JP2012047827A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 広い色再現域を備えた画像表示装置を提供することにある。
【解決手段】 実施形態の画像表示装置は、光源部、光変調素子部、輝度設定部、階調変換部及び制御部を含む。光源部は、白色で発光する基本光源と、基本光源とは異なる発光ピーク波長を有する拡張光源と、を含み、基本光源及び拡張光源の輝度を所定領域毎に変調可能である。光変調素子部は、駆動信号に従って光の透過率又は反射率を変調する。輝度設定部は、入力画像信号に基づいて光源輝度信号を所定領域毎に算出する。輝度分布算出部は、光源輝度信号に基づいて輝度分布信号を算出する。階調変換部は、輝度分布信号に基づいて、変換画像信号を生成する。制御部は、変換画像信号に基づいて駆動信号を生成し、光源輝度信号に基づいて光源輝度制御信号を生成し、基本光源及び拡張光源が同時に発光する期間を有するように、基本光源及び拡張光源を発光させる。
【選択図】図６

Description

本発明の実施形態は、液晶表示装置等の画像表示装置に関する。

近年、液晶表示装置に代表されるように、光源と、光源から入射する光を強度変調する光変調素子を備えた画像表示装置が広く普及している。このような画像表示装置では、光変調素子が理想的な変調特性を有していないことから、特に黒を表示した際に、光変調素子からの光漏れに起因するコントラストの低下が生じ、また、表示可能な色域が狭い問題がある。

このような問題を解決するために、例えば、特許文献１には、４原色以上のカラーフィルタを備えた液晶表示装置が開示されている。また、特許文献２には、光源の発光色を時分割で切り替えて時分割表示を行う液晶表示装置が開示されている。さらに、特許文献３には、光源に、通常の赤波長より長波長の赤色の光源を追加して高色域化する液晶表示装置が開示されている。さらにまた、特許文献４には、入力映像に応じて、光の３原色に対応した複数の色の光源の輝度変調と、入力映像の各画素の階調値の変換を合わせて行う方法が開示されている。

特開２００６−１４５９８２号公報 特開２００４−１３８８２７号公報 特開２００７−５９３７２号公報 特開２００５−２５８４０４号公報

上記のいずれの技術も、色再現域を拡大することができる。しかしながら、特許文献１では、液晶パネルに３原色以外に画素を追加するため、パネルの画素数が増加し、液晶パネルの製造コスト及び駆動回路のコストが増加する。また、このようなカラーフィルタによる色域拡大の効果は小さい。特許文献２では、時分割表示を行うため、輝度低下及び色割れが生じ、画質が劣化する。また、特許文献３では、長波長（赤）側又は短波長（青）側しか色域を拡大できない。特許文献４では、色域拡大の効果は大きいが、自然界に存在する色の範囲は広いことから、さらなる色域拡大が必要とされる。

従って、画像表示装置においては、色再現域を拡大できることが求められている。本開示は、上記問題点を解決するためになされたものであり、広い色再現域を備えた画像表示装置を提供することを目的とする。

実施形態に係る画像表示装置は、光源部、光変調素子部、輝度設定部、輝度分布算出部、階調変換部及び制御部を含む。光源部は、複数の発光ピーク波長を有し白色で発光する基本光源と、前記複数の発光ピーク波長のうち最も短い発光ピーク波長と最も長い発光ピーク波長との間に、前記複数の発光ピーク波長とは異なる発光ピーク波長を有する拡張光源と、を含み、前記基本光源及び前記拡張光源の輝度を所定領域毎に変調可能である。光変調素子部は、駆動信号に従って前記光源部から入射する光の透過率又は反射率を変調する。輝度設定部は、入力画像信号の階調値に基づいて、前記基本光源及び前記拡張光源を発光させる輝度を前記所定領域毎に算出して、光源輝度信号を生成する。輝度分布算出部は、前記光源輝度信号に従って前記基本光源及び前記拡張光源が発光した場合の輝度分布を算出して、輝度分布信号を生成する。階調変換部は、前記輝度分布信号に基づいて、前記入力画像信号の階調値を変換して、変換画像信号を生成する。制御部は、前記変換画像信号に基づいて前記駆動信号を生成し、前記光源輝度信号に基づいて前記光源輝度制御信号を生成し、前記基本光源及び前記拡張光源が同時に発光する期間を有するように、前記基本光源及び前記拡張光源を発光させる。

第１の実施形態に係る画像表示装置を概略的に示すブロック図。 図１の多原色光源を示す模式図。 図１の多原色光源輝度設定部をより詳細に示すブロック図。 図１の画像表示部で表示可能な最大色域を示すグラフ。 （ａ）〜（ｅ）は、タイミング信号と各光源の光源輝度制御信号との関係の一例を示すタイミングチャートである。 第２の実施形態に係る画像表示装置を概略的に示すブロック図。 図６のバックライトに設定される分割領域を説明する図。 図６のバックライト内の１つの光源が発光した場合の輝度分布を示すグラフ。 図６のバックライト内の複数の光源が発光した場合の輝度分布を示すグラフ。 図６の光源輝度分布設定部をより詳細に示すブロック図。

以下、必要に応じて図面を参照しながら、実施形態に係る画像表示装置を説明する。なお、以下の実施形態では、同一の番号を付した部分については同様の動作を行うものとして、重ねての説明を省略する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る画像表示装置を概略的に示している。この画像表示装置は、多原色光源輝度設定部１０１、階調変換部１０２、制御部１０３及び画像表示部１０４を備えている。本実施形態の画像表示部１０４は、光源部としてのバックライト１０６と、光変調素子としての液晶パネル１０５とを備える液晶表示部である。バックライト１０６は、複数の多原色光源１１０を有し、液晶パネル１０５の背面に対向して配置されている。バックライト１０６では、多原色光源１１０がマトリクス状に配列されている。

