JP2021157070A - 画像表示装置および画像表示装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】画像表示装置に対し、温度条件に応じた、輝度およびムラを補正する技術を提供すること。【解決手段】画像データに基づいて画像を表示する画像表示装置１００は、表示パネル１０２と、表示パネルに光を照射するバックライト１０１と、画像データを補正することで輝度ムラ及び色ムラの少なくとも一方を低減する補正手段１０５と、を有し、補正手段は、表示パネルの温度が第１温度である場合よりも第１温度より高い第２温度である場合のほうが、輝度ムラ及び色ムラの少なくとも一方の補正量が少なくなるように、画像データを補正する。【選択図】図１

Description

本発明は、画像表示装置および画像表示装置の制御方法に関する。

液晶パネルやバックライトを用いた画像表示装置において、表示画面に生じるムラの補正方法について様々な技術が提案されている。例えば、輝度が高い箇所を、輝度が低い箇所と同等の輝度になるように低下させることで輝度ムラを補正する技術がある。しかしながら、ＨＤＲ表示など高輝度が要求される画像表示装置に対して上述の補正方法を用いた場合、ＨＤＲ表示の効果が得られなくなってしまう。ここで、ＨＤＲ（Ｈｉｇｈ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｇｅ）とは、光源の高輝度点灯を行うことでダイナミックレンジを広げる技術である。しかしながら、ＨＤＲ表示は、高輝度を実現するため、バックライトの電力や発熱量が上昇することで液晶パネルの温度も上昇してしまう。液晶パネルは高温で使用し続けると焼き付きやクロストーク等が発生してしまう可能性がある。特にＴＦＴの劣化条件などは、温度によって劣化開始時間が異なり、温度が高ければ高いほど劣化の開始も早まる。

一方で、画像データの画素値やユーザーの設定輝度に応じて輝度ムラおよび色ムラの補正量を調節する技術が提案されている。特許文献１は、画像データの各色成分の強度が高いほど補正量を抑制することで、輝度レベルを低下させることなく輝度ムラおよび色ムラを補正する技術を開示している。特許文献２はユーザーの設定輝度が高いほど補正量を抑制することで、設定輝度が低いときはムラ補正精度を維持する技術が開示されている。

特開２００８−３１０２６１号公報 特開２０１９−８２５０９号公報

しかしながら、特許文献１、２のムラ補正方法では温度条件が考慮されていない。例えば、低温環境での使用時であれば、高輝度であっても、液晶温度がそれほど高くならない。液晶温度が動作温度保証範囲内であっても、補正量を抑制し、ムラ補正精度が低下してしまうという課題がある。

そこで、本発明は、温度条件に応じた、輝度およびムラを補正する技術を提供することを目的とする。

その目的を達成するために、本発明の一側面としての画像表示装置は、画像データに基づいて画像を表示する画像表示装置であって、表示パネルと、前記表示パネルに光を照射するバックライトと、前記画像データを補正することで輝度ムラ及び色ムラの少なくとも一方を低減する補正手段と、を有し、前記補正手段は、前記表示パネルの温度が第１温度である場合よりも前記第１温度より高い第２温度である場合のほうが、前記輝度ムラ及び色ムラの少なくとも一方の補正量が少なくなるように、前記画像データを補正することを特徴とする。

本発明のその他の側面については、以下で説明する実施の形態で明らかにする。

本発明の画像表示装置によれば、温度条件に応じて、輝度低下を抑制し、高精度にムラを補正することができる。

実施形態に係る画像表示装置の一例を示す機能ブロック図。 実施形態に係るパラメータ生成部の一例を示す図。 実施形態に係る参照パラメータの一例を示す図。 実施形態に係る所定の階調値における参照パラメータの一例を示す図。 実施形態に係るムラ補正係数の一例を示す図。 実施形態に係るムラ補正パラメータの一例を示す図。 実施形態に係る輝度設定部の一例を示す図。 実施形態に係る輝度補正係数の一例を示す図。 実施形態に係る補正処理のフローチャート。 実施形態の変形例５に係る映像設定メニューの一例を示す図。

