フレーム期間前記ディスプレイの他のピクセルとは異なる前記第２グループのピクセルへ光を提供するステップとを備えたことを特徴としたものである。

図１Ａを参照する。バックライトディスプレイ２０は、一般にバックライト２２と、拡散板２４と光バルブ２６（層で示してある）からなり、該光バルブ２６は、バックライト２２からパネル２８の前面に表示された画像を見ているユーザまでの光の透過率を制御する。光バルブは、一般に液晶装置を構成し、ピクチャ要素すなわちピクセルに対する光の透過率を電子的に制御するようになっている。液晶自身は光を発生しないので、可視画像を形成するのに外部光源が必要である。デジタルクロックまたは電卓で使用されているような小型で安価なＬＣＤのための光源は、パネルを通過した後に、パネルの背面から反射されるような光でよい。同じように、液晶オンシリコン（ＬＣＯＳ）デバイスは、ディスプレイピクセルを照明するのに光バルブの背板から反射される光に依存している。しかしながら、ＬＣＤはアセンブリを通過する光のかなりの部分を吸収する。図１Ａおよび図１Ｂに示されるように、蛍光管または光源３０のアレイ（例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ））を備えたバックライト２２のような人工光源が、不良な照明条件でもディスプレイを照明したり、極めてビジブルな画像に対する十分な強度のピクセルを発生したりするのに有効である。点光源もしくはライン光源からの光は、一般に拡散板２４によって分散され、よってパネル２８の正面の照明がより均一となるので、光源３０はディスプレイの各ピクセルに対応していなくてもよい。

バックライト２２の光源３０から放出される光は、ランダム平面において振動する電磁波を含む。偏光器の光軸の平面で振動する光波しか偏光器を通過できない。光バルブ２６は、通常は光が一連の偏光器を通過できないような角度に光軸が配列されている第１偏光器３２および第２偏光器３４を含む。第１偏光器３２と第２偏光器３４との間に挟持された液晶の層３６の局部領域は、偏光器の光軸に対する光の振動平面の配列を変え、ディスプレイピクセルのアレイにおける個々のピクセル３６に対応するパネルの局部領域の透過率を変調するように電子的に制御でき、これによって、ＬＣＤによる画像の表示が可能となっている。

液晶分子３６の層は、第１偏光器３２および第２偏光器３４の表面によって形成された壁を有するセルギャップを満たす。セルギャップの壁は、対応する偏光器の光軸と整合する微小な溝を形成するように磨かれている。これら溝により、セルギャップの壁に隣接する液晶分子の層は、関連する偏光器の光軸に整合している。分子力の結果、セルギャップに広がる分子コラムにおける連続する各分子は、隣接する分子と整合しようとする。この結果、セルギャップを架橋する液晶分子の極めて多数のねじれたコラムを含む液晶の層が生じる。光源要素４２から発生し、第１偏光器３２を通過する光４０が液晶コラムの半透明な各分子を通過する際に、その振動平面が“ねじられ”、よって光がセルギャップの遠い方の側面に達するとき、その振動平面は第２偏光器３４の光軸と整合する。第２偏光器３４の光軸の平面内で振動する光４４は、第２偏光器を通過し、ディスプレイ２８の正面に照明されたピクセル２８を発生できる。

ピクセル２８を暗くするため、セルギャップの壁にデポジットされた透明電極の四角形のアレイの空間的に対応する電極に電圧が加えられる。この結果生じる電界によって、電極に隣接する液晶の分子は電界と整合するように回転する。この効果は、分子のコラムを“ねじらない”ようにし、よって電界強度が増加し、光バルブ２６の局部的透過率が減少するにつれ、光の振動平面が偏光器の光軸から離間するように徐々に回転する。光バルブ２６の透過率が減少するにつれ、ピクセル２８は光源４２からの光４０が最大限度消えるまで徐々に暗くなる。ディスプレイピクセルを構成する複数の原色（一般に、赤、緑、青）の各々に対する透過光の強度を変えることにより、カラーＬＣＤディスプレイが形成される。他の構造の配列も同様に使用できる。

