JP2014089274A - 表示装置、及び液晶表示素子の駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】自然な画像が表示されるようにディスクリネーションを補正すること
【解決手段】表示装置は、それぞれ複数の画素を有し、画像の画面に設定された複数の領域１〜１２の平均輝度の均一性を検出する均一性検出回路１０３と、各領域に対して共通に与える第１の補正量と各領域に対して個別に与える第２の補正量によって前記液晶のディスクリネーションを補正する配向不良抑制回路１０５と、を有し、前記均一性が第１の値のときの第２の補正量よりも前記均一性が前記第１の値よりも高い第２の値のときの第２の補正量の方が小さい。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶プロジェクタ、液晶ディスプレイ、液晶テレビなどの表示装置、及び液晶表示素子の駆動方法に関する。

特許文献１は、液晶プロジェクタにおいて液晶パネルのディスクリネーション（転傾）を補正するために、画面全体の平均輝度に応じて出力信号の最大値を制限する方法を提案している。また、特許文献２は、１画素単位でディスクリネーションの発生量の演算と補正を行う方法を提案している。

特開２００９−６９６０８号公報 特開２００９−２３７３６６号公報

特許文献１の方法は、画面の一部にだけディスクリネーションが発生しても、画面全体に補正をかけるため、画面全体の平均輝度の低下が視認されてしまうという問題がある。また、特許文献２の方法は、画素数分の演算処理が必要となり、特に、動画像の場合は演算速度も求められるため、コストアップとなる。また、局所的なディスクリネーションの補正は不自然な画像が表示されるおそれもある。

本発明は、自然な画像が表示されるようにディスクリネーションを補正することが可能な表示装置、及び液晶表示素子の駆動方法を提供することを目的とする。

本発明の表示装置は、液晶を利用して画像を表示する液晶表示素子を有する表示装置であって、前記液晶表示素子は複数の画素を有し、前記液晶表示素子の表示領域に設定された複数の領域の平均輝度の均一性を検出する第１の検出手段と、各領域に対して共通に与える第１の補正量と各領域に対して個別に与える第２の補正量によって前記液晶のディスクリネーションを補正する補正手段と、を有し、前記第１の検出手段が検出した前記平均輝度の均一性が第１の値のときの前記第２の補正量よりも前記均一性が前記第１の値よりも高い第２の値のときの前記第２の補正量の方が小さいことを特徴とする。

本発明によれば、自然な画像が表示されるようにディスクリネーションを補正することが可能な表示装置、及び液晶表示素子の駆動方法を提供することができる。

液晶表示装置の一例としての液晶プロジェクタのブロック図である。 図２（ａ）は図１に示す液晶パネルの反射率特性のグラフ、図２（ｂ）は図２（ａ）に示す反射率特性を補正するために液晶パネルに印加される電圧特性のグラフ、図２（ｃ）は図２（ｂ）の電圧によって補正された後の反射率特性を示すグラフである。 図３（ａ）はディスクリネーションの影響がない場合の液晶パネルの画素の拡大平面図であり、図３（ｂ）はディスクリネーションの影響を受けた場合の液晶パネルの画素の拡大平面図である。図３（ｃ）はディスクリネーション補正を説明するためのグラフである。 入力画像とディスクリネーション補正の関係を説明するための図である。 本発明の変形例に係るディスクリネーション補正処理のフローチャートである。

図１は、本実施形態に適用可能な液晶表示装置の一例としての液晶プロジェクタのブロック図である。液晶プロジェクタは、入力信号に従って液晶パネルを変調駆動し、光源からの光を利用して画像を不図示の被投射面（スクリーンなど）に投射（拡大投影）する投射型表示装置である。但し、本実施形態に適用可能な液晶表示装置は、液晶ディスプレイや液晶テレビを含む。

液晶プロジェクタは、入力端子１０１、映像入力回路１０２、均一性検出回路１０３、映像処理回路１０４、配向不良抑制回路１０５、パネル駆動回路１０６、液晶パネル１０７（液晶表示素子）、コントローラ１１１、操作パネル１２１、リモートコントローラ１２２を有する。

入力端子１０１に入力された入力信号は、映像入力回路１０２で信号種別の判別が行われ、アナログ映像信号であれば、Ａ／Ｄ変換が行われた上で後段の処理が行われる。

均一性検出回路１０３は、入力信号の映像が画面内でどの程度均一な映像かを表す均一性を検出する第１の検出手段である。本実施形態では、各領域の平均輝度の分散により類似性を求め、分散値が低いほど均一性が高くなる。均一性検出回路１０３は映像処理回路１０４の一部であってもよい。

映像処理回路１０４は、コントローラ１１１に従ってパネル駆動回路１０６に入力される信号を変更することで、製品固有の画像処理や、操作パネル１２１やリモートコントローラ１２２などを用いてユーザにより調整される画像処理がなされるようにする。