以下、本発明の実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る画像表示装置１００の一例を示す機能ブロック図である。本実施形態に係る画像表示装置１００は、発光部１０１、表示部１０２、温度推定部１０３、パラメータ生成部１０４、ムラ補正部１０５、輝度設定部１０６で構成される。

発光部１０１（発光手段）は、後述する表示部１０２の背面に光を照射するバックライト装置である。発光部１０１は、１つまたは複数の光源（光源部または光源群）を有し、光源から発せられた光は拡散板（図示しない）によって面方向に拡散され、所定の光の広がりをもったバックライトとして表示部１０２を背後から照射する。なお、光源の発光素子はＬＥＤ（発光ダイオード）等を用いることができるが、光源の発光素子はＬＥＤに限定されない。例えば、発光素子として、レーザ素子、有機ＥＬ素子、冷陰極管素子、プラズマ素子等が使用されてもよい。なお、光源から発せられる光の色は白、赤、緑もしくは青色光または紫外光等であってもよい。また、１つの光源は、複数の発光素子を有していてもよい。

また、発光部１０１は、光源の発光輝度を調整可能であり、後述する輝度設定部１０６で設定した輝度に基づいて、光源を駆動する。ここで、発光部１０１の制御する信号は、例えば、光源に印加するパルス信号（電流または電圧のパルス信号）のパルス幅を表す。その場合、発光部１０１が制御信号を調整することにより、光源の発光輝度が調整（ＰＷＭ制御）される。なお、制御信号は、光源に印加するパルス信号の波高値を表す信号であってもよい（ＰＡＭ制御）し、パルス幅と波高値の両方を表す信号であってもよい（ＰＷＡＭ制御）。

表示部１０２は、発光部１０１から発せられる光を液晶パネルで変調することにより（後述する補正後の）画像データに応じた表示を行う機能部である。なお、本実施形態に係る画像表示装置１００は、液晶パネル（液晶表示素子）以外の表示パネル（ＭＥＭＳシャッター等）を用いることもできる。

表示部１０２には、不図示の液晶シャッター素子やカラーフィルタ等がマトリクス状に配置されている。液晶シャッター素子は、画像データの各画素のＲＧＢ値に応じて対応する素子の透過率が変化することによってパネル上に画像を形成する。液晶シャッター素子には、横縦に複数の画素が配置される。また、各画素には、副画素（サブピクセル）として、Ｒ，Ｇ，Ｂ画素が設けられる。カラーフィルタは、発光部１０１から照射された光をＲ，Ｇ，Ｂそれぞれの３波長帯域に分離する部材である。

温度推定部１０３は、液晶パネルの温度を推定可能な部分の温度を取得し、液晶パネルの温度を推定する。推定可能な部分とは、例えば液晶パネルに隣接した部材や、環境温度、光源、発光部の拡散板などの光学シート、電気基板、電気部品などである。直接液晶パネルの温度を検出しても良いが、画質への影響が懸念される場合は好ましくない。温度推定部１０３で推定する温度は、温度を検出する温度センサ（図示しない）のセンサ値から推定する。温度センサには例えばサーミスタなど、温度検出値として温度を出力するセンサを用いる。推定した温度は、パラメータ生成部１０４と輝度設定部１０６に出力する。

パラメータ生成部１０４は、温度推定部１０３で推定した温度に基づいて、ムラ補正パラメータを生成する機能部である。本実施形態では、パラメータ生成部１０４は、表示部１０２の面内の領域毎のムラ補正量を保持する参照パラメータと、補正量を調整する補正係数とを用いてムラ補正パラメータを生成する。