ＬＣＤは各ピクセルに対する選択スイッチとしてトランジスタを使用しており、表示される画像をフレーム期間の間ホールドするディスプレイ方法（以下、“ホールドタイプディスプレイ”と称す）を採用している。これと対照的に、ＣＲＴ（以下、“インパルスタイプディスプレイ”と称す）は、ピクセルが選択された直後に暗くされる、選択されたピクセルを含む。ＣＲＴのようなインパルスタイプのディスプレイの場合、６０Ｈｚで書き直される動き画像の各フレームの間では、黒が表示される。すなわち、画像が表示される期間を除く間、黒が表示され、ビューワーには動き画像の１つのフレームがそれぞれ独立した画像として提示される。従って、インパルスタイプのディスプレイでは、クリアな動き画像として観察される。斯様に、ＬＣＤは、画像ディスプレイにおいて時間軸ホールド特性の点でＣＲＴと基本的に異なっている。従って、ＬＣＤに動き画像が表示されると、画像の劣化、例えば画像がボケる効果が生じる。このボケ効果の主な原因は、画像が例えば６０Ｈｚの離散的ステップで書き直された場合でも、（ビューワーの眼球運動が画像を追う運動となるとき）動き画像の移動対象を追うビューワーから生じる。眼球は、動いている対象が“ホールドタイプ”の形態で離散的に表示されても、動いている対象をスムーズに追おうとする特性を有する。

しかしながら、ホールドタイプのディスプレイでは、１フレーム期間の間、動き画像の１つのフレームの表示画像をホールドし、静止画像として、対応する時間の間、ビューワーにこれを提示する。従って、ビューワーの眼球が移動対象をスムーズに追った場合でも、表示される画像は１フレーム期間の間、静止したままである。従って、ビューワーの網膜上の移動対象の速度に従って、シフトされた画像が表示される。よって、画像は、眼による積分に起因し、ビューワーにはボケた状態に見える。更に、ビューワーの網膜に提示される画像の間の変化は、速度が速くなればなるほど大きくなるので、かかる画像はよりボケた状態となる。

バックライトディスプレイ２０では、バックライト２２は局部的に制御可能な光源３０のアレイを含む。バックライトの個々の光源３０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、蛍光管およびレンセット（ｌｅｎｓｅｔ）の装置または他の適当な発光デバイスとすることができる。更に、バックライトは個々に制御可能な光源の一組、例えば１つ以上の冷陰極線管を含むことができる。発光ダイオードは、“白色”および／または別個のカラーの発光ダイオードでよい。バックライトアレイ２２の個々の光源３０は、１つの光源を適当な信号に応答して変調できるように、他の光源によって出力される光の輝度レベルから独立した輝度レベルで光を出力するように別々に制御可能である。同じように、空間的および／または時間的光変調を行うために、バックライトにフィルムまたは材料を重ねてもよい。図２を参照すると、アレイ２２の光源３０（図示されているＬＥＤ）は、四角形のアレイのうちの、行、例えば（層で示されている）行５０Ａおよび行５０Ｂ、並びに列、例えば（層で示されている）列５２Ａおよび列５２Ｂとして一般に配置される。バックライトの光源３０の出力は、バックライトドライバ５３によって制御される。光源３０は、列選択トランジスタ５５を作動させることにより、要素５２Ａまたは５２Ｂの列を選択し、選択された列のうちの選択された光源３０をアース５６に接続することによって要素に給電する光源ドライバ５４によって駆動される。表示すべき画像のピクセルに対するデジタル値を処理するデータ処理ユニット５８は、表示されるピクセルに対応する適当な光源３０を選択し、光源の適当なレベルの照明を発生するためのパワーレベルで光源を駆動するための信号を光ドライバ５４に提供する。

図３は、液晶パネル内の代表的なデータパスのブロック図を示す。適当な任意のソース、例えばテレビ放送、インターネット接続、ファイルサーバ、デジタルビデオディスク、コンピュータ、ビデオオンデマンドまたは放送からビデオデータ１００を提供できる。このビデオデータ１００は、スキャニングおよびタイミング発生器１０２へ提供され、この発生器において、ビデオデータは、ディスプレイに提供するための適当なフォーマットに変換される。多くの場合、データの各ラインは、フレームバッファ１０６との組み合わせによりオーバードライブ回路１０４へ提供され、ディスプレイの低速時間応答を補償するようになっている。オーバードライブ回路１０４からの信号は、好ましくはデータドライバ１０８内で電圧値に変換され、この電圧値はディスプレイの個々のデータ電極に出力される。発生器１０２はゲートドライバ１１０にクロック信号も発生し、ある時間において１つの行を選択し、この行は、ディスプレイの各ピクセルの記憶コンデンサにデータ電極上の電圧データを記憶する。更に発生器１０２は、バックライトからの輝度のレベル、および／または空間的に均一でない（例えば、ディスプレイの異なる領域における画像コンテンツおよび／または空間的な相違）バックライトの場合に提供される光のカラーまたはカラーバランスを制御するためのバックライト制御信号１１２も発生する。