配向不良抑制回路１０５はディスクリネーション（転傾）を補正する補正手段である。配向不良抑制回路１０５は、ディスクリネーションの発生量が多いほどパネル駆動回路１０６に入力される入力信号の最小値を上げるか、入力信号の最大値をさげるか、入力信号のゲインを小さくする。つまり、入力信号の最小値と最大値の範囲（レンジ）を小さくする処理を行う。配向不良抑制回路１０５は映像処理回路１０４の一部であってもよい。

パネル駆動回路１０６は、表示装置の表示画像が、入力信号に応じた適切な輝度となるように液晶パネル１０７を駆動する駆動手段である。なお、映像処理回路１０４の代わりに、パネル駆動回路１０６が、ディスクリネーション補正を行ってもよい。

コントローラ１１１は、マイクロコンピュータ（プロセッサ）から構成されて液晶プロジェクタの各部を制御する制御手段として機能する。液晶パネル１０７には、マトリクス状に複数の画素が配置されている。

操作パネル１２１やリモートコントローラ１２２は、ユーザに液晶プロジェクタの各種設定を行うことを可能にする設定手段である。かかる設定には、後述する閾値、表示される画像の種類を決定する表示モード（動画モード、静止画モード）を含む。

一般に、液晶パネル１０７は、面内一様に駆動される場合（液晶パネルが含む画素のうち、有効表示領域（実際に画像表示に使用する領域）内において一様に駆動される場合）、液晶パネル１０７は図２（ａ）に示す反射率特性を示す。図２（ａ）において、横軸は液晶パネル１０７に印加される電圧であり、縦軸は液晶パネル１０７の反射率である。図２（ａ）に示す反射率特性に対して、パネル駆動回路１０６は、図２（ｂ）に示す補正を行う。図２（ｂ）において、横軸は入力信号の輝度値であり、縦軸はパネル駆動回路１０６から液晶パネル１０７に印加される電圧である。図２（ａ）に示す反射率特性に対して図２（ｂ）に示す補正をかける結果、図２（ｃ）に示すような補正された反射率特性が得られる。図２（ｃ）において、横軸は入力信号の輝度値であり、縦軸は液晶パネル１０７の反射率である。

しかし、面内一様でない画像が入力されると、ディスクリネーションが発生する。「ディスクリネーション」とは、隣接する２つの画素の電位差から発生する横電界による液晶の配向不良をいう。ノーマリーブラック型液晶の場合、図３（ａ）に示す状態が表示されるように画素に電圧を加えても、図３（ｂ）に示すように、横電界によって中央の画素の反射率が意図しないものとなる。図３において、枠内の四角はそれぞれ画素に対応する。ディスクリネーションは、隣接画素の電位差が大きいほど発生し易いが、図３のような高輝度ほど階調電位差が大きくなるような非線形な反射率補正と合わせると、入力画素が最高輝度に近いほど発生し易い。

そこで、配向不良抑制回路１０５は、図３（ｃ）に示すように、パネル駆動回路１０６に入力される入力信号の最小値と最大値のいずれかまたは両方、若しくは、ゲインを調節する（ディスクリネーション補正）。図３（ｃ）は横軸が配向不良抑制回路１０５に入力する信号の輝度値であり、縦軸が配向不良抑制回路１０５から出力される信号の輝度値である。同図に示すように、「ディスクリネーション補正あり」の状態はディスクリネーションが発生しやすい最低輝度と最高輝度を制限するため、中間輝度を中心にゲイン制御を行うことで、階調性を保ちながら、ディスクリネーションを抑制することが可能となる。

この場合、画面単位でディスクリネーション補正を行うと画面の一部の領域にディスクリネーションが発生しても画面全体の輝度の低下（画質の低下）が視認されるおそれがある。また、画素単位でディスクリネーション補正を行うと演算量が膨大となり、コストアップを招く。そこで、本実施例では、図４（ａ）に示すように、画面を、それぞれが複数画素で構成される複数の領域１〜１２（即ち、図４では１２の領域）に分割し、領域単位でディスクリネーション補正を行うこととし、これにより、コストアップを防止している。ここで、本明細書における「画面」とは、液晶パネル面上の有効表示領域面のことである。

しかしながら、領域単位でディスクリネーション補正を行っても画素間の電位差が大きい領域にディスクリネーション補正を行うと不自然な画像となる。例えば、図４（ｂ）に示すように、ベタ画像の領域４にディスクリネーションが二重線で示すように発生した場合に領域４の全体にディスクリネーション補正をかけると、図４（ｆ）に示すように、本来のベタ画像と比較すると不自然な画像が出力されてしまう。本実施形態は、この問題を解決している。