図１の画像表示装置では、入力画像信号１０は、多原色光源輝度設定部１０１及び階調変換部１０２へ入力される。この入力画像信号１０は、動画像又は静止画像であり、例えばフレーム単位で入力される。多原色光源輝度設定部１０１は、入力画像信号１０に基づいて、画像表示部１０４に入力画像を表示するための多原色光源１１０の光源輝度（発光強度）を算出して、多原色光源輝度信号１１を生成する。多原色光源１１０は、後述するように、異なる発光ピーク波長を有する複数の種類の光源を含み、多原色光源１１０の光源輝度は、多原色光源１１０内の複数の光源の各々の輝度を指す。多原色光源輝度信号１１は、階調変換部１０２及び制御部１０３へ送られる。

階調変換部１０２は、多原色光源輝度信号１１に基づいて、入力画像信号１０の各画素が有する階調値の変換を行い、変換画像信号１２を生成する。本実施形態では、入力画像信号１０の各画素は、３原色、即ち、赤色、緑色及び青色の階調値を有し、階調変換部１０２は、画素毎に各色の階調値の変換を行う。

制御部１０３は、変換画像信号１２及び多原色光源輝度信号１１に従って画像表示部１０４を制御する。制御部１０３は、液晶パネル１０５を駆動するための駆動信号１３を変換画像信号１２に基づいて生成して、液晶パネル１０５に送出するとともに、多原色光源輝度信号１１を光源輝度制御信号１４としてバックライト１０６に送出する。さらに、制御部１０３は、多原色光源１１０を発光させるタイミングを指定するタイミング信号１５をバックライト１０６に送出する。このタイミング信号１５は、光源輝度制御信号１４に含まれてもよい。

画像表示部１０４では、液晶パネル１０５が駆動信号１３で駆動され、即ち、階調変換部１０２で生成された変換画像１２が液晶パネル１０５に表示され、バックライト１０６内の多原色光源１１０が、タイミング信号１５に従ったタイミングで、光源輝度制御信号１４に応じた輝度で発光する。このようにして、画像表示部１０４に、入力画像信号１０に応じた画像が表示される。

図２は、多原色光源１１０の一例を示している。多原色光源１１０は、白色で発光する基本光源２００と、基本光源が有する発光ピーク波長のうちの最も短い発光ピーク波長と最も長い発光ピーク波長との間に発光ピーク波長を有する拡張光源２０４とを備えている。拡張光源２０４の発光ピーク波長は、基本光源２００の発光ピーク波長とは異なる。

一例として、基本光源２００は、３原色（即ち、赤色、緑色及び青色）の各々に対応する発光ピーク波長を有する赤色光源２０１、緑色光源２０２及び青色光源２０３を含み、拡張光源２０４は、基本光源２００の発光ピーク波長のうち最も短い波長である青色の発光ピーク波長と最も長い波長である赤色の発光ピーク波長との間に発光ピーク波長を有する。本実施形態の拡張光源２０４は、緑色光源２０２及び青色光源２０３の発光ピーク波長間のシアンに対応する発光ピーク波長を有するシアン光源である。

なお、基本光源２００は、図２に示される赤色光源２０１、緑色光源２０２及び青色光源２０３を含む例に限らず、赤色、緑色及び青色の発光ピーク波長を有する白色光源であってもよく、青色及び黄色の発光ピーク波長を有する白色光源であってもよい。或いは、基本光源２００は、白色で発光すればよく、青色の発光ピーク波長を有する青色光源と黄色の発光ピーク波長を有する黄色光源とを含んでもよい。

また、拡張光源２０４は、シアン光源に限らず、緑色光源２０２及び赤色光源２０１の発光ピーク波長間の黄色の発光ピーク波長を有する黄色光源であってもよい。さらに、拡張光源２０４は、複数の発光ピーク波長を有する光源であってもよく、或いは、異なる発光ピーク波長を有する複数の光源を含んでもよい。拡張光源２０４は、例えば、シアンの発光ピーク波長を有するシアン光源と黄色の発光ピーク波長を有する黄色光源とを含むことができる。

次に、図１の画像表示装置内の各部を詳細に説明する。
多原色光源輝度設定部１０１は、入力画像信号１０に基づいて、画像表示部１０４に入力画像を表示するための、多原色光源１１０内の赤色光源２０１、緑色光源２０２、青色光源２０３及び拡張光源２０４の各々の輝度を算出する。具体的には、多原色光源輝度設定部１０１は、図３に示すように、色域変換部３０１、参照テーブル（以下、ＬＵＴ（Look-Up Table）と称す。）３０２及び多原色光源輝度算出部３０３を含む。

色域変換部３０１は、入力画像信号１０の色域から予め設定された色域に、入力画像信号１０の各色の階調値の変換を画素毎に行う。ここで、予め設定された色域は、画像表示部１０４で表示可能な色域内に含まれ、例えば、基本光源２００及び拡張光源２０４の輝度を変調することで得られる画像表示部１０４で表示可能な最大色域とすることができる。

色域変換部３０１は、まず、入力画像信号１０の画素位置（ｘ，ｙ）の階調値Ｌ_Ｒ（ｘ，ｙ）、Ｌ_Ｇ（ｘ，ｙ）、Ｌ_Ｂ（ｘ，ｙ）の逆ガンマ補正を数式（１）に従って行う。

