JP4016183B2 - 映像信号処理装置および表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、映像信号処理装置および表示装置に関し、特に表示パネル上の欠陥画素の輝度を補正する機能を有する映像信号処理装置および当該映像信号処理装置を備えた液晶表示装置に代表される表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、画素の集合体からなる液晶表示装置などの表示装置において、画素を構成するトランジスタなどの回路素子に不具合があり、製造上のばらつき等によってその欠陥画素に他の正常な画素（以下、単に「正常画素」と記す）に対して輝度差があった場合に、その輝度差が数％の誤差範囲内であったとしても表示パネルの不良として扱われるため、歩留まりを落とす原因の一つとなっている。この場合、正常画素に対して、欠陥画素に書き込まれる映像信号のレベルが異なるため、通常は、映像表示画面上に輝点または滅点として反映される。
【０００３】
このように、画素を構成する回路素子に欠陥がある場合には、画素に書き込まれている電圧が正常画素と欠陥画素では異なっているため、実際に画素に書き込まれる輝度レベルに差異が生じていることが考えられる。電圧非印加時に透過率が最大となるノーマリホワイトモードの液晶表示装置において、実際に映像として見えるのは、図６の画素回路において、液晶セル３１および保持容量３２の両端間にかかっている電圧Ｖlcに依存するが、画素トランジスタ３３のリーク等により欠陥画素では他の正常画素に対してこの電圧Ｖlcが異なっているために、電圧Ｖlcが高い場合は滅点として、電圧Ｖlcが低い場合は輝点としてみえてしまう(図１１を参照)。
【０００４】
図１２に、電圧非印加時に透過率が最大となる液晶パネルを例に挙げて正常に動作している画素（正常画素）と欠陥画素との電圧-透過率特性(Ｖ−Ｔ特性)を示す。図１２において、実線（ａ）で示す特性が正常画素のＶ−Ｔ特性例であり、破線（ｂ）で示す特性が欠陥画素の特性例である。
【０００５】
この欠陥画素の輝度を補正するシステムとして、従来、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の３つの表示パネルを有する投射型表示装置において、１つの表示パネルが欠陥画素を有する場合に、当該欠陥画素と同座標の他の２つの表示パネル上の画素の輝度を下げる補正を行う構成のものが知られている（特開２００１−２１８６１号公報参照）。この欠陥画素補正システムにおいては、３つの表示パネルの映像を合成した合成映像において欠陥画素が目立たなくなるため、映像の劣化を極力防ぐことができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例に係る欠陥画素補正システムでは、１つの表示パネル上の欠陥画素に対して他の表示パネル上の正常画素の輝度を合わせるため、欠陥画素が輝点の場合は輝点のまま、滅点の場合は滅点のまま残り、色の補正のみ行うことになり、調整の手間がかかる割に補正効果としては最適とは言えない。またより問題として取り上げられるのは輝点であるため、その問題を解決する手法として十分であるとは言えない。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、画素欠陥を効率良く目立たなく、またはほぼ完全に目立たなくすることが可能な映像信号処理装置および当該映像信号処理装置を用いた表示装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、画素の集合体からなる表示部を表示駆動する映像信号の処理に際し、前記表示部の欠陥画素に対応する映像信号の時間軸上の位置を特定し、当該欠陥画素に対応する映像信号に欠陥画素と正常画素との輝度差を補正する補正信号を重畳するとともに、複数の特定の階調について補正値を設定し、その間の階調での補正量については上下の補正点の補正量を線形あるいは非線形に補間し、前記補正信号の信号レベルを前記欠陥画素に対応する映像信号の信号レベルに応じて制御する構成を採っている。
【０００９】
