JP3523170B2

JP3523170B2 - 表示装置

Info

Publication number: JP3523170B2
Application number: JP2000287499A
Authority: JP
Inventors: 和樹平; 雅裕馬場
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-09-21
Filing date: 2000-09-21
Publication date: 2004-04-26
Anticipated expiration: 2020-09-21
Also published as: JP2002099250A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置等の
表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置（ＬＣＤ）を代表とする非
発光型、すなわち表示画素自体が発光するのではなく、
画像情報に応じて透過率もしくは反射率を制御する表示
装置は、周囲環境光を利用する一部の反射型表示装置を
除き、表示画面を照明する照明装置を備えている。通
常、照明装置は定常点灯されており、一定の輝度で液晶
表示部（液晶パネル）を照明している。

【０００３】液晶表示部を直接観視する直視型ＬＣＤに
おいては、照明装置は平面形状の面発光素子であり、光
源には主として冷陰極蛍光管が使用される。このような
平面バックライトは、蛍光管の配置によって直下型とサ
イドライト型に区分される。前者は複数の蛍光管を液晶
パネルの真下に配置した構造であり、後者は液晶パネル
直下に導光板を配し、導光板の端面に蛍光管を配置して
照明する方式である。直下型は輝度を高くできるため、
主として車載用、大型ＰＣモニター用のＬＣＤに、サイ
ドライト型は消費電力が低く薄型化が可能なため、モバ
イル用の中小型ＰＣ用ＬＣＤに多く採用されている。両
者の方式とも、液晶表示画面に輝度ムラが生じないよ
う、液晶パネル直下に透過型拡散板を複数枚挿入するな
どして、発光面全面にわたって均一な輝度分布が得られ
るようになっている。

【０００４】また、近年携帯電話向けＬＣＤ用として、
バックライト光源にインバータを必要としない白色ＬＥ
Ｄを用いる方式も提案されている。

【０００５】一方、従来時間的に一定であったバックラ
イトの輝度を画像情報に応じて時間的に可変とすること
により、表示のダイナミックレンジを広げようとする提
案もなされている。すなわち、黒情報が多く表示される
画像に対してはバックライトを暗く、白情報が多く表示
される画像に対してはバックライトを明るく点灯する、
というものである。

【０００６】上述したバックライト輝度を時間的に制御
する方式は、従来のＣＲＴに比べて狭いと言われている
ＬＣＤのダイナミックレンジを広げる方式として有効な
ものである。しかしながら、バックライト輝度の制御を
画面全体にわたって一括して行っているため、画面内に
大きな輝度傾斜を生じるようなハイライト部分を多く含
む画像に対しては、バックライト輝度が時間的に一定で
ある従来の方式とダイナミックレンジは変わらず、ＣＲ
Ｔに比較してダイナミックレンジが低いという問題を解
決することはできない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように、液晶表示
装置に代表される従来の非発光型の表示装置では、ＣＲ
Ｔに比べてダイナミックレンジが狭いという問題があ
り、その解決策として、バックライトの輝度を画像情報
に応じて時間的に変化させる方式が提案されているが、
画面全体で一括してバックライト輝度を制御しているた
め、画面内に大きな輝度傾斜があるような画像に対して
はダイナミックレンジを広げることが困難であった。

【０００８】本発明は上記従来の課題に対してなされた
ものであり、画面内に大きな輝度傾斜があるような画像
に対してもダイナミックレンジを拡大することができ、
高品位の画像を表示することが可能な表示装置を提供す
ることを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る表示装置
は、画像表示部と、前記画像表示部の画像表示領域を照
明するものであって、複数の照明領域を有する照明部
と、入力画像信号に基づいて前記照明部の各照明領域の
輝度を制御する照明輝度制御部と、前記照明輝度制御部
で得られる前記照明部の各照明領域に対する輝度情報に
基づいて前記入力画像信号を変換し、変換された画像信
号を前記画像表示部に向けて供給する画像信号変換部
と、を備えたことを特徴とする。

【００１０】前記画像信号変換部は、前記輝度情報に基
づいて前記入力画像信号の階調を変換する機能を有する
ことが好ましい。

【００１１】本発明では、入力画像信号に基づいて照明
部の各照明領域の輝度が制御されることから、画面全体
のうち、明るい画像情報を多く含むような表示部分に対
しては照明光の輝度を高く、逆に暗い画像情報を多く含
むような表示部分に対しては照明光の輝度を低くするこ
とができ、画面全体のダイナミックレンジを拡大するこ
とができる。ただし、照明領域毎に照明光の輝度を変化
させることから、入力画像信号をそのままの階調で画像
表示部に供給した場合には、表示画像の輝度が各照明領
域間でずれてしまう。本発明では、各照明領域に対する
照明光の輝度に応じて入力画像信号を変換するため、各
照明領域の照明光の輝度に応じて変換された適正な階調
により、各照明領域間で表示画像の輝度にずれのない適
正な画像を得ることができる。

【００１２】以上のことから、本発明では、画面内に大
きな輝度傾斜があるような画像に対しても、広いダイナ
ミックレンジを有するコントラストの高い、高品位の適
正な画像を表示することが可能となる。