数式（１）において、Ｒ_ｉｎ（ｘ，ｙ）、Ｇ_ｉｎ（ｘ，ｙ）、Ｂ_ｉｎ（ｘ，ｙ）は、夫々、赤色、緑色及び青色の逆ガンマ補正後の値を示す。本実施形態では、入力画像信号１０の階調値は、８ビットで表現され、即ち、０から２５５までの整数値で表現され、逆ガンマ補正後の値Ｒ_ｉｎ（ｘ，ｙ）、Ｇ_ｉｎ（ｘ，ｙ）、Ｂ_ｉｎ（ｘ，ｙ）は、０から１までの相対的な値になる。この逆ガンマ補正は、入力画像信号１０の信号規格に応じて定義される式に従って行われる。本実施形態では、入力画像信号１０の信号規格がＩＴＵ−Ｒ ＢＴ．７０９に従うものとして、数式（１）に従った逆ガンマ補正が行われる。

なお、上記では逆ガンマ補正後を数式（１）に従って算出する例を説明しているが、これに限らず、階調値と逆ガンマ補正後の値との関係を記述したＬＵＴ２０２がＲＯＭ（Read Only Memory）等の記録媒体に予め格納され、色域変換部３０１は、入力画像信号１０の階調値でＬＵＴ２０２を参照して逆ガンマ補正後の値Ｒ_ｉｎ（ｘ，ｙ）、Ｇ_ｉｎ（ｘ，ｙ）、Ｂ_ｉｎ（ｘ，ｙ）を求めてもよい。

次に、色域変換部３０１は、逆ガンマ補正後の値Ｒ_ｉｎ（ｘ，ｙ）、Ｇ_ｉｎ（ｘ，ｙ）、Ｂ_ｉｎ（ｘ，ｙ）から、ＸＹＺ表色系の三刺激値Ｘ_ｉｎ（ｘ，ｙ）、Ｙ_ｉｎ（ｘ，ｙ）、Ｚ_ｉｎ（ｘ，ｙ）を数式（２）に従って求める。

ここで、Ｍは、３×３の行列であり、入力画像信号１０の信号規格に応じて定義される。本実施形態では、入力画像信号１０の信号規格がＩＴＵ−Ｒ ＢＴ．７０９であり、行列Ｍは、ＢＴ．７０９の逆ガンマ補正後の値Ｒ_ｉｎ（ｘ，ｙ）、Ｇ_ｉｎ（ｘ，ｙ）、Ｂ_ｉｎ（ｘ，ｙ）を三刺激値Ｘ_ｉｎ（ｘ，ｙ）、Ｙ_ｉｎ（ｘ，ｙ）、Ｚ_ｉｎ（ｘ，ｙ）に変換する行列である。

次に、色域変換部３０１は、算出した三刺激値Ｘ_ｉｎ（ｘ，ｙ）、Ｙ_ｉｎ（ｘ，ｙ）、Ｚ_ｉｎ（ｘ，ｙ）の色域変換を行い、色域変換された三刺激値Ｘ_ｔ（ｘ，ｙ）、Ｙ_ｔ（ｘ，ｙ）、Ｚ_ｔ（ｘ，ｙ）を得る。色域変換の一例を図４に示す。図４は、ｕ’ｖ’色度図であり、色域変換による色域の変化を示している。図４において、破線は、ＢＴ．７０９の入力画像信号１０の色域を示し、実線は、多原色光源１１０内の赤色光源２０１、緑色光源２０２、青色光源２０３及びシアン光源２０４の輝度を変調した際に画像表示部１０４で表示可能な最大の色域を示す。色域変換では、入力画像信号１０の赤色、緑色及び青色の色度が、画像表示部１０４の最大色域における赤色、緑色及び青色の色度に拡張される。拡張光源２０４については、入力画像信号１０の白色点４０１と画像表示部１０４の最大色域でのシアンの色度４０２とを結ぶ直線と、入力画像信号１０の緑の色度と青の色度とを結ぶ直線とが交差する点４０３を、画像表示部１０４の最大色域でのシアンの色度４０２に拡張する。入力画像信号１０の３原色で決まる色域内部の色は、色度が連続的に変化するように色変換を行う。

このように、バックライト１０６が、白色で発光する基本光源２００に加えて拡張光源２０４を備え、それにより画像表示部１０４で表示可能な色域が拡張されるので、表示画像の色再現域を高めることができる。

本実施形態では、入力画像信号１０の三刺激値と色変換後の三刺激値との関係を予め求めて、この関係を記述したＬＵＴ３０２がＲＯＭ等の記録媒体が格納されている。色域変換部３０１は、入力画像信号１０から算出された三刺激値Ｘ_ｉｎ（ｘ，ｙ）、Ｙ_ｉｎ（ｘ，ｙ）、Ｚ_ｉｎ（ｘ，ｙ）でＬＵＴ３０２を参照して、色域変換された三刺激値Ｘ_ｔ（ｘ，ｙ）、Ｙ_ｔ（ｘ，ｙ）、Ｚ_ｔ（ｘ，ｙ）を画素毎に求める。色域変換された三刺激値Ｘ_ｔ（ｘ，ｙ）、Ｙ_ｔ（ｘ，ｙ）、Ｚ_ｔ（ｘ，ｙ）を含む三刺激値信号２０は、多原色光源輝度算出部３０３へ送られる。

多原色光源輝度算出部３０３は、色域変換された三刺激値Ｘ_ｔ（ｘ，ｙ）、Ｙ_ｔ（ｘ，ｙ）、Ｚ_ｔ（ｘ，ｙ）に基づいて、赤色光源２０１、緑色光源２０２、青色光源２０３及び拡張光源２０４の各々の光源輝度を算出する。多原色光源輝度算出部３０３は、まず、色域変換された三刺激値Ｘ_ｔ（ｘ，ｙ）、Ｙ_ｔ（ｘ，ｙ）、Ｚ_ｔ（ｘ，ｙ）のうち、各々の最大値である最大三刺激値Ｘ_ｍａｘ（ｘ，ｙ）、Ｙ_ｍａｘ（ｘ，ｙ）、Ｚ_ｍａｘ（ｘ，ｙ）を検出する。即ち、多原色光源輝度算出部３０３は、１フレームの入力画像信号１０における最大三刺激値Ｘ_ｍａｘ（ｘ，ｙ）、Ｙ_ｍａｘ（ｘ，ｙ）、Ｚ_ｍａｘ（ｘ，ｙ）を検出する。