表示部上の特定の画素が製造上やその他の欠陥によって他の画素に対して輝度が異なる場合、先ず、その欠陥画素に対応する映像信号の時間軸上の位置を特定する。そして、特定した位置のタイミングで欠陥画素に対応する映像信号に補正信号を重畳する。この補正信号は、正常画素に対する欠陥画素の輝度差に応じた信号である。これにより、欠陥画素そのものの輝度が正常画素の輝度と同等となるように欠陥画素の輝度補正が行われる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態に係る映像信号処理装置の構成を示すブロック図である。本実施形態では、駆動対象の映像表示デバイスが画素の集合体、具体的には例えば液晶セルを含む画素が行列状に配置されてなる液晶パネルであるとして話を進めるものとする。図１から明らかなように、本実施形態に係る映像信号処理装置は、ホワイトバランス調整回路１１、γ（ガンマ）補正回路１２、加算器１３、補正値演算回路１４、タイミングコントロール回路１５およびセレクタ１６を有する構成となっている。
【００１２】
ホワイトバランス調整回路１１は、入力される映像信号に対してゲインやブライトネス等のホワイトバランス調整を行う。このホワイトバランス調整後の映像信号はγ補正回路１２に入力される。ここで、一般的に、映像表示デバイスの入力信号に対する出力は、人間の目に対して線形に変化しているように見えない。そこで、γ補正回路１２においては、入力される映像信号に対して駆動の対象となる素子、本例では液晶のＶ−Ｔカーブから人の目の特性に合わせた入出力特性になるようにするためのγ補正が行われる。
【００１３】
γ補正後の映像信号は、加算器１３の一方の加算入力になるとともに補正値演算回路１４に供給される。タイミングコントロール回路１５は、水平同期信号をカウントする水平カウンタ１５１、垂直同期信号をカウントする垂直カウンタ１５２およびこれらカウンタ１５１，１５２の各カウント値をデコードするデコーダ１５３を有する構成となっている。
【００１４】
このタイミングコントロール回路１５において、水平カウンタ１５１が水平画素位置に相当するマスタクロックをカウントし、垂直カウンタ１５２が水平同期信号をカウントする。デコーダ１５３は、例えば図２に示すような輝点（欠陥画素）の位置（座標）情報をあらかじめ内蔵のメモリに保持しており、水平カウンタ１５１および垂直カウンタ１５２の各カウント値をデコードし、輝点位置となったタイミングで輝点補正を必要とする欠陥画素に対応する映像信号の時間軸上の位置を特定し、その特定したタイミングで得られる位置信号をセレクタ１６にそのセレクト信号として与える。
【００１５】
補正値演算回路１４は、欠陥画素に対する補正値を設定する。この補正値はセレクタ１６にその一方の入力として与えられる。セレクタ１６は、補正“０”をその他方の入力としており、タイミングコントロール回路１５からセレクト信号が与えられたときに補正値演算回路１４から与えられる補正値を選択し、それ以外では補正“０”を選択する。このセレクタ１６で選択された補正値または補正“０”は加算器１３にその他方の加算入力として供給される。
【００１６】
加算器１３においては、補正を必要としない正常画素に対応する映像信号に対してはセレクタ１６により選択された補正“０”がγ補正後の映像信号に足し合わされ、輝点補正を必要とする欠陥画素に対応する映像信号に対してはセレクタ１６により選択された補正値がγ補正後の映像信号に足し合わされる。このときの補正値としては正負両方の値をとることが可能である。
【００１７】
ここで、補正値演算回路１４での補正値の設定に関して説明する。入力された映像信号の階調レベルによって欠陥画素と正常画素との輝度差が異なるため、本例に係る補正値演算回路１４では、欠陥画素に対応するγ補正後の映像信号の信号レベルによって補正値（補正信号の信号レベル）を変化させるようにする。具体的には、例えば図３に示すように、いくつかの特定の階調について補正値を設定し、その間の階調での補正量については上下の補正点の補正量を線形あるいは非線形に補間することで算出する手法が考えられる。
【００１８】
次に、上記構成の本実施形態に係る映像信号処理装置の回路動作について説明する。
【００１９】