【００１３】なお、前記照明部を発光原理が互いに異な
る複数種類の発光素子を用いて構成することにより、例
えば、ある発光素子によって画面全体を照明し、他の発
光素子によって各照明領域の輝度を変化させるといっ
た、それぞれの発光素子の適性に応じた制御を行うこと
ができる。

【００１４】また、複数種類の発光素子を用いた場合、
一般的に発光素子の種類によって発光色が異なる（スペ
クトル分布が異なる）が、発光色の違いに応じた色補償
を行う色補償部を設けることにより、色ずれの少ない高
品位の画像を得ることが可能となる。

【００１５】また、前記照明部の各照明領域を隔壁によ
って分割することにより、隣接する照明領域間における
照明光の相互干渉を抑制することができ、より高品位の
画像を得ることが可能となる。

【００１６】

【発明の実施の形態】まず、本発明の実施形態に係る表
示装置の概要について説明する。

【００１７】本表示装置は大きく分けて、非発光型表示
素子、複数に分割された照明領域を有する照明装置、各
照明領域に対して独立に輝度を制御できる照明制御回
路、及び画像信号を変換する画像変換回路を有してい
る。

【００１８】非発光型表示素子としては、透過型液晶パ
ネルが最適である。透過型液晶パネルは多階調表示可能
であれば良く、ＴＦＴ等のスイッチング素子を備えたア
クティブマトリクス型、パッシブマトリクス型を問わな
い。液晶表示モードについても、現在実用化されている
ＴＮ、ＶＡ、ＩＰＳ、ＯＣＢなどのネマチック系液晶の
他、反強誘電性液晶などのスメクチック系液晶も使用可
能である。また、電気的に多階調表示できないＳＳＦＬ
Ｃなどでも、時間的にスイッチングを行うことによって
擬似的に多階調表示が可能であることから、使用可能で
ある。

【００１９】空間的に輝度を制御するためには、光源を
複数備えるか、或いは光源光を領域毎に遮断及び透過で
きるシャッタを設ければよい。光源を複数備える場合
は、蛍光管を複数列設け、それらを独立に発光制御する
か、ＬＥＤを組み合わせるのが効果的である。特に、画
面全体を一括して輝度制御する場合には蛍光管の輝度を
制御し、特定の領域について輝度制御する場合にはＬＥ
Ｄを用いるのが望ましい。ラスタ表示など画面全体にわ
たって階調が均一な場合にはバックライトの輝度が面内
均一であることが望ましく、画面内に明暗が生じる場合
には画像情報に応じて連続的な輝度変化が生じることが
望ましい。

【００２０】画像変換回路は、バックライトの輝度分布
情報に基づき、液晶パネルに入力する画像情報を変換す
ることで、画面内で正しい階調再現が得られるようにす
る回路である。バックライトの輝度制御と画像情報変換
は、例えば以下のような手順によって行われる。

【００２１】まず、入力された画像情報をバックライト
の制御領域単位毎に分析し、平均もしくは最頻の階調
と、最大階調及び最小階調を抽出する。これらの画像情
報を基に、バックライトの輝度分布が決定される。すな
わち、画像情報が明るい輝度情報を多く含む場合はバッ
クライトの輝度を高く、暗い輝度情報を多く含む場合は
バックライトの輝度を低く設定する。

【００２２】次に、このバックライト制御結果を基に、
より小面積の画像領域毎に階調シフト量を決定する。こ
のとき、画像領域を照明するバックライト輝度制御値が
同一であっても、階調シフト量が同一であるとは限らな
い。なぜならば、画像領域を直接照明する輝度制御値が
同じであっても、周りの画像情報によって画像照明領域
周辺の輝度制御値が変化し、バックライト照明領域間の
クロストークによって画像領域を照明する輝度値が変化
するからである。従って、画像を照明する輝度制御値の
マトリクス情報に基づいて、適正な階調シフト量が決定
される。階調シフト量も一般には線形ではなく、階調と
表示輝度レベルを関係付けるγ特性に従って非線形にシ
フトされる。

【００２３】以下、本発明の具体的な実施形態について
図面を参照して説明する。

【００２４】（実施形態１）図１は、本実施形態の表示
装置本体の構成例を示した図である。表示装置本体は、
透過型液晶ライトバルブ（ＬＣＤ１１）と背面照明装置
（バックライト１２）から構成されており、ＬＣＤ背面
からの照明により画像が表示される。

【００２５】ＬＣＤ１１、バックライト１２は各々複数
の領域に分割されており、ＬＣＤ１１においては、領域
毎のＲＧＢ階調変換データに基づいて画素毎にＲＧＢ信
号が変調制御される。バックライト１２においては、Ｌ
ＣＤ１２の領域毎の画像輝度情報に基づいて輝度制御が
行われる。本実施形態においては、図２に示すように、
ＬＣＤ１１を６×８領域（図２（ａ））、バックライト
１２を３×４領域に分割した（図２（ｂ））。便宜上、
ＬＣＤ１１における領域を（ｉ，ｊ）、バックライト１
２における領域を[ｉ，ｊ]で示す。