ここで、参照パラメータは、表示部１０２の面内における所定の領域毎に、予め測定、または理論的に計算をすることにより得られる補正値を保持している。これにより、パラメータ生成部１０４は、特定の画面領域（例えば、画面の中心付近）の輝度値がその他の領域に比べて高い場合は、補正値に基づいて特定の画面領域の輝度を下げることで表示部１０２に生じる輝度ムラを低減することができる。

しかし、このようなムラ補正を行う場合は輝度低下を伴うため、ＨＤＲ表示を行う場合、高輝度表示の効果が得られなくなってしまう。そこで、本実施形態では、パラメータ生成部１０４は、温度取得部１０３で検出した温度が高いほど、ムラ補正量（参照パラメータの補正値）が少なくなるように調整する補正係数を設ける。これにより、パラメータ生成部１０４は、液晶パネルの温度が正常動作温度範囲外（例えば６０℃以上）となってしまう場合は、ムラ補正の抑制により、後述する輝度補正係数を下げても、輝度を維持することができるため、液晶温度を下げることができる。逆に、低温環境下でＨＤＲ表示であっても、液晶パネルの温度が正常動作温度範囲内の場合は、ムラ補正量を抑制しなくて良いため、高精度のムラ補正ができる。一方で、パラメータ生成部１０４は、ＨＤＲ表示でなくても、液晶温度が高くなる条件の場合はムラ補正量を抑制し、液晶温度と輝度の維持を優先する。以下、図２を用いてパラメータ生成部１０４の詳細について説明する。

記憶部１０４１は、１つ以上の参照パラメータを保持する。図３は、記憶部１０４１に保持される参照パラメータの例を示す。本実施形態では、入力される画像データの階調値０，２５６，５１２，７６８，１０２３に対応する５種類の参照パラメータが記憶部１０４１に保持される。また、各参照パラメータは、面方向に縦５×横５の領域毎に値（補正値）を有する。なお、上述の階調値以外の場合は、新たに参照パラメータが設けられてもよく、既存の参照パラメータから補間することにより参照パラメータが設けられてもよい。また、参照パラメータの領域数は縦５×横５に限定されない。

図４は、階調値１０２３に対応する参照パラメータの一例を示す。本実施形態では、参照パラメータの値には、補正により画像データの画素値を下げる際の補正値（設定値）が格納される。具体的には、補正により表示部１０２の中心部における画像データの画素値を１００下げる場合には、参照パラメータの該当する値には「−１００」が設定される。なお、参照パラメータに設定する値は、上述の補正値に限定されない。例えば、参照パラメータに設定する値は、領域ごとの輝度値が低下する比率等でもよい。

係数算出部１０４２は、温度推定部１０３で推定した温度に応じてムラ補正係数を算出する機能部である。具体的には、係数算出部１０４２は、温度が高くなるほどムラ補正係数が小さくなるように係数を算出する。図５は、温度とムラ補正係数の関係の一例を示す。本実施形態では、ムラ補正係数は、温度が第１の閾値ｓ１（例えば、５０℃）以下であれば１．０、第２の閾値ｓ２（例えば、６０℃）以上であれば０．０、閾値ｓ１と閾値ｓ２の間であれば線形に変化する。以下の式（１）は、閾値ｓ１，ｓ２をそれぞれ５０℃，６０℃とする場合の温度と補正係数との関係の一例を示す

ここで、ｋはムラ補正係数、ｔは温度を示す。例えば、温度が５５℃の場合、ムラ補正係数は０．５である。なお、温度とムラ補正係数の対応関係は図５および式（１）に示す例に限定されない。

乗算部１０４３は、参照パラメータとムラ補正係数とに基づいてムラ補正パラメータを生成する機能部である。まず、乗算部１０４３は、記憶部１０４１より、入力される画像データの階調値に応じた各参照パラメータを取得する。そして、乗算部１０４３は、各参照パラメータに対して、上述のムラ補正係数を乗ずることでムラ補正パラメータを生成する。これにより、温度が高い（図５の例では約６０℃以上）場合は、ムラ補正係数が０であるためムラ補正パラメータは０となり、後述の輝度補正係数を下げても、ムラ補正による画像データの輝度低下が抑制される。また、温度が低い（図５の例では約５０℃以下）場合は、ムラ補正係数が１であるためムラ補正パラメータは参照パラメータと同様となり、後述するムラ補正部１０５は高精度にムラを補正することができる。