次に、多原色光源輝度算出部３０３は、赤色光源２０１、緑色光源２０２及び青色光源２０３及び拡張光源２０４の各々に対して、最大三刺激値を表示するための光源輝度を算出する。しかし、３つの三刺激値から、４つの光源輝度を求めることになるため、解が１つに定まらない。本実施形態では、赤色光源２０１、緑色光源２０２及び青色光源２０３及び拡張光源２０４の消費電力が最小となるように、０〜１の相対値で算出される赤色、緑色、青色及びシアンの光源輝度Ｒ_ＢＬ、Ｇ_ＢＬ、Ｂ_ＢＬ、Ｃ_ＢＬの組み合わせを求める。即ち、数式（３）の制約条件の下で、数式（４）を解いて光源輝度Ｒ_ＢＬ、Ｇ_ＢＬ、Ｂ_ＢＬ、Ｃ_ＢＬを算出する。このように、各光源の消費電力が最小になる条件を課して、各光源を発光させるべき輝度を決めることにより、画像表示部１０４における消費電力を低減することができる。

ここで、（Ｘ_Ｒ，Ｙ_Ｒ，Ｚ_Ｒ）、（Ｘ_Ｇ，Ｙ_Ｇ，Ｚ_Ｇ）、（Ｘ_Ｂ，Ｙ_Ｂ，Ｚ_Ｂ）、（Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ，Ｚ_Ｃ）は、夫々、液晶パネル１０５に白を表示して、赤色光源２０１、緑色光源２０２及び青色光源２０３及び拡張光源２０４を発光させたときの三刺激値を示す。また、ｐ_Ｒ、ｐ_Ｇ、ｐ_Ｂ、ｐ_Ｃは、夫々、赤色光源２０１、緑色光源２０２及び青色光源２０３及び拡張光源２０４の消費電力比率を示す。消費電力比率は、消費電力が高いほど大きい値をとる。数式（３）及び数式（４）は、制約条件付きの最小化問題であり、例えば線形計画法を用いて解くことができる。

なお、本実施形態では、数式（３）に示した消費電力を最小化する条件の下で、光源輝度を求めているが、これに限定されず、他の条件の下で、光源輝度が導出されてもよい。また、多原色光源輝度算出部３０３は、数式（３）及び数式（４）に従って数値計算により光源輝度を求める例に限らず、他の方法で光源輝度を求めてもよい。一例として、最大三刺激値となる光源輝度Ｒ_ＢＬ、Ｇ_ＢＬ、Ｂ_ＢＬ、Ｃ_ＢＬの組み合わせを様々に変化させた際の消費電力及び画像表示部１０４の色域を計測し、消費電力が小さく、画像表示部１０４の色域が大きくなるような光源輝度Ｒ_ＢＬ、Ｇ_ＢＬ、Ｂ_ＢＬ、Ｃ_ＢＬの組み合わせを調整により求め、その最大三刺激値と各色の光源輝度との組み合わせを記述した参照テーブルが予め用意され、多原色光源輝度算出部３０３は、取得した最大三刺激値で参照テーブルを参照することで、各色の光源輝度Ｒ_ＢＬ、Ｇ_ＢＬ、Ｂ_ＢＬ、Ｃ_ＢＬを求めてもよい。

このように、本実施形態では、入力画像信号１０に応じて、バックライト１０６内の多原色光源１１０の輝度を変化させることにより、表示画像のコントラスト及び色再現域を向上させることができる。

図１の階調変換部１０２は、多原色光源輝度設定部１０１で導出された多原色光源１１０の光源輝度、即ち、赤色、緑色、青色及びシアンの光源輝度Ｒ_ＢＬ、Ｇ_ＢＬ、Ｂ_ＢＬ、Ｃ_ＢＬに基づいて、入力画像信号１０の各画素の階調値を変換して、変換画像信号１２を生成する。階調変換部１０２は、まず、多原色光源輝度設定部１０１の色域変換部３０１と同様にして、３原色の入力画像信号１０の画素位置（ｘ，ｙ）の階調値Ｌ_Ｒ（ｘ，ｙ）、Ｌ_Ｇ（ｘ，ｙ）、Ｌ_Ｂ（ｘ，ｙ）から、色域変換された三刺激値Ｘ_ｔ（ｘ，ｙ）、Ｙ_ｔ（ｘ，ｙ）、Ｚ_ｔ（ｘ，ｙ）を求める。

次に、階調変換部１０２は、多原色光源１１０の光源輝度Ｒ_ＢＬ、Ｇ_ＢＬ、Ｂ_ＢＬ、Ｃ_ＢＬに従って多原色光源１１０が発光した場合に、色域変換された三刺激値Ｘ_ｔ（ｘ，ｙ）、Ｙ_ｔ（ｘ，ｙ）、Ｚ_ｔ（ｘ，ｙ）を画像表示部１０４で表示するために、色域変換された三刺激値Ｘ_ｔ（ｘ，ｙ）、Ｙ_ｔ（ｘ，ｙ）、Ｚ_ｔ（ｘ，ｙ）を変換階調値Ｌ_Ｒ´（ｘ，ｙ）、Ｌ_Ｇ´（ｘ，ｙ）、Ｌ_Ｂ´（ｘ，ｙ）に変換する。変換方法は、様々に考えられる。本実施形態では、光源輝度Ｒ_ＢＬ、Ｇ_ＢＬ、Ｂ_ＢＬ、Ｃ_ＢＬに従って多原色光源１１０が発光した場合に、色域変換された三刺激値Ｘ_ｔ（ｘ，ｙ）、Ｙ_ｔ（ｘ，ｙ）、Ｚ_ｔ（ｘ，ｙ）が画像表示部１０４で表示可能なように変換階調値を手動で調整し、光源輝度と色域変換された三刺激値と変換階調値との関係を予め求めておき、これを記述したＬＵＴ（図示せず）を階調変換部１０２が保持している。階調変換部１０２は、光源輝度及び色域変換された三刺激値で、このＬＵＴを参照して変換階調値を求める。