配向不良抑制回路１０５は、図４（ａ）に示す各領域のディスクリネーション発生量を演算する。ディスクリネーション発生量は、例えば、一方向の画素値差分の総和などにより表わされる。配向不良抑制回路１０５は、ディスクリネーション発生量が大きければ大きいほど、ゲインが小さくなるように、最小値が大きくなるように、または、最大値が小さくなるように調節する。ディスクリネーションの発生量は増えるが、最大値のみ変わるように制御することでコントラストの低下を防ぐこともできる。

配向不良抑制回路１０５は、各領域に対して共通に与える第１の補正量と各領域に対して個別に与える第２の補正量によって液晶のディスクリネーションを補正する。例えば、配向不良抑制回路１０５は、領域ｉ（ｉは図４（ａ）の領域番号）のディスクリネーション補正量Ｄｉを次式に従って決定する。画面に設定された複数の領域の数をｋ（図４では、ｋ＝１２）とすると、１≦ｉ≦ｋである。
Ｄｉ＝Ｗａ×Ｄａ＋（１−Ｗａ）×Ｄｂｉ・・・（１）
ここで、Ｄａは画面全体のディスクリネーション補正量、Ｄｂｉ（ｉは図４（ａ）の領域番号）は領域ｉのディスクリネーション補正量である。Ｗａ×Ｄａは第１の補正量に対応し、（１−Ｗａ）×Ｄｂｉは第２の補正量に対応する。Ｗａは均一性検出回路１０３が出力する検出値（各領域の平均輝度の分散値）であり、０から１の値をとる。Ｗａ＝１は画面の輝度が均一であることを表す。Ｄａは、Ｄｂｉの最大値でもよいし、平均値でもよい。また、画面全体のディスクリネーション発生量から求められたディスクリネーション補正量でもよい。

映像入力回路１０２と映像処理回路１０４のいずれかは、入力信号に基づいて補正量Ｄａを算出する第１の補正量算出手段と、入力信号に基づいて補正量Ｄｂｉを算出する第２の補正量算出手段と、して機能することができる。なお、これらの補正量の算出方法としては周知の方法を使用することができる。

本実施形態によれば、各領域の平均輝度の分散値が小さい図４（ｂ）の画像が入力された場合には、Ｗａは１に近づくので、数式１から領域間のディスクリネーション補正量の差異は小さくなる。即ち、配向不良抑制回路１０５は、平均輝度の均一性が高いほど（各領域の平均輝度の値が近いほど）第１の補正量を増やし、第２の補正量を減らす。この結果、ディスクリネーション補正結果は図４（ｃ）に示すようになり、図４（ｆ）よりも自然な画像が表示されることになる。また、各領域の平均輝度の分散値が大きい図４（ｄ）の画像が入力された場合にはＷａは０に近づくので、数式１から領域間のディスクリネーション補正量の差異は大きくなる。即ち、配向不良抑制回路１０５は、平均輝度の均一性が低いほど第１の補正量を減らし、第２の補正量を増やす。ディスクリネーション補正結果は図４（ｅ）のようになる。領域間の補正量の違いは目立ちにくい。なお、配向不良抑制回路１０５は第２の補正量だけを与えてもよい。

なお、平均輝度の均一性に対して第１の補正量と第２の補正量は単調に変化する必要はない。即ち、平均輝度の均一性が第１の値のときの第１の補正量よりも均一性が第１の値よりも高い第２の値のときの第１の補正量の方が大きい（あるいは均一性が第２の値のときの第１の補正量の方が小さい）場合があればよい。同様に、平均輝度の均一性が第１の値のときの第２の補正量よりも均一性が第２の値のときの第２の補正量の方が小さい（あるいは均一性が第１の値の時の第２の補正量の方が大きい）場合があればよい。

本実施形態では、画面全体における各領域の平均輝度の分散を使用しているが、複数の領域を含む範囲全体は画面全体に限定されない。例えば、係る範囲は、画面の半分の領域、隣り合う領域など、画面よりも小さい領域であってもよい。

また、数式１を、以下のように、重みｍ、ｎを加えて一般化してもよい。
Ｄｉ＝ｍ×Ｗａ×Ｄａ＋ｎ×（１−Ｗａ）×Ｄｂｉ・・・（２）
更に、上式におけるＷａを次式で規定されるＷａ’に置換してもよい。この場合、配向不良抑制回路１０５は、高周波成分の均一性が高いほど第１の補正量を減らし、第２の補正量を増やし、高周波成分量の均一性が低いほど第１の補正量を増やし、第２の補正量を減らすようにする。これにより、表示画像をより自然な画像に近づけることができる。数式３の各項は適当に重み付けられてもよい。
Ｗａ’＝Ｗａ＋｛１／（高周波成分量の分散値）｝・・・（３）
高周波成分量の均一性に対して第１の補正量と第２の補正量は単調に変化する必要はないことは前述と同様である。即ち、高周波成分量の均一性が第３の値のときの第１の補正量よりも高周波成分量の均一性が第３の値よりも低い第４の値のときの第１の補正量の方が大きい場合があればよい。同様に、高周波成分量の均一性が第３の値のときの第２の補正量よりも高周波成分量の均一性が第４の値のときの第２の補正量の方が小さい場合があればよい。

