JP2018180306A - 画像表示装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高輝度・高コントラストを必要とする表示装置において、色精度の安定性を向上させることを目的とする。
【解決手段】発光輝度の調整が可能なバックライト部と、液晶パネル部、バックライト制御部およびバックライト近傍温度を検出する温度センサを有する画像表示装置であり、色域特性記憶部、色域演算部、色域変換部および発光レベル決定部を有する。色域特性記憶部は、バックライト設定に応じて選択的に色域特性パラメータを出力する。色域演算部は、温度センサにより検出されたバックライト近傍温度と前記色域特性パラメータから、予め定められた計算式を用いて表示可能色域を算出する。色域変換部は、前記表示可能色域と映像信号色域設定を用いて入力映像信号を変換する。発光レベル決定部は、変換された映像信号にもとづいてバックライト部の発光レベルを決定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像表示装置及びその制御方法に関する。

光源にＬＥＤ（発光ダイオード）を用いる液晶表示装置においては、一般にＬＥＤの発光スペクトルの変化を抑えるために、電流値を一定にしてＰＷＭ（パルス幅変調）で輝度制御を行う。

近年、映像制作分野において高輝度・高コントラストを主眼とするＨＤＲ（High Dynamic Range）映像の制作が進んでおり、表示装置においては輝度を高輝度から低輝度まで設定可能であることが必要とされている。また、表示装置のコントラスト比を向上させるために、入力された画像信号の明るさに応じて光源の発光レベルを制御する技術がある。

ユーザが設定する高輝度から低輝度までのモニタ輝度設定に応じた光源の発光レベル制御と、入力された画像信号の明るさに応じた発光レベル制御の両方をＰＷＭによって実現する場合、発光レベルの制御精度が不足することが生じる。これはＰＷＭではパルス幅の最小分解能が固定であるため、モニタ輝度設定が低輝度である場合、パルス幅の制御可能な数が少ない状態であるためである。そこで、モニタ輝度設定に応じて光源の電流値を変更する制御を併用することで、ＰＷＭによる発光レベル制御の精度低下を回避する方法がある。例えばモニタ輝度設定が低輝度である場合、電流値を下げることで最小分解能あたりの発光レベルを下げ、パルス幅の制御可能な数の減少を回避するといった方法である。

一方で、ＬＥＤは電流値以外にその近傍温度に応じてもその発光スペクトルが変化し、表示画像の色度に変化が生じる。電流値による色度変化と温度による色度変化とが互いに独立である場合は、それぞれ独立に補正を行えばよいが、実際には電流値ごとで近傍温度に対する色変化は振る舞いが異なる場合がある。図４に振る舞いの違いの一例を模式図で示す。図４の例では、電流値の高い方が、近傍温度が高くなるにつれ色度の増加が高い挙動を示している。このため、表示装置において高輝度・高コントラストを実現しつつ、高い色精度も実現するためには、ＬＥＤの電流値と近傍温度の両方を考慮した色度補正が必要となる。

光源の電流の大きさに起因する色度変化を打ち消す技術としては、特許文献１に記載の方法がある。しかしながら、特許文献１に記載の方法では、光源の近傍温度による色度の変化については考慮されていない。

光源の近傍温度を温度センサで検出し、それに応じた光源の制御と映像信号の色変換を行う技術として、特許文献２に記載の方法がある。しかしながら、特許文献２に記載の方法では、光源の電流の大きさによる色度の変化は考慮されていない。また、色変換特性を複数用意して選択的に出力するため、補正に必要な情報をＬＵＴ（LookUpTable）などの形式で予めデータを記憶しておく場合、条件毎に記憶する必要がある。条件毎にＬＵＴを記憶すると、記憶に必要なメモリ容量が増大しコストの増大を生じ得る。

特開２０１０−７８６９０号公報 特開２００６−３０４１６号公報

本発明は、高輝度・高コントラストを必要とする表示装置において、色精度の安定性を向上させることを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る画像表示装置は、
発光輝度の調整が可能なバックライト部１０１と、液晶パネル部１０２、バックライト制御部１０３およびバックライト部の光源近傍温度を検出する温度センサ１０４を有する画像表示装置である。さらに色域特性記憶部１０５、色域演算部１０６、色域変換部１０７、発光レベル決定部１０８を有する。

色域特性記憶部１０５は、バックライト設定に応じて選択的に色域特性パラメータを出力する。色域演算部１０６は、温度センサ１０４により検出されたバックライト近傍温度と前記色域特性パラメータから、予め定められた計算式を用いて表示可能色域を算出する。色域変換部１０７は、前記表示可能色域と映像信号色域設定を用いて、入力映像信号を変換する。発光レベル決定部１０８は、変換された映像信号にもとづいてバックライト部１０１の発光レベルを決定する。