オーバードライブ回路１０４の使用は、動きのボケを減少させるように働くが、フレーム期間中に静止状態に画像がホールドされている間、動きをトラッキングする眼の画像ボケ効果により、動きのボケとして認識される網膜上の相対運動が生じる。動きのボケの認識を小さくする１つの技術として、画像フレームが表示される時間を短くする方法がある。

図４は、フレームの一部の時間に限ってバックライトをフラッシングする効果を示す。フレームの終わりに向かってバックライトをフラッシングさせることが好ましく、ここで、このフレームの終わりにおいて液晶材料の透過率が目標レベルに到達するか、または目標レベルに接近する。例えば、フラッシングバックライトの時間の大部分は、フレーム期間のうちの最後の３分の１にあることが好ましい。ある態様でバックライトを変調すると、動きのボケの認識がわずかになるが、不幸なことに、この結果生じるディスプレイ技術の一般的な“インパルス”特性に起因し、フリッカリング（ちらつき）アーティファクトが生じる。このフリッカリングを減少させるために、バックライトをより高いレートでフラッシングすることができる。高レートでバックライトをフラッシングさせる方法は、一見、完全な解決案のように見えるが、不幸なことに、かかる高レートでのフラッシングの結果、“ゴースト画像”が生じ易くなる。

図５には、ある時間にわたってディスプレイを横断するような画像の一部の動きのグラフが示されている。実線１９０が示すように、フレームレートで、あるフレームをまずフラッシングした場合、ユーザには時間インターバルごと（例えばフレームレートごと）に、この画像が見える。特に、この画像は第１フレームの終了時にポジション２００で生じる画像がシフトし、第２フレームの終了時のポジション２１０で生じる画像がシフトし、第３フレームの終了時にポジション２２０で生じる画像がシフトし、更に第４フレームの終了時にポジション２３０で画像が生じる。従って、ビューワーには、４つの異なるポジションに対応する４つの異なる時間に動画像が“フラッシング”されることになる。

フレームレートで第２フラッシュが含まれると、このフラッシュはフレーム中、中心にタイミングを合わせることができ、点線２３５で示される。この画像は、ユーザにはフレームの中心にある時間インターバルごとに見える。特に、画像は第１フレームの中間にあるポジション２４０で見え、シフトし、更に第２フレームの中間にあるポジション２５０で見え、シフトし、更に第３フレームの中間にあるポジション２６０で見え、シフトし、第４フレームの中間にあるポジション２７０で見える。従って、この動画像は、ビューワーには４つの異なるポジションに対応する別の異なる４つの時間で“フラッシング”されることになる。

フレームごとの間で第１フラッシングと第２フラッシングとを組み合わせた場合、画像のゴースト現象の結果、動きに関して画質は相対的に悪くなる。ボケ効果を小さくする１つの方法は、動き補償されたフレームの補間を行いながら、バックライトと同じレートで液晶ディスプレイを駆動することが挙げられる。一見、信頼できるような解決案であるが、動き推定およびフレームレートが大きくなることに関連して、コストが大幅に高くなる。