入力される映像信号は、ホワイトバランス調整回路１１でホワイトバランスの調整が行われた後、γ補正回路１２において液晶のＶ−Ｔカーブから人の目の特性に合わせた入出力特性になるようにするためのγ補正が行われる。この信号処理と並行して、タイミングコントロール回路１５が動作する。具体的には、水平カウンタ１５１が水平画素位置に相当するマスタクロックをカウントし、垂直カウンタ１５２が水平同期信号をカウントする。そして、デコーダ１５３はこれらカウント値をデコードすることにより、欠陥画素に対応する映像信号の時間軸上の位置を特定し、その特定したタイミングでセレクタ１６にセレクト信号として与える。
【００２０】
ここで、欠陥画素に対応する映像信号の時間軸上の位置を特定するには、デコーダ１５３は欠陥画素の液晶パネル上の位置（図２を参照）を知っている必要がある。そのため、当該位置情報がデコーダ１５３の内蔵メモリにあらかじめ格納されている。この欠陥画素の液晶パネル上の位置情報については、例えば、液晶パネルの出荷前の検査段階で取得しておき、その情報をデコーダ１５３にロードするようにすれば良い。あるいは、本映像信号処理装置において、補正値を極端な値に設定して一連の補正処理を実行することで、その補正画素が水平走査および垂直走査を行うに連れて徐々に移動し、いずれ欠陥画素の位置を通過することになるから、その補正画素が欠陥画素に位置したタイミングでのデコーダ１５３のデコード値を欠陥画素の液晶パネル上の位置情報として取り込むようにすれば良い。ただし、これらは一例に過ぎず、これら手法に限られるものではない。
【００２１】
一方、補正値演算回路１４では、欠陥画素が１個とは限らないため、デコーダ１５３に格納されている欠陥画素数に対応した数の補正値を設定するとともに、各欠陥画素の位置情報に応じて対応する欠陥画素についての補正値を出力することになる。
【００２２】
セレクタ１６は、通常、補正“０”を選択している。そして、デコーダ１５３からセレクタ１６に対してセレクト信号が与えられると、セレクタ１６は補正値演算回路１４で設定された補正値を補正“０”に代えて選択する。これにより、輝点補正を必要とする欠陥画素に対応する映像信号に対して、補正値演算回路１４で設定された補正値が加算器１３で重畳される。その結果、図４のデジタル入力に対する出力変換テーブル例に示すように、正常画素の入出力特性（ａ）に対して差を補正値分だけシフトされた欠陥画素の入出力特性（ｂ）を得ることができる。
【００２３】
上述したように、液晶パネルに代表される表示パネルを表示駆動する映像信号の処理に際し、表示パネルの欠陥画素に対応する映像信号の時間軸上の位置を特定し、当該欠陥画素に対応する映像信号に、正常画素に対する欠陥画素の輝度差を補正する補正信号（補正値）を重畳することにより、欠陥画素そのものの輝度が正常画素の輝度と同等となるように欠陥画素の輝度補正が行われるため、画素欠陥を効率良く目立たなくすることができる。特に、補正信号の信号レベルを欠陥画素に対応する映像信号の信号レベルに応じて変えるようにしていることにより、たとえ欠陥画素に必要とされる補正量が輝度レベルによって異なったとしても、より最適な補正量を設定できるため、画素欠陥をほぼ完全に目立たなくすることが可能となる。
【００２４】
なお、本実施形態では、映像信号の信号レベルに応じて補正値を変えるのに、いくつかの特定の階調について補正値を設定し、その間の階調での補正量については上下の補正点の補正量を線形あるいは非線形に補間するようにしたが、これに限られるものではなく、その変形例として例えば、全階調に対して輝点についてのみ独立に補正値をあらかじめ設定したγ補正テーブルを持ち、このγ補正テーブルを用いて映像信号の信号レベルに応じた補正値を設定するようにすることも可能である。
【００２５】
また、補正値演算回路１４での補正値の演算による回路規模の増大が懸念される場合は、演算を行わない構成を採ることも可能である。具体的には、最も視認性が良く輝度レベルの差として認識されやすい階調、例えば視覚上最も目立つ中間調における欠陥画素の正常画素に対する輝度差を固定の補正値として設定し、この補正値を全階調に対して同じように重畳するようにしても輝点の改善は可能である。
【００２６】