このようにして、階調変換部１０２は、入力画像信号１０の画素毎に、変換階調値Ｌ_Ｒ´（ｘ，ｙ）、Ｌ_Ｇ´（ｘ，ｙ）、Ｌ_Ｂ´（ｘ，ｙ）を求めて、全ての画素の変換階調値Ｌ_Ｒ´（ｘ，ｙ）、Ｌ_Ｇ´（ｘ，ｙ）、Ｌ_Ｂ´（ｘ，ｙ）を含む変換画像信号１２を生成する。変換画像信号１２は、制御部１０３に送られる。

制御部１０３は、変換画像信号１２と、この変換画像信号１２を液晶パネル１０５へ書き込むタイミングを指定する同期信号とを含む駆動信号１３を生成する。一例として、同期信号は、液晶パネル１０５を駆動するための水平同期信号及び垂直同期信号を含む。さらに、制御部１０３は、バックライト１０６内の赤色光源２０１、緑色光源２０２、青色光源２０３及び拡張光源２０４を多原色光源輝度信号１１に従って実際に発光させるための光源輝度制御信号１４を生成し、さらに、多原色光源１１０内の各光源２０１、２０２、２０３、２０４を発光させるタイミングを指定するタイミング信号１５を生成する。駆動信号１３は、液晶パネル１０５に送られ、光源輝度制御信号１４及びタイミング信号１５は、バックライト１０６へ送出られる。

図５（ａ）〜（ｅ）は、タイミング信号、緑色、青色、赤色及びシアンの光源輝度制御信号のタイミングの関係を示している。本実施形態では、多原色光源１１０内の各光源２０１、２０２、２０３、２０４は、発光ダイオード（ＬＥＤ：light-emitting diode）であり、各光源２０１、２０２、２０３、２０４の輝度変調をパルス幅変調（ＰＷＭ：pulse-width modulation）で行う。パルス幅変調制御では、発光期間（図３においてＯＮで示される。）と非発光期間（図３においてＯＦＦで示される。）との比を高速に切り替えることにより光源の輝度が変調される。

タイミング信号１５は、図５（ａ）に示すように、１フレーム期間に一度、多原色光源１１０が発光するタイミングを指定する信号である。各色の光源輝度制御信号は、図５（ｂ）〜（ｅ）に示すように、各色の光源輝度に応じた長さのパルス幅を有するＰＷＭ信号であり、タイミング信号１５と同期したタイミングで各光源２０１、２０２、２０３、２０４を駆動する。従って、赤色光源２０１、緑色光源２０２、青色光源２０３及び拡張光源２０４は、同時に発光を開始し、同時に発光している期間を有する。本実施形態では、同時に発光している期間を有するように、各光源２０１、２０２、２０３、２０４が駆動されるので、充分な輝度が確保され、色割れが発生することがなく、画質が向上される。

なお、図５には、赤色光源２０１、緑色光源２０２、青色光源２０３及び拡張光源２０４が同時に発光している期間を有する例が示されているが、これに限定されず、赤色光源２０１、緑色光源２０２、青色光源２０３及び拡張光源２０４のうちの少なくとも２つが同時に発光している期間を有していればよい。例えば、拡張光源２０４は、赤色光源２０１、緑色光源２０２及び青色光源２０３とは異なるタイミングで発光を開始するように、駆動されてもよい。

画像表示部１０４は、バックライト１０６、及びバックライト１０６から入射する光の透過率を変調する液晶パネル１０５を備える。一般に、バックライト１０６用の光源には、冷陰極管又は発光ダイオード（ＬＥＤ）等の光源が使用される。本実施形態では、発光輝度の制御が容易であるＬＥＤ光源をバックライト１０６の光源として使用し、ＬＥＤ光源をＰＷＭ制御により輝度変調している。光源輝度制御信号１４は、多原色光源輝度信号１１に基づいて生成されたＰＷＭ信号である。

画像表示部１０４では、制御部１０３で生成された駆動信号で液晶パネル１０５が駆動され、その結果、階調変換部１０２で生成された変換画像が液晶パネル１０５に書き込まれる。また、画像表示部１０４では、タイミング信号１５により決められたタイミングで、且つ、制御部１０３で生成された光源輝度制御信号１４に従った輝度で、バックライト１０６の多原色光源１１０が発光する。これにより、画像表示部１０４に、入力画像信号１０に応じた画像が表示される。

以上のように、本実施形態に係る画像表示装置は、３原色の赤色光源２０１、緑色光源２０２及び青色光源２０３を含む基本光源２００に加えて、赤色光源２０１の発光ピーク波長と青色光源２０３の発光ピーク波長との間に発光ピーク波長を有する拡張光源２０４を備え、入力画像信号１０に応じて赤色光源２０１、緑色光源２０２、青色光源２０３及び拡張光源２０４を輝度変調し、さらに、入力画像信号１０の階調値の変換を行うことで、表示画像のコントラスト及び色再現域を向上させることができる。