液晶ディスプレイで生じるフリッカリングを減少させる結果生じる画像の潜在的なゴースト現象を検討すると、実際にはその結果生じる画像のボケは、一般に動きを含むディスプレイの領域だけに限定されると判断される。動きを含まないディスプレイの領域全体は、画像が一般に静止しているので、画像がボケる傾向はない。ボケが生じやすいディスプレイの領域とボケを生じにくいディスプレイの領域を判断するために、画像を一組の領域、例えば次の例のようなブロックに分割することができる。例えば、ブロックは、単一の発光ダイオードまたは発光ダイオードのグループ、もしくは、１つ以上の冷陰極蛍光管を含むことができる。更に、光バルブの対応する領域は、１つのピクセルまたはピクセルのグループを含むことができる。各領域のためのバックライトは、別の領域と独立して操作するか、または領域の各々が異なる輝度値または色（すなわち、色温度もしくはカラーの組）を有することができる。異なる領域におけるバックライトの輝度は、例えば“オン”から“オフ”へ、もしくはその間のあるレベルに変化される。ボケを生じやすい充分な動きが存在する領域を判断するために、各領域に対して動き検出スキームを使用できる。残りの領域はボケを生じにくい、動きが不充分である領域として分類できる。このことは、動きが不充分である領域を決定し、残りの領域を動きが充分であると分類することと同じである。ボケを生じやすい領域とボケを生じにくい領域とをある態様で識別する。

このような検討をした後に、動きはフリッカリングをマスクするので、動きの充分な領域はフリッカリングによる悪影響を受けにくいと判断された。同様に、動きの不充分な領域は画像が実質的に変化しないので、ボケにより悪影響を受けない。従って、充分な動きを含むと識別された領域は、フリッカリングに対して大きな関心を払うことなく、ボケを少なくすることが好ましい第１の態様で、バックライト技術により照明できる。他方、不充分な動きを含むと識別された領域は、ボケに対して大きな関心を払うことなく、フリッカリングを減少するように働くバックライト技術によって照明する。これら一見矛盾する問題は、空間的および／または時間的に変化するバックライト変調技術を使って対処できる。

図６を参照すると、充分な動きを有すると判断された領域に対し、このようなバックライト変調を実行するための適当な技術は、S_c(t)=A(1-t-floor(t))（ここで、tはフレーム内の時間であり、floor(t)は浮動小数点数の整数部分をとる演算子であり、Aはフラッシングのデューティサイクルを決定するスクリーン振幅である）と示されるスクリーン関数と一般に称される関数を含む。Aが大きくなればデューティサイクルが小さくなり、この結果、動きのボケが少なくなる。floor(t)は設定されたレベルでよく、画像のコンテンツに基づくか、または適応的とすることができる。所望するバックライトレベルと第１スクリーン関数とが比較され、所望するバックライトレベルのほうがスクリーン関数よりも大きい場合、バックライトは太い実線で示されるようにオンとなる。このように、所望するバックライトレベルに関連して、動きのボケを選択できる。同様に、その他の適当な技術も使用することができる。

図７を参照する。動きが不充分であると判断された領域に対するこのようなバックライト変調を実行するために適した技術は、S_d=A(1-2t-floor(2t))（ここで、tはフレーム内の時間であり、Aはスクリーン振幅である）で示される、一般にスクリーン関数と称される関数を含む。所望するバックライトレベルとスクリーン関数とを比較し、所望するバックライトレベルのほうがスクリーン関数より大であれば、バックライトは太い実線で示されるようにオンとなる。図７のバックライトのほうが、図６のバックライトよりも周波数が高く、例えば２倍の周波数となるので、フリッカリングの知覚を低減させることができる。その他の適当な技術も使用できる。図６の照明される領域の面積と図７の照明される領域の面積とは、実質的に同じであるか、１０％、２５％または５０％以内であることが好ましい。

この技術は有効であるが、第１のスクリーン関数を有する領域と別のスクリーン関数を有する領域との間の境界部がある結果、図８に示されるように、時間的な不連続性が生じることとなる。第１の２つのフレームは、バックライトがフレームレートの２倍のレートでフラッシングし、その次の３つのフレームは、バックライトがフレームレートに等しいレートでフラッシングする。第２フレームと第３フレームとの間の移行部２５０の間、バックライトフラッシングの間の時間２６０が長くなる。動きと組み合わせたときの異なるバックライトフラッシングレートの間のこのような移行部２６０は、フリッカリングと同じような効果を生じさせる傾向がある。このようなフリッカリング効果を少なくするためには、システムは、バックライトフラッシングの間の平均的時間スペースをスムーズにするための移行部を含まなければならない。

図９を参照する。より漸次的に移行する１つの技術として、第１のバックライトフラッシング技術と第２のバックライトフラッシング技術との間に３つの異なる移行フレームを使用することが挙げられる。この移行フレームは以下のように特徴づけられる。