本発明に係る画像表示装置によれば、高輝度・高コントラストを必要とする表示装置において、省メモリ容量な構成にて色精度の安定性を向上させることができる。

本発明の実施例に係る画像表示装置の機能構成の一例を示すブロック図 光源近傍温度に対する色度変化の一例を示すグラフ図 バックライト設定毎の近似式のパラメータの一例を示す図表 光源の電流値と温度に対する色度変化を示す模式図

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。

実施例として、本発明による画像表示装置について図表を参照して説明する。図１は本実施例に係る画像表示装置の機能構成の一例を示すブロック図である。

図１に示すように、本実施例に係る画像表示装置は、バックライト部１０１、液晶パネル部１０２、バックライト制御部１０３、温度センサ１０４、色域特性記憶部１０５、色域演算部１０６、色域変換部１０７および発光レベル決定部１０８を有する。図中の各ブロックの動作について説明する。

バックライト部１０１は、複数の発光領域を有し、各発光領域は赤色ＬＥＤ（発光ダイオード）、緑色ＬＥＤ、及び青色ＬＥＤといった異なる色を発する複数のＬＥＤを有する。バックライト制御部１０３から入力されたバックライト制御信号に従って各光源を発光させる。

液晶パネル部１０２は、複数の液晶素子を有し、入力された画像の画素ごとの階調値に従って各液晶素子を駆動して液晶素子の透過率を変化させる。バックライト部１０１からの光は液晶パネル部１０２の各液晶素子を透過する際に変調され、この変調された光により、画面上に画像が表示される。

バックライト制御部１０３は、発光レベル決定部１０８から入力される発光レベル、バックライト設定およびユーザが設定するモニタ輝度設定に応じて、バックライト部１０１の各光源をバックライト制御信号によって駆動制御する。駆動制御にはＰＷＭ（パルス幅変調）を用い、バックライト制御信号はパルス幅長と電流値を示す信号からなる。発光レベルは表示装置の輝度がモニタ輝度設定に設定された輝度となる状態を１．０とした相対値である。モニタ輝度設定に設定された輝度値と発光レベルを乗算した値を輝度レベルとし、バックライト制御部はバックライト設定に従って電流値を決定し、電流値に応じて輝度レベルをパルス幅長に換算する。この電流値とパルス幅長で光源を駆動することでバックライト部１０１は、輝度レベルに応じた発光を行う。

温度センサ１０４は、バックライト部１０１の光源近傍温度を検出し、色域演算部１０６に出力する。

色域特性記憶部１０５は、バックライト設定に応じて、後述する色域演算部１０６が用いる演算に必要なパラメータを選択的に色域演算部１０６に出力する。

色域演算部１０６は、色域変換部１０７が用いる表示可能色域の色度座標を算出し、色域変換部１０７へ出力する。表示可能色域は、光源近傍温度とバックライト設定に従ってバックライト部１０１を発光させた状態において、バックライト部１０１から発光された光が液晶パネル部１０２で変調された際に表示画像として表示可能な色域範囲の色度座標を示す。色度座標は温度センサ１０４により検出された検出温度を引数とした多項式を用いて計算する。このことにより温度毎にデータ記憶することは不要となる。用いる多項式としては式１に示す２次関数が簡便である。式１中のＴは検出温度、Ｔ０は基準温度である。色域特性記憶部１０５から入力されるパラメータは、ＲＧＢ各原色の色度座標それぞれについて係数ａ、ｂ、ｃおよび基準温度Ｔ０が含まれる。

色域変換部１０７は、映像信号色域設定（ＢＴ．７０９、ＢＴ．２０２０、ＤＣＩ−Ｐ３など映像信号の色域）と色域演算部１０４から入力された表示可能色域から、入力映像信号の変換を行う。映像信号色域と表示可能色域は、それぞれＲＧＢ原色の色度と白色の色度からなる。具体的な信号変換の方法について説明する。まず色度座標からＲＧＢ信号と心理物理量である刺激値ＸＹＺの変換行列の算出について説明する。Ｒの色座標を（ｘｒ、ｙｒ）、ＧＢおよび白も同様に（ｘｇ、ｙｇ）、（ｘｂ、ｙｂ）、（ｘｗ、ｙｗ）と表すとして、式２および式３によりＲＧＢ−ＸＹＺ変換行列Ｍを算出することができる。

映像信号色域の色座標について算出したＲＧＢ−ＸＹＺ変換行列をＭｉ、表示可能色域の色座標について算出したＲＧＢ−ＸＹＺ変換行列をＭｏとする。このとき、映像信号の階調ガンマをγｉ、液晶パネル部１０２の階調ガンマ特性をγｏとし、映像信号をｒｉ，ｇｉ，ｂｉとして式４および式５により信号の変換を行う。