（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態に係る画像表示装置を概略的に示している。第２の実施形態に係る画像表示装置は、第１の実施形態と異なり、バックライト１０６に設定された分割領域毎に画像表示部１０４を制御する。

図７の画像表示装置は、多原色光源輝度設定部１０１、光源輝度分布算出部６０７、階調変換部１０２、制御部１０３及び画像表示部１０４を備えている。本実施形態に係る多原色光源輝度設定部１０１、階調変換部１０２及び制御部１０３は、分割領域毎に多原色光源１１０を制御するために、第１の実施形態で説明した動作とは部分的に異なる動作をする。これら多原色光源輝度設定部１０１、階調変換部１０２及び制御部１０３については、第１の実施形態とは異なる動作を主に説明する。

図８は、バックライト１０６に設定される分割領域の一例を示している。図８では、多原色光源１１０がマトリクス状に配列されており、バックライト１０６を分割した分割領域の各々に１つの多原色光源１１０が含まれている。より具体的には、赤色、緑色及び青色の発光ピーク波長を夫々有する赤色光源２０１、緑色光源２０２及び青色光源２０３、並びに緑色光源２０２及び青色光源２０３の発光ピーク波長間のシアンの発光ピーク波長を有する拡張光源２０４を含む多原色光源１１０が水平方向に５つずつ、垂直方向に４つずつ配置されており、バックライト１０６が５×４個の矩形状の分割領域に分割され、各分割領域に１つの多原色光源１１０が含まれている。

なお、分割領域に含まれる多原色光源１１０の数は１に限定されず、バックライト１０６は、複数の多原色光源１１０が１つの分割領域に含まれるように領域分割されてもよい。

次に、図７の画像表示装置内の各部を詳細に説明する。

図７の画像表示装置では、入力画像信号１０は、多原色光源輝度設定部１０１及び階調変換部１０２へ入力される。多原色光源輝度設定部１０１は、バックライト１０６に設定された分割領域に対応して、入力画像信号１０を複数の（例えば５×４個の）分割領域に分割し、分割領域毎に多原色光源１１０の光源輝度を算出する。入力画像信号１０は、多原色光源１１０の数より多くの画素を有しており、従って、入力画像信号１０を分割した分割領域には、複数の画素が含まれる。

多原色光源輝度設定部１０１の動作をより詳細に説明すると、最初に、多原色光源輝度設定部１０１は、入力画像信号１０の色域から画像表示部１０４で表示可能な色域に、入力画像信号１０の階調値の変換を画素毎に行う。具体的には、多原色光源輝度設定部１０１は、例えば数式（１）に従って、入力画像信号１０の階調値から逆ガンマ補正後の値を画素毎に算出し、そして、例えば数式（２）に従って、逆ガンマ補正後の値から三刺激値を画素毎に算出する。

次に、多原色光源輝度設定部１０１は、算出した三刺激値に基づいて多原色光源１１０の光源輝度を分割領域毎に算出する。具体的には、多原色光源輝度設定部１０１は、分割領域毎に、算出した三刺激値から最大三刺激値を検出し、例えば数式（３）及び（４）に従って、多原色光源１１０の消費電力を最小化する条件下で、分割領域毎の最大三刺激値から、その分割領域に対応する多原色光源１１０の光源輝度を算出し、多原色光源輝度信号１１を生成する。従って、本実施形態の多原色光源輝度信号１１には、分割領域毎の多原色光源１１０の光源輝度が含まれる。多原色光源輝度信号１１は、光源輝度分布算出部６０７及び制御部１０３に送られる。

なお、入力画像信号１０を複数の分割領域に分割する方法としては、図８に示すような均等に分割する例に限らず、各分割領域の一部が重なるように入力画像信号１０に分割領域が設定されてもよい。

光源輝度分布算出部６０７は、分割領域毎に算出された光源輝度に従って全ての多原色光源１１０が同時に発光した場合のバックライト１０６の全体の輝度分布（バックライト輝度分布又は光源部輝度分布という）を算出する。バックライト輝度分布は、各多原色光源１１０内の各光源２０１、２０２、２０３、２０４が単独で発光した場合の輝度分布を足し合わせることで得られる。

図８は、バックライト１０６内の１つの光源（例えば、赤色光源２０１、緑色光源２０２、青色光源２０３及び拡張光源２０４のいずれか１つ）が発光した場合の輝度分布（発光輝度分布）を模式的に示す。図８は、説明を簡単にするために、１次元で輝度分布を表現しており、横軸が位置を示し、縦軸が輝度を示している。図８では、横軸の下方に丸で示す位置に光源が設定されており、そのうちの白丸で示す光源が単独で発光した場合の発光輝度分布が示されている。発光輝度分布は、各光源２０１、２０２、２０３、２０４で異なる。

図８から分かるように、発光輝度分布は、近傍の光源位置まで広がりを持つ。このため、多原色光源輝度信号１１に従ってバックライト１０６が点灯した際の輝度に基づいて階調変換部１０２で階調変換を行うために、光源輝度分布算出部６０７は、多原色光源輝度信号１１に従って発光する各多原色光源１１０の各光源２０１、２０２、２０３、２０４の発光輝度分布を足し合わせることで、バックライト輝度分布を算出する。

図９は、バックライト１０６内の複数の光源が発光した場合の輝度分布を模式的に示す。図９は、説明を簡単にするために、１次元で輝度分布を表現している。図９では、横軸の下方に丸で示す位置の全ての光源が発光しており、各光源は、破線で示される個別の発光輝度分布を持つ。これらの発光輝度分布を足し合わせることにより、実線で示される複数の光源による輝度分布が算出される。