ここで、Ｎは移行フレームの総数であり、Ｉはｉ番目の移行フレームを示す。クラスター状態（第１スクリーン関数）から離散状態（第２スクリーン関数）までの移行は、離散状態（第２スクリーン関数）からクラスター状態（第１スクリーン関数）までの移行の逆である。理解できるように、この効果は、離散バックライトフラッシング技術とクラスターバックライトフラッシング技術との間の移行の急激性を少なくすることである。

他の技術を使って、同じようにクラスタースクリーンから離散スクリーンまでの変化の急激性を少なくすることもできる。例えば、多数のサブフィールドを含む時間的フレーム時間にフレームをサブ分割することができる。離散スクリーンはt＝０.５およびt＝１.０の近くでサブフィールドをオンにすることに等しく、一方、t＝１.０の近くでサブフィールドをターンオンすることによってクラスタースクリーンを近似できる。バックライトの強度（“オン”の幅）は、“オン”となっているサブフィールドの数により近似できる。“オン”となっているサブフィールドが多くなればなるほど、バックライトの出力が大きくなる。２つの“オン”となっている領域が“オン”領域の１つのクラスターにマージするまで、“オン”サブフィールドを徐々にt＝０.５からt＝１.０まで移動させることにより、離散状態からクラスター状態へのスクリーンの移行を実現できる。t＝１.０近くの“オン”サブフィールドを２つの“オン”領域に分割し、その分割された半分を徐々に中間（t＝０.５）に向けて移動させることにより、クラスター状態から離散状態への移行を実現できる。

次の説明では、図１３に示されるように、単に説明のために離散スクリーンを第１関数に指定し、クラスタースクリーンを第２関数に指定し、第１関数と第２関数の間に移行フレーム１，２，３を使用する。

図１４は、あるレベルにおける全フレーム（またはほとんどのフレーム）の間に第１関数が連続的に“オン”となっており、第２関数がフレームの終了近くにて、より短い時間の間、より高い強度レベルとなっている別の実施例を示す。動きから非動き状態への移行、または非動き状態から動き状態への移行に起因するフリッカー効果を小さくするために、移行フレームが使用される。バックライトの強度は、任意のフレーム内の領域が望ましいバックライトレベルに略等しくなるようにセットされる。

図１０は、低解像度のバックライトおよび高解像度のＬＣＤから成る大ダイナミックレンジ（high dynamic range）のディスプレイに表示すべき大ダイナミックレンジビデオを変換するためのフローの一例を示す図で、各ＨＤＲ画像３００はローパスフィルタに通され（３０２）、バックライト解像度までサブサンプリングされる。垂直位置を抽出し（３０４）、クロストーク補正３０６を実行することができる。バックライトの解像度はバックライトユニットの数、例えば、バックライト内のＬＥＤの数によって決定される。低解像度のバックライト画像における各ピクセルは、ＨＤＲ画像内のブロックに対応する。

各バックライトブロックに対し、そのブロックが動きブロックであるか、静止ブロックであるか判断するために、動き検出３０８を実行する。動き検出の目的のために、各バックライトブロックをサブブロックにサブ分割できる。好ましい実施例では、各サブブロックは高解像度のＨＤＲ画像内では８×８のピクセルから成る。この動き検出のプロセスは次のようにすることができる。

各フレームに対し、
１．その時点でのフレームに対するＨＤＲ画像内の各サブブロックの平均値を計算する。
２．このフレーム内の平均値と前のフレームのサブブロックの平均値との差が閾値（この場合、全レンジのうちの５％）より大であれば、サブブロックを含むバックライトブロックは動きブロックである。こうして第１動きマップを形成する。
３．動きマップに対する形態素拡張演算を実行（動きブロックの近くの静止ブロックを動きブロックに変換）し、第２動きマップを形成する。
４．前のフレームの第２動きマップによる第２動きマップの論理または演算を実行し、第３動きマップを形成する。
５．各バックライトブロックに対し、
そのブロックが動きブロックであれば、
スクリーン（i,j）＝max（N+1,screen（i,j）+1）とし、
そうでない場合（静止ブロックである場合）、
スクリーン（i,j）＝min（0,screen（i,j）-1）とする。