【００２６】図３は、本実施形態の表示装置における主
として信号処理について示したブロック図である。

【００２７】ＲＧＢ入力画像信号は、一旦フレームメモ
リ１３に蓄積された後、ＬＣＤ領域毎に読み出される。
読み出されたデータに基づいて画像輝度演算回路１４で
ＬＣＤ領域毎の輝度値が算出され、算出されたＬＣＤ領
域毎の輝度データが画像輝度データ保持部１５に送られ
る。画像輝度データ保持部１５からのＬＣＤ領域毎の輝
度データに基づき、バックライト領域毎のバックライト
輝度レベルがＢ／Ｌ（バックライト）輝度演算回路１６
によって算出され、算出されたバックライト領域毎の輝
度データがバックライト輝度データ保持部１７に送られ
る。バックライト輝度制御回路１８は、バックライト輝
度演算回路１６の演算結果に基づき、バックライト輝度
を領域毎に制御する。

【００２８】一方、フレームメモリ１３に蓄積されたＲ
ＧＢ入力画像信号は１画素毎に順次読み出され、階調変
換回路１９により該画素領域を照明するバックライト１
２の輝度データに基づき階調変調を受ける。さらに、該
画素領域周辺におけるバックライト輝度情報に基づき、
階調補正用ＬＵＴ（ルックアップテーブル）２０のデー
タを用いて、階調補正回路２１により適正な階調補正を
受け、最終的にＬＣＤドライバ２２に入力されるＲＧＢ
信号（Ｒ”Ｇ”Ｂ”）に変換される。以下、このシーケ
ンスについて詳述する。

【００２９】図４は、本実施形態におけるバックライト
の輝度レベルと、輝度及び階調信号との対応関係を示し
た図である。

【００３０】本実施形態では、バックライトの輝度レベ
ル制御を３段階とした。また、本実施形態のＬＣＤの仕
様は、コントラストが２００、ドライバへの入力信号レ
ベルがＲＧＢ各８ｂｉｔであり、γ値（入力信号レベル
対透過率）はＣＲＴと同様の２．２である。ＬＣＤに白
表示信号（Ｒ＝Ｇ＝Ｂ＝２５５）を入力した際に得られ
る白輝度として、レベル２における白表示輝度２５０ｃ
ｄ／ｍ²を基準（ゲイン１）とし、レベル１のバックラ
イト輝度を０．２倍、レベル３では３．０倍に設定し
た。

【００３１】このとき、各バックライト輝度レベルにお
ける入力ＲＧＢ信号対輝度は、Ｂ＝Ｇ{Ｋ＋[Ｗ−Ｋ]×(Ｓ_{RGB ／２５５}）^γ} （１）で表される。ここで、Ｂ：バックライト輝度（ｃｄ／ｍ
²）、Ｇ：ゲイン、Ｗ：ゲイン１における白表示輝度、
Ｋ：ゲイン１における黒表示輝度(＝Ｗ／コントラス
ト）、Ｓ_RGB：入力信号（０〜２５５）、γ：ガンマ
値、である。図５（ａ）及び図５（ｂ）は、各バックラ
イト輝度レベルにおける、入力ＲＧＢ信号レベルと画面
輝度との関係を示した図である。

【００３２】図６（ａ）及び図６（ｂ）は、バックライ
トレベル１〜３の全範囲を用いて８ｂｉｔ表示を行った
場合の、階調信号Ｒ’Ｇ’Ｂ’と画面輝度との関係を示
した図である。

【００３３】階調信号Ｒ’Ｇ’Ｂ’のレベルＳ_R'G'B'と
画面輝度Ｂとの関係は、Ｂ＝Ｋ_min＋[Ｗ_max−Ｋ_min]×(Ｓ_R'G'B'／２５５）^γ （２）で表される。ここで、Ｗ_maxは最大白表示輝度、Ｋ_min
は最小黒表示輝度であり、本実施形態ではそれぞれ、レ
ベル３における白表示輝度（７５０ｃｄ／ｍ²）、レベ
ル１における黒表示輝度（０．２５ｃｄ／ｍ²）であ
る。各レベルの白、黒表示輝度から階調信号Ｒ’Ｇ’
Ｂ’における各レベルの表示可能信号範囲を求めること
ができ、レベル１では０〜７４、レベル２では１２〜１
５４、レベル３では２２〜２５５となる。

【００３４】バックライト輝度を制御する本発明におい
て、入力信号ＲＧＢは階調信号Ｒ’Ｇ’Ｂ’に他ならな
いから、（１）、（２）式を用いてＬＣＤドライバに入
力すべき階調信号Ｒ”Ｇ”Ｂ”を求めることができる。
入力階調信号Ｒ’Ｇ’Ｂ’とＬＣＤ出力用階調信号Ｒ”
Ｇ”Ｂ”との関係を図７に示す。γ値が１でない場合に
は両者は非線形の関係となるが、実際には図７に示すよ
うにほぼ線形の関係で近似できるため、階調変換処理は
小規模な回路で実現可能である。