さらに、人間の目の視認性という観点から、輝点よりも滅点の方が目立たないため、電圧を印加しない状態で最大透過率となる表示装置、即ちノーマリホワイト型の液晶表示装置では、輝点として見えている欠陥画素に対しては入力される映像信号の信号レベルにかかわらず黒信号（黒レベル）を書き込むようにすることも可能である。このように、黒信号を書き込むことによって輝点を滅点とすることができるため、人間の目の視認性という観点から欠陥画素が目立たないようにすることができる。
【００２７】
なお、本実施形態においては、輝点として見える欠陥画素について補正する場合を例に挙げて説明をしてきたが、補正の方式から勿論、滅点として見える欠陥画素について補正する場合にも適用可能であることは明らかである。
【００２８】
以上説明した上記実施形態に係る映像信号処理装置は、一例として、３板式液晶投影映像表示装置の信号処理系として用いることができる。図５に、３板式液晶投影映像表示装置の構成の概略を示す。
【００２９】
この３板式液晶投影映像表示装置は、液晶パネルモジュール２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂと、これらパネルモジュール２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂを駆動する液晶ドライバ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂと、液晶パネルモジュール２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂを駆動するための各種のタイミングパルスを発生するタイミングジェネレータ２３と、Ｒ，Ｇ，Ｂの各映像信号を処理する映像信号処理回路２４とを有する構成となっている。
【００３０】
液晶パネルモジュール２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂは、２枚の透明絶縁基板（例えば、ガラス基板）間に液晶材料が封入されることによって作製され、行列状に配置された各単位画素上にＲ，Ｇ，Ｂの各カラーフィルタが配された構成となっている。これら液晶パネルモジュール２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂには、走査系を構成するシフトレジスタが内蔵されている。
【００３１】
図６に、単位画素の周辺回路の構成例を示す。同図から明らかなように、単位画素は、互いに並列に接続され、対向電極がＣｓ線３４に接続された液晶セル３１と、この液晶セル３１に対して並列に接続された保持容量３２と、液晶セル３１の画素電極にドレイン電極が、データ線（信号線）３５にソース電極が、ゲート線３６にゲート電極がそれぞれ接続された画素トランジスタ３３とを有する構成となっている。
【００３２】
図７に、３板式液晶投影映像表示装置の光学系の構成を示す。図７において、白色ランプ等の光源４１から発せられる白色光は、ダイクロイックミラー４２で特定の色成分、例えばＲの光成分のみが反射され、残りの色の光成分は当該ダイクロイックミラー４２を透過する。第１のダイクロイックミラー４２で反射されたＲの光成分は、ダイクロイックミラー４３で光路が変更され、偏光板４４Ｒを通してＲの液晶パネルモジュール２１Ｒに入射する。
【００３３】
ダイクロイックミラー４２を透過した光成分については、ダイクロイックミラー４５で例えばＧの光成分が反射され、Ｂの光成分が当該ダイクロイックミラー４５を透過する。ダイクロイックミラー４５で反射されたＧの光成分は、偏光板４４Ｇを通してＧの液晶パネルモジュール２１Ｇに入射する。ダイクロイックミラー４５を透過したＢの光成分は、ダイクロイックミラー４６，４７で光路が変更され、偏光板４４Ｂを通してＢの液晶パネルモジュール２１Ｂに入射する。
【００３４】
液晶パネルモジュール２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂをそれぞれ経由したＲ，Ｇ，Ｂの各光成分は、偏光板４８Ｒ，４８Ｇ，４８Ｂを通してダイクロイックプリズム４９に入射し、このダイクロイックプリズム４９で合成される。そして、このダイクロイックプリズム４９から出射される合成光は、投射レンズ５０によってスクリーン（図示せず）に投射される。
【００３５】