映像入力回路１０２または映像処理回路１０４が、周知の方法に従って高周波成分量の分散値（均一性）を検出する第２の検出手段として機能することができる。

本実施形態では、複数の領域の平均輝度の分散を使用しているが、分散の代わりに標準偏差、平均差など他の統計量を使用するなど複数の領域の平均輝度の分布を示す他の指標を使用してもよい。

変形例として、図５のフローチャートを用いて、上記各回路による処理を、表示装置等の制御手段がプログラムの指示に基づき行う形態について説明する。

図５のフローチャートは、制御手段が、ユーザからのディスクリネーション補正に関する指示を受け付けると開始される。

まず、ステップＳ１０において、制御手段は液晶表示素子の領域ごとの輝度の分散値を算出する。

次に、ステップＳ２０において、制御手段は分散値に応じた、領域間の液晶のディスクリネーションの補正量を設定する。

次に、ステップＳ３０において、制御手段は補正量を用いて、液晶のディスクリネーションを補正し、処理を終了する。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

表示装置は液晶プロジェクタの用途に適用することができる。

１０３・・・均一性検出回路（第１の検出手段）、１０５…配向不良抑制回路（補正手段）

Claims (8)

1. 液晶を利用して画像を表示する液晶表示素子を有する表示装置であって、
   前記液晶表示素子は複数の画素を有し、前記液晶表示素子の表示領域に設定された複数の領域の平均輝度の均一性を検出する第１の検出手段と、
   各領域に対して共通に与える第１の補正量と各領域に対して個別に与える第２の補正量によって前記液晶のディスクリネーションを補正する補正手段と、
   を有し、
   前記第１の検出手段が検出した前記平均輝度の均一性が第１の値のときの前記第２の補正量よりも前記均一性が前記第１の値よりも高い第２の値のときの前記第２の補正量の方が小さいことを特徴とする表示装置。
2. 前記均一性が前記第２の値のときの前記第１の補正量よりも前記均一性が前記第１の値のときの前記第１の補正量の方が小さいことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記補正手段は、前記ディスクリネーションの発生量が多いほど入力信号の最小値を上げるか、前記入力信号の最大値をさげるか、または、前記入力信号のゲインを小さくすることを特徴とする請求項１または２に記載の表示装置。
4. 前記複数の領域の数はｋであり、
   前記表示装置は、入力信号に基づいて画面全体のディスクリネーションの補正量Ｄａを算出する第１の補正量算出手段と、前記入力信号に基づいて領域ｉ（１≦ｉ≦ｋ）のディスクリネーションの補正量Ｄｂｉを算出する第２の補正量算出手段と、を更に有し、
   前記補正手段は、第１の補正量算出手段によって算出されたＤａおよび前記第２の補正量算出手段によって算出されたＤｂｉに基づいて、領域ｉのディスクリネーションの補正量Ｄｉを次式に従って決定することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の表示装置。
   Ｄｉ＝ｍ×Ｗａ×Ｄａ＋ｎ×（１−Ｗａ）×Ｄｂｉ
   ただし、ｍとｎは重み、Ｗａは前記均一性であり、０から１の値をとり、１に近づくほど前記均一性が高いことを表す。
5. 前記表示装置は、前記複数の領域の高周波成分量の均一性を検出する第２の検出手段を更に有し、
   前記第２の検出手段が検出した前記高周波成分量の均一性が第３の値のときの前記第２の補正量よりも前記高周波成分量の均一性が前記第３の値よりも小さい第４の値のときの前記第２の補正量の方が小さいことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に表示装置。
6. 前記高周波成分量の均一性が前記第４の値のときの前記第１の補正量よりも前記均一性が前記第３の値のときの前記第１の補正量の方が小さいことを特徴とする請求項５に記載の表示装置。
7. 液晶表示素子と、
   前記液晶表示素子の表示領域に対して設定された複数の領域ごとの輝度の分散値を検出する検出手段と、
   前記検出手段が検出した分散値に応じて、領域間の液晶のディスクリネーションの補正量を設定する設定手段と、
   前記補正量を用いて前記液晶のディスクリネーションを補正する補正手段を有することを特徴とする表示装置。
8. 液晶表示素子の表示領域に対して設定された複数の領域ごとの輝度の分散値を検出する検出ステップと、
   前記分散値に応じて、領域間の液晶のディスクリネーションの補正量を設定する設定ステップと、
   前記補正量を用いて前記液晶のディスクリネーションを補正する補正ステップを有することを液晶表示素子の駆動方法。