【００３５】次に、階調変換処理後に行う階調補正方法
について、これまでに述べてきたバックライト輝度レベ
ルの決定方法とともに具体的に説明する。

【００３６】図８は、フレームメモリに蓄積された画像
に対応した入力ＲＧＢ信号レベルについて、図２（ａ）
の画素領域毎に平均輝度階調を算出した結果の一例を示
した図である。ＲＧＢ信号と信号輝度レベルＹとの関係
は、各ＲＧＢ信号の視感度を考慮してＹ＝０．３０Ｒ＋０．５９Ｇ＋０．１１Ｂ（３）のように表すことができる。（３）式の係数は、ＲＧＢ
各色度点と白色点、すなわち表示系の仕様により決定さ
れる。また、誤差は増えるが、計算負荷を軽減するため
に、視感度の高いＧ値で代替することも可能である。

【００３７】本実施形態においては、２×２画素領域が
バックライト単位領域に相当（図２参照）しており、図
８からバックライト領域毎に平均輝度が図１０（ａ）の
ように算出できる。同様に、画素領域毎の信号レベルの
最大値、最小値から、バックライト領域上のＲＧＢ信号
の最大値、最小値が算出可能である。

【００３８】バックライト各領域の輝度レベルは、これ
ら平均、最大、最小輝度信号レベルから、図９に示すよ
うな手順で決定される。

【００３９】すなわち、例えば平均輝度信号レベルに基
づいて適当なバックライト輝度レベルを選択し、他のパ
ラメータ（ここでは最大、最小値）が、選択されたバッ
クライト輝度レベルにおける表示可能信号レベル範囲に
収まるかどうかを判断する。いずれかのパラメータが範
囲外の場合は、繰り返し処理によりバックライト輝度レ
ベルが選択される。全てのパラメータがいずれのバック
ライト輝度レベルにおいても表示可能信号レベル範囲に
含まれない場合には、最小値もしくは最大値のいずれか
が含まれるようなバックライト輝度レベルを選択する。
最大値、最小値のうちどちらを優先的に範囲内とするか
は任意であり、自動或いは手動で判断基準を切り替えて
も良い。自動的に切り替える際の一方針としては、平均
輝度信号レベルが表示可能信号レベル範囲中央に最も近
く位置するようなバックライト輝度レベルを選択する、
等があげられる。固定の場合は、視感度的に敏感な最小
値側を優先するのが一般的に望ましいが、表示画像の絵
柄にも依存するので一概には言えない。

【００４０】本実施形態では、図１０（ａ）に示したよ
うなバックライト領域毎のＲＧＢ表示平均輝度信号レベ
ルから、図１０（ｂ）に示したようなバックライト輝度
レベルを選択した。

【００４１】フレームメモリから順次読み出されたＲＧ
Ｂ信号レベルは、各照明領域のバックライト輝度レベル
情報（図１０（ｂ）参照）から、図７に示すような関係
に基づいて階調変換が行われる。しかしながら、以下に
示すような理由により、階調補正処理を行う必要が生じ
る。

【００４２】図１１は、図１０（ｂ）において輝度レベ
ル１を選択した領域[２，２]と、［２，２］の画面下側
に位置し、輝度レベル３を選択した領域［３，２］の白
表示時における輝度の空間分布を模式的に示した図であ
る。

【００４３】バックライト輝度を領域毎に変調すると、
照明領域間のクロストークにより、ある画素領域を照明
するバックライト輝度には、直下のバックライト領域輝
度だけではなく、隣接照明領域の輝度が重畳される。す
なわち、隣接領域からの照明光の回り込みにより、階調
変換に使用したバックライト輝度から実際のバックライ
ト輝度がずれる(照明誤差)という現象が生ずる。

【００４４】図１１では、簡単のために二つの領域間の
スロストークを示したが、実際には図１０（ｂ）に示す
よう[２，２]領域の周囲の領域すなわち、［１，１］、
［１，２］、［１，３］、［２，１］、［２，３］、
［３，１］、［３，２］、［３，３］において選択され
た輝度レベルの組み合わせにより、実際のバックライト
輝度分布が決定される。照明領域の分割数、領域面積、
バックライトの設計等によってクロストークが決定され
るため、条件によっては、隣接領域以外の照明領域にお
ける輝度レベル変化の影響を受けることもあり得る。例
えば、ある画素領域について輝度レベル１を選択したバ
ックライトの実輝度が、階調変換時の輝度データに対し
て２０％の誤差を含む（２０％輝度が高い）場合には、
図１２に示すように２〜５階調程度の階調変換誤差が生
じ、画素領域間の擬似輪郭や階調反転などの妨害として
視認されることになる。

【００４５】照明誤差による階調変換誤差を補償するた
め、本実施形態では図３に示すように、階調補正用ＬＵ
Ｔ２０を使用して階調補正回路２１により最終的なＬＣ
Ｄドライバ用信号Ｒ”Ｇ”Ｂ”を出力するようにした。
階調補正用ＬＵＴ２０には、画素領域毎に、あるバック
ライト照明領域の輝度レベルとそれに隣接するバックラ
イト照明領域の輝度レベルの組み合わせに対応した階調
補正テーブルデータが格納されており、バックライトの
輝度レベル情報を参照しながら階調補正量を決定するよ
うになっている。

【００４６】以上のように、バックライト輝度レベルに
応じた階調補正を施すことにより、妨害の無い表示が可
能となる。バックライト輝度制御を行わない従来の表示
（白輝度２５０ｃｄ／ｍ²、コントラスト２００）に対
し、本実施形態においては、白輝度７５０ｃｄ／ｍ²、
実効コントラスト３０００の、高品位な表示を行うこと
が可能となる。