ムラ補正部１０５は、入力される画像データに対して、ムラ補正パラメータに基づいてムラ補正を行い、表示部１０２へ出力する画像データを生成する機能部である。具体的には、ムラ補正部１０５は、ムラ補正パラメータの値に応じて、対応する画像データの画素値を減ずることで輝度ムラの補正を行う。以下、ムラ補正部１０５の詳細について図７を用いて説明する。

図６は、温度が高い場合と低い場合のムラ補正パラメータの例を示す。図６に示すように、温度が低い（４０℃）の場合のムラ補正係数は上述の通り１．０であるため、ムラ補正パラメータは参照パラメータと同一となり、表示部１０２のムラが低減される。一方で、温度取得値が高い（６０℃）の場合のムラ補正係数は０．０であるため、ムラ補正パラメータの値はすべて０になる。このように、温度が高ければムラ補正処理が行われないことにより、ムラ補正部１０５は、ＨＤＲ画像を表示する場合であっても、輝度低下を抑制することができるし、温度が低ければ輝度とムラ補正精度両方の低下を抑制することができる。

輝度設定部１０６は、ユーザーが輝度設定操作に応じて設定した輝度である設定輝度（第１の輝度）から決定されるＰＷＭ値に、温度推定部１０３で推定した温度から決定される輝度補正係数を乗算したバックライトＰＷＭ値を発光部１０１に出力する。例えば、前述したムラ補正係数が１．０で、図４のようなパラメータ生成部１０４参照パラメータが生成された場合、中心輝度は落ちてしまう。一方で温度がまだ動作温度範囲外（例えばｓ２）に達していない場合には輝度補正係数を乗算してバックライトＰＷＭ値を高めることができる。図７を用いて輝度設定部１０６の詳細について説明する。

記憶部１０６１は、設定輝度に応じたＰＷＭ値を保持する。係数算出部１０６２は、温度推定部１０３で推定した温度に応じて輝度補正係数を算出する機能部である。具体的には、係数算出部１０６２は、温度が高くなるほど輝度補正係数が小さくなるように係数を算出する。図８は、温度と輝度補正係数の関係の一例を示す。本実施形態では、ムラ補正係数が１．０の時に表示装置の輝度を１０００ｃｄ／ｍ２にする輝度補正係数を１．２、ムラ補正係数が０．０の時に表示装置の輝度を１０００ｃｄ／ｍ２にする輝度補正係数を１．０とする。その時、輝度補正係数は、温度が第１の閾値ｓ１（例えば、５０℃）以下であれば１．２、第２の閾値ｓ２（例えば、６０℃）以上であれば１．０、閾値ｓ１と閾値ｓ２の間であれば線形に変化する。以下の式（１）は、閾値ｓ１，ｓ２以上をそれぞれ５０℃，６０℃とする場合の温度と補正係数との関係の一例を示す

ここで、ｐは輝度補正係数、ｔは温度を示す。例えば、温度が５５℃の場合、バックライトムラ出力値は１．１である。このように温度に応じてムラ補正係数および輝度補正係数を変えることで、設定輝度が高くても、温度が低ければ高精度な補正が可能だし、設定輝度が低くても、温度が高ければ液晶を保護することができる。なお、温度とムラ補正係数の対応関係は図８および式（２）に示す例に限定されない。