スクリーンの発生３１０は、動き検出３０８および垂直位置抽出３０４に基づく。補正された画像３０６およびスクリーン発生３１０に基づき、スクリーン関数３１２を選択できる。バックライトドライバ３１４はスクリーン関数３１２の出力を受信し、どのバックライトを照明するか、およびバックライトの照明レベルを決定する。スクリーン発生３１０はＬＣＤオーバードライブ３１６に入力信号を提供し、オーバードライブ３１６はバックライト予測３１８およびアップサンプリング３２０と組合わさって、ＨＤＲ画像３００へオーバードライブデータを提供する。

基本的には、図１０を参照して説明した技術は、ディスプレイのある領域に対する動きの決定を行う。ディスプレイからの光は多少散乱する傾向があるので、充分な動きを含むと識別された領域よりも大きい動き領域を定めることが好ましい。このように、光散乱を示し易いこのような追加領域には、ボケ効果を少なくするように適当なスクリーン関数が提供される。

別のタイプのゴースト現象は、ＬＣＤの行ドライブとバックライトフラッシングとの間のタイミング差に起因するものである。ＬＣＤは１ラインごとに頂部から底部へ駆動される。底部の行は、頂部の行よりも１フレーム時間近く遅く駆動される。

図１１は３つの場所、頂部、中間部および底部における移動エッジおよびＬＣＤ時間応答を示す。頂部の行に対し、フレームの終了時にバックライトがフラッシュすると仮定すると、この頂部の行はＬＣＤが目標レベルに到達するのにかかる時間が最長となるが、底部の行の時間は最短となり、この最短時間はＬＣＤを目標レベルまで駆動するのに充分ではない。垂直エッジは、頂部から底部へ輝度が異なっていることが理解できよう。この輝度変化は離散的なバックライトのフラッシングと結合して、図１１（右）に示されるようなゴーストエッジを生じさせる。

好ましい実施例では、図７に示されるように、スクリーンは、ＬＣＤの駆動タイミング差を補償するように時間的にシフトされる。各バックライトピクセルの垂直位置が抽出され、この抽出された位置は動き検出出力と組み合わされ、スクリーンを発生する（図９参照）。

図１２は、垂直位置を関数とするクラスタースクリーンのタイミングを示す。このスクリーンはＬＣＤの駆動に従ってシフトされる。離散状態のスクリーンを使用する静止画像ブロックに対しては、シフトは不要である。それは、この静止画像ブロックは、実質的なアーティファクトを生じないからである。

図９を参照すると、ダウンサンプリングされたバックライト画像からバックライト値を誘導できる。１つの方法は、バックライト画像の平方根を求めることである。バックライトユニット（ＬＥＤ）からの光はその隣接ブロックに拡散するので、この拡散を補償するのにクロストーク補正を使用する。図６および図７に示されるように、補正されたバックライト値とスクリーンとを比較し、バックライトを時間的に変調し、所望する出力を得る。

ＬＣＤを照明する実際のバックライト像は、バックライトの点拡散関数（ＰＳＦ）によりバックライト信号をたたみ込むことによって予測でき、このバックライト像はＨＤＲ画像と同じ解像度にアップサンプリングされる。ＨＤＲ画像をレンダリングするのに使用できるＬＣＤの透過率は次の式によって決定できる。

ここで、bl(x,y)は予測されたバックライト像である。次に、ＬＣＤの透過率（Ｔ_ＬＣＤ）をＬＣＤドライブデジタルカウントに変換するのに、ガンマ補正を実行できる。

ほとんどのＬＣＤ技術に対し、図９に示されるように、時間的移行をスピードアップするのにオーバードライブが使用される。好ましい実施例では、適応型再帰的オーバードライブ（ＡＲＯＤ）がバックライトのタイミングを補償できる。ＡＲＯＤは、スクリーンに適応した変形された再帰的オーバードライブ（ＲＯＤ）アルゴリズムとすることができる。一部のケースにおいて、ＨＤＲが望まれない場合、バックライトを均一レベルにセットし、ＬＥＤ画像は入力画像と同じとなる。時間的スクリーンが静止ブロック（離散状態のスクリーンをこのように使用する非動き）である場合、オーバードライブは不要である。動きブロックに対してはクラスタースクリーンを使用し、図１１に示されるようにオーバードライブを使用する。各ピクセルに対し、その時点でのデジタルカウント（x_n)およびフレームバッファ内の予測されたＬＣＤ出力レベルをオーバードライブ回路に入力し、この回路において、オーバードライブルックアップテーブルの一組に基づき、新しいドライブ値（z_n）を誘導する。この新しいドライブ値はディスプレイ予測回路へ送られ、次のフレーム中に使用するためにフレームバッファに記憶される。