【００４７】次に、本実施形態においてバックライトを
領域毎に輝度制御する具体的構成について説明する。

【００４８】図１３は、図１における主としてバックラ
イト１２の構造を模式的に示した図である。本例では、
冷陰極蛍光管１０１を複数本、ＬＣＤ１１直下に配置し
た直下型構造となっている。

【００４９】バックライト１２の各照明領域は、図１３
に示すように、反射板を兼ねた不透明な隔壁１０２によ
って仕切られており、隔壁を突き抜ける形で冷陰極蛍光
管１０１が配置されている。特に図示していないが、こ
れら蛍光管１０１を定常点灯した場合、隔壁１０２の影
などは生じずに、面内でほぼ均一にＬＣＤ１１を照明す
る。また、蛍光間１０２下には、輝度調節用のＬＥＤ
（図示省略）が各領域内に配置されている。

【００５０】図１４は、バックライト１２の断面構造を
示した図である。本例においては、通常の直下型バック
ライト構造と同様に、反射板の上方に冷陰極蛍光管を配
置し、さらにその上方に、輝度を均一化するための第１
拡散シート、正面輝度ゲイン向上用のプリズムシート、
第２拡散シートを配置するとともに、蛍光管直下に白色
のＬＥＤチップ１０３を配置している。このＬＥＤ１０
３には、正面光度の高いレンズタイプでは無く、視角の
広い、いわゆるオーバルタイプのＬＥＤを使用してい
る。

【００５１】このように、従来光取り出し効率の悪かっ
た蛍光管の直下にＬＥＤを配置することで、蛍光管の光
利用効率の低下が抑制されるとともに、ＬＥＤの影など
が輝度の均一性に影響を及ぼすことが防止される。ま
た、ＬＥＤからの発光が蛍光管の存在する法線方向に抑
制された出射分布をとるので、両者の光利用効率を最大
限に活用することができる。

【００５２】図１５は、蛍光管１０１とＬＥＤ１０３の
点灯方法について示した図である。本例では、図１５に
示すように、蛍光管１０１をインバータ回路１０４によ
って定常点灯とし、Ｂ／Ｌ輝度制御回路１０５（図３に
おけるＢ／Ｌ輝度制御回路１８に対応）によりＬＥＤ１
０３で輝度制御を行うようにした。ＬＥＤ１０３の輝度
制御は制御信号に従って行われ、照明領域毎にセグメン
ト的に制御される。照明輝度の最も低いバックライト輝
度レベル１では、蛍光管１０１のみが点灯しており、Ｌ
ＥＤは発光しない。輝度レベル２及び輝度レベル３にお
いて、ＬＥＤ１０３への電流量を制御することで、２段
階にＬＥＤ１０３の発光強度を制御し、所望のバックラ
イト輝度が得られる。

【００５３】このような点灯方式をとることで、照明均
一性及び色度均一性に優れた蛍光管により全体の照明均
一化を行うことができるとともに、蛍光管は定常点灯さ
れるため複数のインバータ回路を必要としない。また、
応答性に優れるとともに、直流点灯によって制御性に優
れたＬＥＤを、効果的に輝度向上目的で使用可能とな
る。さらには、本点灯方式と従来のバックライト定常点
灯方式の切り換えが容易になるため、使用目的に応じて
適宜表示方法を選択することが可能となる。

【００５４】なお、図１５では特に明示しなかったが、
照明領域内のＬＥＤの電流量を個別に調整することによ
り、ＬＥＤ点灯時における照明領域内の輝度均一性を向
上させることが可能である。

【００５５】図１６は、白色ＬＥＤ（日亜化学製ＮＳ
ＰＷ３００ＰＳ）と冷陰極蛍光管（ハリソン電機製２
２５Ｌ３ＰＦＪ）を組み合わせた場合の発光スペクトル
分布と、ＴＦＴ−ＬＣＤ内に設けられた代表的なカラー
フィルタの分光透過率特性を示した図である。

【００５６】一般的に、冷陰極蛍光管と白色ＬＥＤの発
光スペクトルは著しく異なっており、白色ＬＥＤによっ
て輝度ゲインを変化させると、白色点及びＲＧＢ色度点
にシフトが生じる。

【００５７】図１７は、図４にしたがって、図１６に示
した白色ＬＥＤの輝度ゲインを変化させた場合の、白色
点及びＲＧＢ色度点を示した図である。色度シフトが著
しく大きいと、輝度レベルの異なる照明領域間で色再現
誤差が生じ、ブロックノイズとして認識される他、ＣＭ
Ｓ（カラーマネジメントシステム）における正確な色再
現への障害となる。

【００５８】色度シフトを低減させるためには、白色Ｌ
ＥＤと蛍光管のスペクトルを調整することにより、白色
点をできるだけ一致させるようにする。図１６において
は、ブルカラーフィルタのカットオフ特性を５００ｎｍ
程度に設定し、白色ＬＥＤのグリーン波長領域における
蛍光体発光スペクトル成分を含まないようにするなど、
カラーフィルタの色純度を上げることが効果的である。

【００５９】しかしながら、このような対策を施しても
色度シフト低減効果が不十分な場合には、以下の例によ
って色度シフトを解消することが可能である。図１８
に、その一例を示したブロック図である。