上記構成の３板式液晶投影映像表示装置において、映像信号処理回路２４として、先述した実施形態に係る映像信号処理装置が用いられる。これにより、外部から入力されるＲ，Ｇ，Ｂの各映像信号に対して、映像信号処理回路２４で液晶のＶ−Ｔカーブに合ったγ補正がかけられて出力される。映像信号処理回路２４を経たＲ，Ｇ，Ｂの各映像信号は、液晶ドライブ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂで液晶を交流反転するような駆動波形に変換される。
【００３６】
この交流駆動化された映像信号は、液晶パネルモジュール２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂに入力され、タイミングジェネレータ２３から出力される各パネルの表示領域に合ったタイミングパルスによって特定の画素数ずつ信号線に電圧が書き込まれていく。これらの処理が光の三原色Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれによって行われ、図７に示す光学系に従って３色が合成されて投影されることになる。
【００３７】
このとき、液晶パネルモジュール２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂのある特定の画素において、例えば画素トランジスタのＯＮ電流特性が正常画素のトランジスタの特性に対して低く、ＯＮ時の抵抗が大きい場合には、他の正常画素に対して十分に電圧を書き込むことができず、結果として、ノーマリホワイト型液晶パネルの場合には、欠陥画素が輝点となって見えることになる。これは先に述べたように欠陥画素の外部からの電圧に対する透過率の特性が正常画素に対して異なっているためである。
【００３８】
この欠陥画素の輝度の補正を行うために、先述した実施形態に係る映像信号処理装置では、同一の映像信号レベルが入力されている場合において正常画素に信号が書き込まれている場合と同等の透過率を欠陥画素に対しても得られるように欠陥画素に対応する映像信号に補正信号を重畳するようにしている。欠陥画素の外部駆動電圧から見た動作は、他の正常画素に対してＶ−Ｔ特性が異なっているように見えるため、この欠陥画素についてのみγ補正を他の画素に対するそれと変えて、同一の入力信号のときに正常画素と同じ透過率となるような補正をかければ良いのである。
【００３９】
このように、例えば３板式液晶投影映像表示装置において、映像信号処理回路２４として、先述した実施形態に係る映像信号処理装置が用いることで、当該映像信号処理装置では液晶パネルもモジュール２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ各々について欠陥画素そのものの輝度を正常画素の輝度と同等となるように輝度補正を行われることになるため、従来技術のように、欠陥画素が輝点の場合は輝点のまま、滅点の場合は滅点のまま残り、色の補正のみが行われるということはなく、画素欠陥をより確実に目立たなくすることができる。
【００４０】
図８に、交流化された液晶駆動映像信号の波形を示す。同図から明らかなように、補正値（補正信号）を映像信号の信号レベルに応じて変化させたとしても、欠陥画素用信号（ｂ）は正常画素用信号（ａ）の動作範囲Ｘ内で変化することになる。ただし、このように、欠陥画素用信号（ｂ）を正常画素用信号（ａ）の動作範囲内で変化させる輝点補正では、通常の黒レベルの信号よりも大きな電圧をかけることができないため、黒レベルでの補正が不可能である。
【００４１】
そこで、正常な画素の駆動状態では輝度レベルが異なってしまう欠陥画素に対して、正常な画素の駆動範囲を超える信号を入力可能とする。具体的には、デジタル入力に対する出力変換テーブルを図９に示すような特性にし、輝点となる画素に通常の黒レベルの信号よりも大きな電圧をかけるようにする。この場合の交流化された液晶駆動映像信号の波形を図１０に示す。同図から明らかなように、欠陥画素用信号（ｂ）の動作範囲Ｙが正常画素用信号（ａ）の動作範囲Ｘよりも拡大する。
【００４２】
このように、正常画素に対する黒信号よりも欠陥画素に対する黒信号を大きくかけることにより、黒信号入力時に対しても補正をかけることが可能となる。すなわち、画素欠陥によって黒として表示されなくなった画素を本来の黒として表示できることになる。
【００４３】