図８に示すような光源の発光輝度分布は、実際に光源を単独で発光させて、その輝度を測定することで得られる。本実施形態では、測定に基づいて得られた、光源からの距離と輝度との関係を記述したＬＵＴ（図１０に示される）がＲＯＭ等の記録媒体に予め格納されている。他の例では、発光輝度分布は、測定に基づいて光源からの距離に関する近似関数として求められ、光源輝度分布算出部６０７に保持されてもよい。

図１０は、光源輝度分布算出部６０７をより詳細に示している。光源輝度分布算出部６０７では、多原色光源輝度信号１１は、光源輝度分布取得部１００１に入力される。光源輝度分布取得部１００１は、ＬＵＴ１００２から赤色光源２０１、緑色光源２０２、青色光源２０３及び拡張光源２０４の発光輝度分布を取得する。その後、光源輝度分布取得部１００１は、発光輝度分布に、分割領域毎に算出された多原色光源１１０の光源輝度を掛け合わせることで、図９の実線で示すような輝度分布を分割領域毎に求める。分割領域毎の輝度分布６１は、輝度分布合成部１００３に送られる。

輝度分布合成部１００３は、分割領域毎の輝度分布６１を足し合わせることで、バックライト輝度分布を算出する。このような処理を、赤色光源２０１、緑色光源２０２、青色光源２０３及び拡張光源２０４に対して行うことで、バックライト輝度分布を算出し、光源輝度分布信号６０を生成する。光源輝度分布信号６０は、階調変換部１０２に入力される。

階調変換部１０２は、光源輝度分布信号６０に基づいて、入力画像信号１０の３原色の各色の階調値を変換して、変換画像信号１２を生成する。

第２の実施形態では、多原色光源輝度設定部１０１で算出された多原色光源１１０の光源輝度は、入力画像信号１０の位置（ｘ，ｙ）毎に異なっている。即ち、多原色光源１１０の光源輝度は、第１の実施形態でＲ_ＢＬ、Ｇ_ＢＬ、Ｂ_ＢＬ、Ｃ_ＢＬと表したのに対して、位置（ｘ，ｙ）を変数として、Ｒ_ＢＬ（ｘ，ｙ）、Ｇ_ＢＬ（ｘ，ｙ）、Ｂ_ＢＬ（ｘ，ｙ）、Ｃ_ＢＬ（ｘ，ｙ）と表される。

最初に、階調変換部１０２は、多原色光源輝度設定部１０１と同様にして、入力画像信号１０の画素位置（ｘ，ｙ）の階調値Ｌ_Ｒ（ｘ，ｙ）、Ｌ_Ｇ（ｘ，ｙ）、Ｌ_Ｂ（ｘ，ｙ）から色域変換された三刺激値Ｘ_ｔ（ｘ，ｙ）、Ｙ_ｔ（ｘ，ｙ）、Ｚ_ｔ（ｘ，ｙ）を算出する。次に、階調変換部１０２は、色域変換された三刺激値Ｘ_ｔ（ｘ，ｙ）、Ｙ_ｔ（ｘ，ｙ）、Ｚ_ｔ（ｘ，ｙ）及び光源輝度Ｒ_ＢＬ（ｘ，ｙ）、Ｇ_ＢＬ（ｘ，ｙ）、Ｂ_ＢＬ（ｘ，ｙ）、Ｃ_ＢＬ（ｘ，ｙ）でＬＵＴ（図示せず）を参照して変換階調値を求める。このＬＵＴには、前述したように、光源輝度と、色域変換された三刺激値と、変換階調値との関係が記述されている。階調変換部１０２は、上述した処理を入力画像信号１０の全ての画素の階調値に対して行い、変換画像信号１２を生成する。変換画像信号１２は、制御部１０３に入力される。

制御部１０３は、変換画像信号１２と、変換画像信号１２を液晶パネル１０５へ書き込むタイミングを指定する同期信号とを含む駆動信号１３を生成する。また、制御部１０３は、多原色光源輝度信号１１に基づいて、バックライト１０６内の各多原色光源１１０を実際に発光させるための光源輝度制御信号１４を生成し、多原色光源１１０を発光させるタイミングを指定するタイミング信号１５を生成する。より具体的には、制御部１０３は、多原色光源１１０内の各光源２０１、２０２、２０３、２０４が同時に発光している期間を有するように、多原色光源輝度信号１１に従った輝度で、これらの光源２０１、２０２、２０３、２０４を発光させる。駆動信号１３は、液晶パネル１０５に送られ、光源輝度制御信号１４及びタイミング信号１５は、バックライト１０６に送られる。

本実施形態では、バックライト１０６の分割領域毎に光源輝度制御信号１４が生成される。タイミング信号１５は、多原色光源１００内の赤色光源２０１、緑色光源２０２、青色光源２０３及び拡張光源２０４が同時に発光する期間を有するように、発光開始のタイミングを指定する信号である。即ち、本実施形態の制御部１０３は、図５（ａ）〜（ｅ）に示したタイミング信号と、赤色光源２０１、緑色光源２０２、青色光源２０３及び拡張光源２０４の光源輝度制御信号とのタイミングの関係が、分割領域毎に設定されている点以外は、第１の実施形態と同様である。

以上の処理により求められた液晶パネル１０５を駆動するための水平同期信号及び垂直同期信号といった同期信号を含む駆動信号１３と、光源輝度制御信号１４、タイミング信号１５は、画像表示部１０４へ入力される。

上述したように、画像表示部１０４は、光変調素子部としての液晶パネル１０５と、液晶パネル１０５の背面に設置され、多原色光源１１０を備えたバックライト１０６を備える。画像表示部１０４では、制御部１０３からの駆動信号１３で液晶パネルが駆動され、制御部１０３により出力されたバックライト１０６の分割領域毎の光源輝度制御信号に従った輝度で、バックライト１０６の多原色光源１１０が発光される。このようにして、画像表示部１０４に、入力画像信号１０に応じた画像が表示される。なお、本実施形態では、バックライト１０６の光源としてＬＥＤ光源を用いている。