【００６０】図１８では、図３に示した階調変換回路１
９、階調補正用ＬＵＴ２０及び階調補正回路２１を拡張
し、輝度レベルだけではなく、色度値に対する階調変換
及び補正を行うために、色度計算回路３１、色補正用Ｌ
ＵＴ３２、色補正回路３３及びＲＧＢ信号変換回路３４
を設けている。

【００６１】図１８において、色度計算回路３１では、
ＲＧＢ入力信号と、入力信号値から決定されるバックラ
イト輝度レベルとに基づき、三刺激値ＸＹＺが計算され
る。このようにして予想された三刺激値に対し、バック
ライト照明分布に起因する補正値及び色補正量を、色補
正用ＬＵＴ３２を用いて変換することで、修正ＸＹＺを
求める。さらに、（Ｘ，Ｙ，Ｚ）から（Ｒ，Ｇ，Ｂ）へ
の逆変換により、ＬＣＤドライバ２２に印加する信号レ
ベルＲ”Ｇ”Ｂ”を計算する。

【００６２】例えば、輝度レベル１、すなわち冷陰極管
のみの照明条件において、ＲＧＢ入力信号に対してγ特
性を考慮したＲＧＢ出力信号（Ｒ’，Ｇ’，Ｂ’）に対
する三刺激値を（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’）とする。（Ｒ’，
Ｇ’，Ｂ’）から（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’）への変換は、３
×３の線形マトリクスＭを用いて、（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’）^t＝Ｍ（Ｒ’，Ｇ’，Ｂ’）^t （４）のように表される。ここで（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’）^tは、
（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’）の転置行列を表す。マトリクスＭ
の各要素は、各ＲＧＢ表示、（１，０，０）、（０，
１，０）、（０，０，１）をＲＧＢ出力信号として与え
た場合のＸＹＺ三刺激値である。

【００６３】一方、白色ＬＥＤのみの照明条件において
得られる三刺激値ＸＹＺとＲＧＢ出力信号とを関係付け
る線形マトリクスを同様に定義することが可能である。
このマトリクスをＭ’とすると、冷陰極管と白色ＬＥＤ
とを組み合わせた照明によって得られる、（Ｒ’，
Ｇ’，Ｂ’）から（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’）への変換の関係
式は、（Ｘ',Ｙ',Ｚ'）^t＝Ｍ（Ｒ',Ｇ',Ｂ'）^t＋ｇＭ'（Ｒ',Ｇ',Ｂ'）^t ＝（Ｍ＋ｇＭ'）（Ｒ',Ｇ',Ｂ'）^t ＝Ｎ（Ｒ',Ｇ',Ｂ'）^t （５）Ｎ＝Ｍ＋ｇＭ' （６）となる。ここで、ｇは定数であり、ゲインすなわち白色
ＬＥＤの輝度レベルから与えられる。

【００６４】今、ＲＧＢ出力信号として（Ｒ₀'，Ｇ₀'，
Ｂ₀'）を与えた場合、求めるべき色修正ＲＧＢ出力信号
（Ｒ₀ ^"，Ｇ₀ ^"，Ｂ₀ ^"）は、冷陰極蛍光管照明と冷陰極蛍
光管照明＋白色ＬＥＤ照明における色度値（三刺激値）
が等しくなる条件ｓＭ（Ｒ₀',Ｇ₀',Ｂ₀'）^t＝Ｎ（Ｒ₀ ^"，Ｇ₀ ^"，Ｂ₀ ^"）^t （７）から、（Ｒ₀ ^"，Ｇ₀ ^"，Ｂ₀ ^"）^t ＝ｓＮ^-1Ｍ（Ｒ₀',Ｇ₀',Ｂ₀'）^t （８）により得ることができる。ここで、ｓは、冷陰極蛍光管
照明のみの照明条件で冷陰極蛍光管照明＋白色ＬＥＤ照
明と同等の輝度が得られると仮定した場合の比例定数で
あり、Ｎ^-1はＮの逆行列である。

【００６５】また、本手法は、白色ＬＥＤだけでなく、
ＲＧＢそれぞれのＬＥＤを配置した場合にも有効であ
る。図１９は、ＲＧＢ各色のＬＥＤの発光スペクトル、
冷陰極管の発光スペクトル、ＲＧＢカラーフィルタの分
光透過率を示した図である。本構成においては、各色の
ＬＥＤの発光強度を独立に制御可能であるので、図２０
に示すように、ＬＥＤによる白色点を蛍光管の白色点に
一致させることは容易である。

【００６６】本手法では、中間調表示表示における両照
明条件間での色差はあまり大きくないため、図２１に示
すように、彩度予測色補正判断部４１及び彩度補正用Ｌ
ＵＴ４２を設け、一定以上の彩度を持つ信号に対し、簡
便な色修正を加味した階調変換処理により、色補償を行
うことも可能である。この場合、ある一定の輝度及び彩
度を有するＲＧＢ信号レベルに対して補償を施すので、
メモリや信号変換回路の簡素化が可能である。