乗算部１０６３は、設定輝度に応じたＰＷＭ値と輝度補正係数とに基づいて発光部１０１に出力するバックライトＰＷＭ値を生成する機能部である。まず、乗算部１０６３は、記憶部１０６１より、設定輝度に応じたＰＷＭ値を取得する。そして、乗算部１０６３は、ＰＷＭ値に対して、上述の輝度補正係数を乗ずることでバックライトＰＷＭ値を生成する。これにより、温度が高い（図８の例では約６０℃以上）場合は、前述のムラ補正係数が０であるためムラ補正パラメータは０となり、輝度補正係数を下げても、ムラ補正による画像データの輝度低下が抑制される。また、温度が低い（図８の例では約５０℃以下）場合は、ムラ補正係数が１であるためムラ補正パラメータは参照パラメータと同様となり、前述したムラ補正部１０５は高精度にムラを補正することができる。

次に、図９のフローチャートを用いて、本実施形態に係る補正処理の動作について説明する。まず、温度推定部１０３は、温度センサにより検出したセンサ値から温度推定する（Ｓ１０１）。そして、係数算出部１０４２は、温度に基づいてムラ補正係数を算出する（Ｓ１０２）。次に、乗算部１０４３（は、ムラ補正係数と、記憶部１０４１の参照パラメータとに基づいてムラ補正パラメータを算出する（Ｓ１０３）。そして、ムラ補正部１０５は、ムラ補正パラメータに基づいて、入力される画像データを補正する（Ｓ１０４）。さらに、係数算出部１０６２は、温度に基づいて輝度補正係数を算出する（Ｓ１０５）。乗算部１０６３は、輝度補正係数と設定輝度に応じたＰＷＭ値に基づいて、バックライトＰＷＭ値を算出し、発光部で出力する。（Ｓ１０６）
以上のように、本実施形態に係る画像表示装置は、温度が高い時はムラの補正量を抑えるように制御することで、高輝度表示（例えば、ＨＤＲ表示）時は輝度低下を抑制し、低輝度表示（例えば、ＳＤＲ表示）時は高精度にムラを補正することができる。また、温度が低い時は、高輝度表示であっても、輝度とムラ補正精度の両方の低下を抑制することができる。

＜変形例１＞
上述の実施形態では、温度推定部は液晶パネルの温度を推定可能な部分の温度を取得し、液晶パネルの温度を推定する、と説明したが、液晶パネルの温度を推定可能な部分でなくとも、例えば環境温度と、設定輝度や画像表示装置の電力から推定することができる。温度センサで環境温度を取得し、設定輝度ごとの液晶温度上昇テーブルを用意し、現在の設定輝度の温度上昇値と環境温度を足し合わせれば、温度推定することができる。

＜変形例２＞
上述の実施形態では、温度に応じて補正係数を変更すると説明したが、環境温度の変化やユーザーが輝度や色度などの画質設定を変更することにより温度は変化する。前述の制御が例えば電源ＯＮした時の一度だけでは温度の変化に対応できないため、周期的に温度を取得し続けることが望ましい。例えば１分に一度温度を取得し、その温度に応じた制御を適応的に行うことで、温度が変化しても補正することができる。

＜変形例３＞
上述の実施形態では、画像表示装置１００が、輝度ムラを補正する例を説明したが、色ムラや、輝度ムラおよび色ムラの両方を補正する場合においても適用することができる。例えば、色ムラの補正を行う場合は、記憶部１０４１にＲ，Ｇ，Ｂ毎に参照パラメータが設けられ、ムラ補正部１０５は、Ｒ，Ｇ，Ｂ毎に画像データの画素値を補正することができる。輝度ムラ、色ムラ双方を補正する場合においては、高輝度表示時は輝度ムラのみ補正効果を抑制するよう処理し、色ムラは設定輝度に関わらず同一の補正を行ってもよい。これにより、輝度低下を抑制しつつ、色ムラを補正することができる。