以上のように、本実施形態に係る画像表示装置は、バックライト１０６を複数の分割領域に分割し、分割領域毎にバックライト１０６を制御することで、第１の実施形態より高コントラストで、且つ、広い色再現域で画像を表示することができる。

上述した実施形態に係る画像表示装置においては、高コントラスト及び広い色再現域を実現することができる。

上述した実施形態では、画像表示部１０４が液晶パネル１０５とバックライト１０６とを組み合わせた透過型液晶表示装置である例を説明したが、これに限定されず、本開示は、透過型液晶表示装置以外にも種々のタイプの画像表示部に適応可能である。例えば、液晶パネルと、ハロゲン光源等の光源を組み合わせた投射型の画像表示部にも適用可能である。また、画像表示部１０４は、ハロゲン光源を光源部として、且つ、ハロゲン光源からの光の反射を制御することにより画像の表示を行うデジタルマイクロミラーデバイスを光変調素子として利用する投射型の画像表示部であってもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…入力画像信号、１１…多原色光源輝度信号、１２…変換画像信号、１３…変換画像制御信号、１４…光源輝度制御信号、１５…タイミング信号、２０…三刺激値信号、１０１，６０１…多原色光源輝度設定部、１０２，６０２…階調変換部、１０３，６０３…制御部、１０４，６０４…画像表示部、１０５…液晶パネル、１０６…バックライト、１１０…多原色光源、２０１…第１の基本光源、２０２…第２の基本光源、２０３…第３の基本光源、２０４…拡張光源、３０１…色域変換部、３０２…参照テーブル（ＬＵＴ）、３０３…多原色光源輝度算出部、６０７…光源輝度分布算出部、１００１…輝度分布取得部、１００２…参照テーブル（ＬＵＴ）、１００３…輝度分布合成部。

Claims (8)

1. 複数の発光ピーク波長を有し白色で発光する基本光源と、前記複数の発光ピーク波長のうち最も短い発光ピーク波長と最も長い発光ピーク波長との間に、前記複数の発光ピーク波長とは異なる発光ピーク波長を有する拡張光源と、を含み、前記基本光源及び前記拡張光源の輝度を所定領域毎に変調可能な光源部と、
   駆動信号に従って前記光源部から入射する光の透過率又は反射率を変調する光変調素子部と、
   入力画像信号の階調値に基づいて、前記基本光源及び前記拡張光源を発光させる輝度を前記所定領域毎に算出して、光源輝度信号を生成する輝度設定部と、
   前記光源輝度信号に従って前記基本光源及び前記拡張光源が発光した場合の光源部輝度分布を算出して、輝度分布信号を生成する輝度分布算出部と、
   前記輝度分布信号に基づいて、前記入力画像信号の階調値を変換して、変換画像信号を生成する階調変換部と、
   前記変換画像信号に基づいて前記駆動信号を生成し、前記光源輝度信号に基づいて前記光源輝度制御信号を生成し、前記基本光源及び前記拡張光源が同時に発光する期間を有するように、前記基本光源及び前記拡張光源を発光させる制御部と、
   を具備することを特徴とする画像表示装置。
2. 前記基本光源は、赤色、緑色及び青色の各々に対応する発光ピークを有する赤色光源、緑色光源及び青色光源を備え、
   前記光源部は、前記赤色光源、前記緑色光源及び前記青色光源の輝度を独立に変調することを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記基本光源は、赤色、緑色及び青色に対応する発光ピークを有する白色光源であることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
4. 前記基本光源は、青色及び黄色に対応する発光ピークを有する白色光源であることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
5. 前記輝度設定部は、前記入力画像の色域から予め設定された色域に、前記入力画像信号の階調値を変換して、色域変換画像信号を生成する色域変換部と、前記色域変換画像信号に基づいて、前記基本光源及び前記拡張光源を発光させる輝度を算出して、前記光源輝度信号を生成する光源輝度算出部を備えることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
6. 前記色域変換部は、前記入力画像信号の色域から、前記基本光源及び前記拡張光源の輝度を変調することにより得られる最大色域に、前記入力画像信号の階調値を変換して、前記色域変換画像を生成することを特徴とする請求項５に記載の画像表示装置。
7. 前記輝度分布算出部は、前記光源輝度信号に従って前記基本光源及び前記拡張光源の各々が発光した場合の発光輝度分布を取得し、取得した発光輝度分布を合成することで前記光源部輝度分布を算出して、前記輝度分布信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
8. 複数の発光ピーク波長を有し白色で発光する基本光源と、前記複数の発光ピーク波長のうち最も短い発光ピーク波長と最も長い発光ピーク波長との間に、前記複数の発光ピーク波長とは異なる発光ピーク波長を有する拡張光源と、を含み、前記基本光源及び前記拡張光源の輝度を変調可能な光源部と、
   駆動信号に従って前記光源部から入射する光の透過率又は反射率を変調する光変調素子部と、
   入力画像信号の階調値に基づいて、前記基本光源及び前記拡張光源を発光させる輝度を算出して、光源輝度信号を算出する輝度設定部と、
   前記光源輝度信号に基づいて、前記入力画像信号の階調値を変換して、変換画像信号を生成する階調変換部と、
   前記変換画像信号に基づいて前記駆動信号を生成し、前記光源輝度に基づいて前記光源輝度制御信号を生成し、前記基本光源及び前記拡張光源が同時に発光する期間を有するように、前記基本光源及び前記拡張光源を発光させる制御部と、
   を具備することを特徴とする画像表示装置。

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