【００６７】（実施形態２）図２２は、本発明の第２の
実施形態における主要部の構成を示した図である。本実
施形態においては、図２３に示すように、バックライト
１２として冷陰極蛍光管１１１のみを用いた直下型構造
をとり、各冷陰極蛍光管１１１を隔壁１１２によって隔
てている。また、図２２に示すように、各冷陰極管点灯
用のインバータ回路１１３を独立に複数設け、このイン
バータ回路１１３がＢ／Ｌ輝度制御回路１１４（図３に
おけるＢ／Ｌ輝度制御回路１８に対応）に接続されてい
る。

【００６８】本実施形態によれば、従来の直下型バック
ライト構造のＬＣＤに、複数のインバータ回路１１３
と、図３に示したようなＢ／Ｌ輝度制御回路及び階調変
換回路を設けるのみの簡便な構造で、図２４に示すよう
に蛍光管配列方向に対して画像輝度情報に応じた照明輝
度分布を持たせることが可能となる。バックライト構造
がほぼ従来と同様の構造のまま使用できること、画面分
割数が少ないため輝度レベルの組み合わせに応じた階調
補正データが縮小されるなど、回路規模を低減できる効
果が得られる。

【００６９】（実施形態３）図２５は、本発明の第３の
実施形態における主要部の構成を示した図である。本実
施形態は、バックライト光源に冷陰極管を用いず、白色
ＬＥＤ１２１のみで複数の照明領域を構成したことを特
徴とする。本実施形態では、冷陰極管及びインバータを
使用しないので、光源の軽量化及び単純化が図れる。

【００７０】図２６は、照明領域を隔壁などで仕切らな
い場合の、画面内におけるＬＥＤの配置、各ＬＥＤによ
る有効照明領域、階調変換処理を受ける画素領域の関係
について示した図である。本構成では、輝度を均一化す
るためにＬＥＤを稠密に配置している。このような構成
では、実施形態１のような明確な照明領域は存在しない
ため、各ＬＥＤに対応した複数の有効照明領域が輝度レ
ベル選択の基準となる。また、階調補正に対しては、画
素領域を支配的に照明する複数のＬＥＤチップにおける
輝度レベルの組み合わせに対応した階調補正テーブルを
持つ。

【００７１】（実施形態４）図２７は、本発明の第４の
実施形態におけるバックライト部の構成を模式的に示し
た図である。本実施形態は、バックライトをエレクトロ
ルミネッセント（ＥＬ）バックライトとＬＥＤで構成し
たことを特徴とする。

【００７２】本実施形態では、図２７に示すように、照
明領域は４領域に分割されており、ＥＬ発光面は直下型
としてＬＣＤ背面側から照明を行う。図２８に示すよう
に、ＥＬバックライト１３１は、反射電極層と透明電極
層との間にＥＬ発光層を挟んだ構成である。反射電極或
いは透明電極が照明領域毎に分割されているため、セグ
メント的に独立して照明が可能である。ＬＥＤ１３２
は、ＥＬバックライト１３１の上面に配置された導光板
の端面から照明光を入射するサイドライト型の配置をと
っている。導光板には切り欠きを入れるなどして、ＬＥ
Ｄ照明光の領域毎の独立性を高めるようにしている。導
光板の切り欠きは、導光板の端面に垂直に入射した光が
全反射するように、ジグザグ状になっていることが好ま
しい。このように、本実施形態では、ＬＥＤ１３２、Ｅ
Ｌバックライト１３１ともに照明領域が分割されてお
り、両者をそれぞれ輝度変調させることが可能な構造に
なっている。

【００７３】以上のような構成をとることで、ＥＬバッ
クライトとＬＥＤの組み合わせにおいても、本発明の効
果を奏することができる。また、特に図示しないが、Ｅ
Ｌ発光面内にＬＥＤを埋め込んだ構成のバックライト
や、冷陰極のリフレクタ部分にＥＬバックライトを配置
した構成など、様々な光源を組み合わせて使用すること
が可能である。また、異なる種類の光源のうち、一方の
輝度のみを固定して他方の輝度を変調するだけでなく、
両者ともに輝度変調することで輝度レベルを制御するこ
とも可能である。

【００７４】以上、本発明の実施形態を説明したが、本
発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣
旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施するこ
とが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階
の発明が含まれており、開示された構成要件を適宜組み
合わせることによって種々の発明が抽出され得る。例え
ば、開示された構成要件からいくつかの構成要件が削除
されても、所定の効果が得られるものであれば発明とし
て抽出され得る。

【００７５】

【発明の効果】本発明によれば、広いダイナミックレン
ジを有する高品位の画像を表示することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る表示装置本体の
構成例を示した図。