オン時間が長い場合、大きいドライブ値を使用する。バックライトのタイミングおよび幅を使用し、ダイナミックガンマを誘導し、このダイナミックガンマデータからオーバードライブテーブルを誘導する。

本明細書で引用したすべての引用例を参考例として援用する。

これまで本明細書に使用した用語および表現は、本明細書では発明を説明するための用語であって、本発明を限定する用語として使用されてはおらず、かかる用語および表現の使用にあたり、本明細書に示され、記載され、またはその一部に示され、記載されている特徴の均等物を排除する意図はなく、本発明の範囲は特許請求の範囲のみによって限定されるものと認識できよう。

液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の略図である。 液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の略図である。 バックライトの複数の光源要素の照明を変調するためのドライバの略図である。 ＬＣＤシステムコンフィギュレーションを示す図である。 フラッシングバックライトスキームを示す図である。 画像ゴーストを示す図である。 時間的スクリーンを示す図である。 別の時間的スクリーンを示す図である。 ある時間的スクリーンから別の時間的スクリーンへの切り替えを示す図である。 ある時間的スクリーンから別の時間的スクリーンへの移行を示す図である。 オーバードライブシステムを示す図である。 同期化に起因するゴーストを示す図である。 シフトされた同期化を示す図である。 別の実施例を示す図である。 更に別の実施例を示す図である。

符号の説明

１００…ビデオデータ、１０２…スキャニングタイミング発生器、１０４…オーバードライブ、１０６…フレームバッファ、１０８…データドライバ、１１０…ゲートドライバ、１１２…バックライト制御装置。

Claims (24)