＜変形例４＞
上述の実施形態では、乗算部１０４３は、入力される画像データの階調値に応じた参照パラメータ全てに対して補正係数を乗ずる例について説明したが、階調値が高い参照パラメータのみに対して、補正係数を乗じてもよい。具体例として、図４に示す参照パラメータのうち階調値７６８および１０２３のみに対して上述の補正係数を乗じて、その他の参照パラメータに対しては上述の補正係数を乗じない。このようにすることで、高輝度表示時においてムラ補正部１０５は、階調値が高い画像データに対しては上述の実施形態と同様に明るさを重視してムラ補正は行わず、階調値が低い画像データに対しては色の均一性を重視してムラ補正を行うことができる。

＜変形例５＞
上述の実施形態では、画像データや設定輝度や環境温度により、表示輝度・補正パラメータ・温度などが異なる。図１０のように、画像表示装置の設定メニューにそれぞれの値を表示することで、ユーザーが現在それぞれどの程度の値となっているかを認識することができる。また、表示画像のレイアウトは、図１０に示すメニュー画面に限定されない。

＜その他の実施形態＞
上述の実施形態では、ムラ補正係数から求まるムラ補正パラメータを用いてムラ補正量を制御する方法について記述したが、設定輝度毎にムラ補正パラメータを設けてもよい。また、本発明は、２重構造の液晶パネル（２重液晶）とバックライトとで構成される画像表示装置や、プロジェクタ等の画像投影装置等に対しても適用することができる。

本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

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。

１００ 画像表示装置
１０１ 発光部
１０２ 表示部
１０３ 温度推定部
１０４ パラメータ生成部
１０５ ムラ補正部
１０６ 輝度設定部

Claims (10)

1. 画像データに基づいて画像を表示する画像表示装置であって、
   表示パネルと、
   前記表示パネルに光を照射するバックライトと、
   前記画像データを補正することで輝度ムラ及び色ムラの少なくとも一方を低減する補正手段と、を有し、
   前記補正手段は、前記表示パネルの温度が第１温度である場合よりも前記第１温度より高い第２温度である場合のほうが、前記輝度ムラ及び色ムラの少なくとも一方の補正量が少なくなるように、前記画像データを補正する
   ことを特徴とする画像表示装置。
2. 前記バックライトを制御する制御手段を有し、
   前記制御手段は、前記表示パネルの温度が前記第１温度である場合よりも前記第２温度である場合のほうが、前記バックライトの輝度が低くなるように、前記バックライトを制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記表示パネルの温度を推定する温度推定手段を有する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。
4. 前記温度推定手段は、温度センサで取得したセンサ値から、前記表示パネルの温度を推定する
   ことを特徴とする請求項３に記載の画像表示装置。
5. 前記温度推定手段は、環境温度と前記バックライトに設定した設定輝度又は前記画像表示装置の電力とから、前記表示パネルの温度を推定する
   ことを特徴とする請求項３に記載の画像表示装置。
6. 前記液晶パネルの温度が高いほど前記補正量を少なくする補正パラメータを生成するパラメータ生成手段を有する
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像表示装置。
7. 前記パラメータ生成手段は、前記表示パネルの温度が高く且つ前記画像データの画素値が大きいほど前記補正量を少なくする前記補正パラメータを生成する
   ことを特徴とする請求項６に記載の画像表示装置。
8. 前記補正手段は、前記補正パラメータに基づいて前記画像データの画素値を変更することで、前記輝度ムラを補正する
   ことを特徴とする請求項６又は７に記載の画像表示装置。
9. 表示パネルと前記表示パネルに光を照射するバックライトとを有し、画像データに基づいて画像を表示する画像表示装置の制御方法であって、
   前記画像データを補正することで輝度ムラ及び色ムラの少なくとも一方を低減する補正ステップ、を有し、
   前記補正ステップでは、前記表示パネルの温度が第１温度である場合よりも前記第１温度より高い第２温度である場合のほうが、前記輝度ムラ及び色ムラの少なくとも一方の補正量が少なくなるように、前記画像データを補正する
   ことを特徴とする画像表示装置の制御方法。
10. 請求項９に記載の画像表示装置の制御方法のステップをコンピュータに実行させるためのプログラム。

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