式５中のｒｏ，ｇｏ，ｂｏが変換された映像信号である。すべての信号について式４および式５による計算を行うのは演算の負荷が大きいため、一般に３ＤＬＵＴを用いての演算を行う。この場合の３ＤＬＵＴは例えばＲＧＢ信号それぞれ９個、組み合わせとして計９＾３＝７２９個の入力信号パターンについて出力を予め計算したものである。３ＤＬＵＴよる演算では、組み合わせに該当しない入力信号については、近接する入力信号の出力を線形補間した値で代替する演算を行い、演算量を抑えることができる。

本発明では、演算に用いる３ＤＬＵＴを予め記憶しておくことをせず、映像信号色域および表示可能色域から３ＤＬＵＴ自体を生成する。これにより、複数の３ＤＬＵＴを記憶しなくてもバックライトの近傍温度や駆動電流の違いによる色度の変化を補正することができる。

発光レベル決定部１０８は、色域変換部１０７から出力された映像信号に応じて、発光レベルを決定し、バックライト制御部１０３へ発光レベルを出力する。本実施例における発光レベルは具体的には最大発光を１．０、消灯を０．０とした値である。映像信号に含まれる画素の階調信号の中から最大値を算出し、階調信号を輝度に比例する値に変換したものを発光レベルとする。最大値から発光レベルを決定する方法を用いるのが簡便であるが、最小値や中央値、ヒストグラムといった特徴量も用いて発光レベルを決定する方法を用いても良い。

バックライトの電流値と近傍温度に対する色度の変化について説明する。近傍温度による色度変化の一例を図２に示す。縦軸はバックライト近傍温度３０℃を基準とした場合の色度座標のずれである。ＲＧＢ各原色色度がバックライト近傍温度に応じて変化する特性を示している。図中の点は実際の特性の一例であり、曲線はそれらの二次関数による近似曲線である。近似式を用いることで記憶するデータ量を低く抑えることができる。バックライト設定毎の近似式のパラメータの一例を図３に示す。バックライト設定により駆動する電流値が異なる場合、図３に示すように色度の近似式のパラメータが設定ごとに異なる値となる。

色域特性記憶部１０５がバックライト設定に応じてパラメータを選択的に出力し、色域演算部１０６が温度センサ１０４の検出したバックライト近傍温度に応じて、予め定められた計算式により表示可能色域を算出する。色域変換部１０７は映像信号色域設定と表示可能色域とから信号変換を行う。その結果、バックライト設定とバックライト近傍温度によらず、入力映像信号に対する表示色を常に一定にすることが可能となる。

以上、本発明によれば、高輝度・高コントラストを必要とする表示装置において、省メモリな構成にて色精度の安定性を向上させることができる。

１０１ バックライト部、１０２ 液晶パネル部、１０３ バックライト制御部、
１０４ 温度センサ、１０５ 色域特性記憶部、１０６ 色域演算部、
１０７ 色域変換部、１０８ 発光レベル決定部

Claims (7)

1. 発光輝度の調整が可能な光源部と、前記光源部の近傍温度を検出する温度センサを有する画像表示装置であって、
   光源設定に応じて選択的に色域特性パラメータを出力する色域特性記憶部と、
   前記温度センサにより検出された前記近傍温度と前記色域特性パラメータから、予め定められた計算式を用いて表示可能色域を算出する色域演算部と、
   前記表示可能色域と映像信号色域設定を用いて、外部から入力される画素毎の画像情報である複数の第一の色データを色変換して、複数の第二の色データを算出する色域変換部と、
   前記複数の第二の色データにもとづいて前記光源部の発光レベルを決定する発光レベル決定部と
   前記発光レベルと前記光源設定にもとづいて前記光源を駆動する光源制御部と、
   前記複数の第二の色データにもとづいて前記光源部からの光を画素毎に変調して画像を表示する表示部と、を備えることを特徴とする画像表示装置。
2. 前記表示部は、液晶表示パネル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。
3. 前記光源部は、複数の異なる色を発光する発光ダイオードから構成されることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
4. 前記光源制御部は、前記光源部の発光輝度をパルス幅変調で制御することを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
5. 前記光源制御部は、前記光源設定に応じて光源部への電流を切り替えることを特徴とする請求項４に記載の画像表示装置。
6. 前記計算式は、前記近傍温度を変数とした多項式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。
7. 前記色域特性パラメータは、前記多項式の係数であることを特徴とする請求項６に記載の画像表示装置。