1. 光バルブを含む液晶ディスプレイに画像を表示するための方法において、
   （ａ）画像信号を受信するステップと、
   （ｂ）前記画像の第１領域が動きを含みやすいという判断に基づき、前記画像の前記第１領域に対し、前記光バルブに光を提供するステップと、
   （ｃ）前記画像の第２領域が動きを含みにくいという判断に基づき、前記画像の前記第２領域に対し、前記光バルブへ光を提供するステップとを備えたことを特徴とする、液晶ディスプレイに画像を表示するための方法。
2. 前記判断が動きの量を推定するステップを含むことを特徴とする、請求項１記載の方法。
3. 前記判断が、動きがないことを推定するステップを含むことを特徴とする、請求項１記載の方法。
4. 前記第１領域が複数の発光素子に対応し、前記第２領域が複数の他の発光素子に対応することを特徴とする、請求項１記載の方法。
5. 光バルブを含むディスプレイに画像を表示するための方法において、
   （ａ）画像信号を受信するステップと、
   （ｂ）１フレーム内で照明特性を有する前記光バルブの第１ピクセルであって、フレーム期間前記ディスプレイの他のピクセルとは異なる前記第１ピクセルへ光を提供するステップとを備えたことを特徴とする、ディスプレイに画像を表示するための方法。
6. 前記照明特性が、前記画像信号に基づくものであることを特徴とする、請求項５記載の方法。
7. 前記照明特性が、基本的には輝度であることを特徴とする、請求項５記載の方法。
8. 前記照明特性が、カラーを含むことを特徴とする、請求項５記載の方法。
9. 動きに基づき、前記画像のある領域へ前記照明特性が提供されることを特徴とする、請求項５記載の方法。
10. 複数のピクセルを含む前記画像のある領域に前記照明特性が提供されることを特徴とする、請求項５記載の方法。
11. 複数のピクセルを含む前記画像の別の領域に前記照明特性が提供されることを特徴とする、請求項１０記載の方法。
12. 光バルブを含む液晶ディスプレイに画像を表示するための方法において、
    （ａ）画像信号を受信するステップと、
    （ｂ）空間的に変位した別々に制御可能な発光素子の一組を含む、前記液晶ディスプレイのバックライトを照明するステップと、
    （ｃ）前記光バルブを選択的に調節し、前記ディスプレイの輝度出力を変化させるステップとを備え、
    （ｄ）前記バックライトの前記発光素子の前記照明を、前記ディスプレイのフレームレートよりも高いレートで変調し、前記画像信号により表示される動き補償された画像を提供するように、前記画像信号を変更することを特徴とする、液晶ディスプレイに画像を表示するための方法。
13. 前記ディスプレイの２つの異なる領域に対し、フレーム中の前記照明が異なることを特徴とする、請求項１２記載の方法。
14. 前記照明が、前記領域のうちの１つに対する動きの判断に基づくものであることを特徴とする、請求項１３記載の方法。
15. 液晶ディスプレイに画像を表示するための方法において、
    （ａ）前記ディスプレイの第１領域の第１の複数のピクセルを、フレームのうちの第１期間の間に非ゼロ照明レベルで照明するステップと、
    （ｂ）前記ディスプレイの第２領域の第２の複数のピクセルを、前記フレームのうちの２つの異なる期間の間で前記レベルよりも低い非ゼロ照明レベルで照明するステップとを備え、
    （ｃ）前記フレーム中に前記第１の複数のピクセルに提供される総照明量と、前記第２の複数のピクセルに提供される総照明量とが互いに５０％内にあることを特徴とする、液晶ディスプレイに画像を表示するための方法。
16. 前記総照明量が互いに２５％内にあることを特徴とする、請求項１５記載の方法。
17. 前記総照明量が互いに１０％内にあることを特徴とする、請求項１５記載の方法。
18. 前記総照明量が実質的に同一であることを特徴とする、請求項１５記載の方法。
19. 液晶ディスプレイに画像を表示するための方法において、
    （ａ）第１の平均レートで複数のフレームにわたり、前記ディスプレイの第１の複数のピクセルを照明するステップと、
    （ｂ）第２の平均レートで別の複数のフレームにわたり、前記ディスプレイの第２の複数のピクセルを照明するステップと、
    （ｃ）前記第１の複数のフレームおよび前記別の複数のフレームのうちの少なくとも１つのフレームが含まれるとき、前記第１の平均レートと前記第２の平均レートとの間にある第３の平均レートで、前記複数のフレームと前記別の複数のフレームとの間の少なくとも１つのフレームに対し、前記ディスプレイの前記第１の複数のピクセルを照明するステップとを備えたことを特徴とする、液晶ディスプレイに画像を表示するための方法。
20. 前記第１の複数のピクセルと前記第２の複数のピクセルとが、前記ディスプレイの異なる領域であり、前記ピクセルに提供される輝度が別々に制御可能であることを特徴とする、請求項１９記載の方法。
21. 前記第１の平均レートは、前記第１の複数のピクセルが複数のフレームの間で充分な動きを有するとの判断に基づくものであることを特徴とする、請求項１９記載の方法。
22. 前記第２の平均レートは、前記第２の複数のピクセルが複数のフレーム間で充分な動きを有しないとの判断に基づくものであることを特徴とする、請求項２１記載の方法。
23. 光バルブを含むディスプレイに画像を表示するための方法において、
    （ａ）画像信号を受信するステップと、
    （ｂ）前記光バルブの第１ピクセルに関連した充分な動きに基づき、オーバードライブにより変更された１フレーム内の照明特性を有する前記光バルブの第１ピクセルに光を提供するステップと、
    （ｃ）前記光バルブの別のピクセルに関連した不充分な動きに基づき、前記オーバードライブにより変更されていない、前記フレーム内の照明特性を有する前記光バルブの別のピクセルに光を提供するステップとを備えたことを特徴とする、ディスプレイに画像を表示するための方法。
24. 光バルブを含むディスプレイに画像を表示するための方法において、
    （ａ）画像信号を受信するステップと、
    （ｂ）ピクセルの第１グループが充分な動きを有するとの判断に基づき、前記ピクセルの第１グループを決定するステップと、
    （ｃ）ピクセルの第２グループの一部が不充分な動きを有する、前記ピクセルの第１グループを含むピクセルの前記第２グループに光を提供するステップと、
    （ｄ）１フレーム内で照明特性を有する前記光バルブの前記第２グループのピクセルであって、フレーム期間前記ディスプレイの他のピクセルとは異なる前記第２グループのピクセルへ光を提供するステップとを備えたことを特徴とする、ディスプレイに画像を表示するための方法。

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