なお、ここでは、液晶投射映像表示装置に適用した場合を例に挙げて説明してきたが、本発明は投射型に限らず一般的な液晶表示装置、さらには液晶表示装置に限らず、ＥＬ(electroluminescence;エレクトロルミネッセンス)素子を表示エレメントとして用いたＥＬ表示装置など、画素を制御する素子を有する表示装置全般に対して適用可能である。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、液晶パネルに代表される表示パネルを表示駆動する映像信号の処理に際し、表示パネルの欠陥画素に対応する映像信号の時間軸上の位置を特定し、当該欠陥画素に対応する映像信号に正常画素との輝度差を補正する補正信号を重畳することにより、欠陥画素そのものの輝度が正常画素の輝度と同等となるように欠陥画素の輝度補正が行われるため、画素欠陥を効率良く目立たなくすることができる。特に、複数の特定の階調について補正値を設定し、その間の階調での補正量については上下の補正点の補正量を線形あるいは非線形に補間し、補正信号の信号レベルを欠陥画素に対応する映像信号の信号レベルに応じて制御することにより、たとえ欠陥画素に必要とされる補正量が輝度レベルによって異なったとしても、より最適な補正量を設定できるため、画素欠陥をほぼ完全に目立たなくすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る映像信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図２】表示パネルに対する輝点の位置（座標）関係を示す図である。
【図３】階調による補正量の変化を示す特性図である。
【図４】デジタル入に対する出力変換テーブル例（その１）を示す図である。
【図５】３板式液晶投影映像表示装置の構成の概略を示すブロック図である。
【図６】単位画素の構成の一例を示す回路図である。
【図７】３板式液晶投影映像表示装置の光学系を示す構成図である。
【図８】交流化された液晶駆動映像信号（その１）を示す波形図である。
【図９】デジタル入に対する出力変換テーブル例（その２）を示す図である。
【図１０】交流化された液晶駆動映像信号（その２）を示す波形図である。
【図１１】画素欠陥による輝点の状態を示す図である。
【図１２】液晶パネルの電圧−透過率（Ｖ−Ｔ）の特性図である。
【符号の説明】
１１…ホワイトバランス調整回路、１２…γ（ガンマ）補正回路、１４…補正値演算回路、１５…タイミングコントロール回路、１６…セレクタ、２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ…液晶パネルモジュール、２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ…液晶ドライバ、２３…タイミングジェネレータ、２４…映像信号処理回路

Claims (2)

1. 画素の集合体からなる表示部を表示駆動する映像信号の処理装置であって、
   前記表示部の欠陥画素に対応する映像信号の時間軸上の位置を検出する検出手段と、
   前記検出手段の検出出力に応答して前記欠陥画素に対応する映像信号に前記欠陥画素と正常画素との輝度差を補正する補正信号を重畳する補正手段とを備え、
   前記補正手段は、複数の特定の階調について補正値を設定し、その間の階調での補正量については上下の補正点の補正量を線形あるいは非線形に補間し、前記補正信号の信号レベルを前記欠陥画素に対応する映像信号の信号レベルに応じて制御する
   ことを特徴とする映像信号処理装置。
2. 画素の集合体からなる表示部と、
   前記表示部の欠陥画素に対応する映像信号の時間軸上の位置を特定し、前記欠陥画素に対応する映像信号に前記欠陥画素と正常画素との輝度差を補正する補正信号を重畳する信号処理手段とを具備し、
   前記信号処理手段は、複数の特定の階調について補正値を設定し、その間の階調での補正量については上下の補正点の補正量を線形あるいは非線形に補間し、前記補正信号の信号レベルを前記欠陥画素に対応する映像信号の信号レベルに応じて制御する
   ことを特徴とする表示装置。

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