【図２】本発明の第１の実施形態における画面及びバッ
クライトの領域分割の一例を示した図。

【図３】本発明の第１の実施形態に係る表示装置の構成
例を示したブロック図。

【図４】本発明の第１の実施形態において、バックライ
トの輝度レベルと、輝度及び階調信号との対応関係を示
した図。

【図５】本発明の第１の実施形態において、各バックラ
イト輝度レベルにおける、入力ＲＧＢ信号レベルと画面
輝度との関係を示した図。

【図６】本発明の第１の実施形態において、入力階調信
号Ｒ’Ｇ’Ｂ’と画面輝度との関係を示した図。

【図７】本発明の第１の実施形態において、入力階調信
号Ｒ’Ｇ’Ｂ’とＬＣＤ出力用階調信号Ｒ”Ｇ”Ｂ”と
の関係を示した図。

【図８】本発明の第１の実施形態において、画素領域毎
に入力信号レベルの平均輝度階調を算出した結果の一例
を示した図。

【図９】本発明の第１の実施形態におけるバックライト
輝度レベルの選択方法について示した図。

【図１０】本発明の第１の実施形態において、バックラ
イト照明領域毎に入力信号レベルの平均輝度階調を算出
した結果の一例を示した図。

【図１１】本発明の第１の実施形態において、バックラ
イト領域間のクロストークによる照明誤差を示した図。

【図１２】本発明の第１の実施形態において、照明誤差
に起因する階調誤差の一例について示した図。

【図１３】本発明の第１の実施形態におけるバックライ
ト部の構造の一例を示した図。

【図１４】本発明の第１の実施形態におけるバックライ
ト部の一例について、その断面構成を示した図。

【図１５】本発明の第１の実施形態におけるバックライ
トの点灯方法について示した図。

【図１６】本発明の第１の実施形態において、バックラ
イト光源の発光強度分布及びカラーフィルタの透過率特
性を示した図。

【図１７】本発明の第１の実施形態において、白色ＬＥ
Ｄの輝度ゲインを変化させた場合の白色点及びＲＧＢ色
度点を示した図。

【図１８】本発明の第１の実施形態に係る表示装置の変
更例を示したブロック図。

【図１９】本発明の第１の実施形態において、バックラ
イト光源の発光強度分布及びカラーフィルタの透過率特
性を示した図。

【図２０】本発明の第１の実施形態において、各色ＬＥ
Ｄの発光強度を制御した場合の白色点及びＲＧＢ色度点
を示した図。

【図２１】本発明の第１の実施形態に係る表示装置の変
更例を示したブロック図。

【図２２】本発明の第２の実施形態におけるバックライ
トの点灯方法について示した図。

【図２３】本発明の第２の実施形態に係る表示装置本体
の構成例を示した図。

【図２４】本発明の第２の実施形態におけるバックライ
トの照明領域を示した図。

【図２５】本発明の第３の実施形態に係る表示装置本体
の構成例を示した図。

【図２６】本発明の第３の実施形態におけるバックライ
トの照明領域を示した図。

【図２７】本発明の第４の実施形態におけるバックライ
ト部の構成を示した図。

【図２８】本発明の第４の実施形態におけるバックライ
ト部の断面構成を示した図。

【符号の説明】

１１…ＬＣＤ１２…バックライト１３…フレームメモリ１４…画像輝度演算回路１５…画像輝度データ保持部１６…バックライト輝度演算回路１７…バックライト輝度データ保持部１８…バックライト輝度制御回路１９…階調変換回路２０…階調補正用ＬＵＴ２１…階調補正回路２２…ＬＣＤドライバ３１…色度計算回路３２…色補正回路３３…色補正用ＬＵＴ３４…ＲＧＢ信号変換回路４１…彩度予測色補正判断部４２…彩度補正用ＬＵＴ１０１、１１１…冷陰極蛍光管１０２、１１２…隔壁１０３，１２１、１３２…ＬＥＤ１０４、１１３…インバータ回路１０５、１１４…バックライト輝度制御回路１３１…ＥＬバックライト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＧ０９Ｇ 3/20 Ｇ０９Ｇ 3/34 Ｊ 3/34 Ｇ０２Ｆ 1/1335 ５３０ (56)参考文献特開平３−71111（ＪＰ，Ａ) 特開平５−66501（ＪＰ，Ａ) 特開平７−121120（ＪＰ，Ａ) 特開平９−244548（ＪＰ，Ａ) 特開平５−273523（ＪＰ，Ａ) 特開平３−198026（ＪＰ，Ａ) 特開2000−206488（ＪＰ，Ａ) 特開平５−80716（ＪＰ，Ａ) 実開平２−35176（ＪＰ，Ｕ) 特表平10−508120（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G09G 3/00 - 3/38 G02F 1/133 505 - 580

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の画像表示領域を有する画像表示部
と、前記画像表示部内を照明する複数の照明領域を有する照
明部と、前記照明領域に設定すべき照明輝度を該照明領域によっ
て照明される画像表示領域に対する入力画像信号に基づ
いて算出する照明輝度演算部と、前記照明輝度演算部で算出された照明領域の照明輝度に
基づいて、該照明領域によって照明される画像表示領域
に対する画像信号の階調を該照明輝度に応じた階調に変
換する階調変換部と、前記階調変換部で変換された階調を周囲の照明領域の輝
度情報に基づいて補正する階調補正部と、を備えたことを特徴とする表示装置。
【請求項２】前記照明部は、発光原理が互いに異なる複
数種類の発光素子を用いて構成されていることを特徴と
する請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】前記複数種類の発光素子の発光色の違いに
起因した色度シフトを補正するために、前記入力画像信
号に対する色補償を行う色補償部を備えたことを特徴と
する請求項２に記載の表示装置。
【請求項４】前記照明部の各照明領域は、隔壁によって
分割されていることを特徴とする請求項１に記載の表示
装置。