JP4559099B2 - 表示方法、表示制御装置及び表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、表示方法、表示制御装置及び表示装置に係り、より特定的には、液晶パネルに代表される受光型表示デバイスへ、光源から光を照射して映像を表示する映像表示装置において、入力する映像データに応じて、動的に映像信号の調整及び、光源の輝度調整を行う技術に関するものである。

従来、光源の消費電力削減、デバイスの長寿命等を目的として、入力映像信号、光センサ、温度センサ等に応じて、映像信号の調整値と光源の輝度調整値とを相関を持たせて制御し、省電力・長寿命等を実現しようとしている。この技術に関する従来技術として、特許文献１をあげることができる。

しかしながら、従来技術によると、調整された映像信号を表示デバイスに表示することと、輝度調整された値に光源を切替えることとは、時間的に全く関連なく実施されていた。

したがって、せっかく表示デバイスに印加する映像信号を緻密に調整しても、映像信号と光源の発光量とのバランスが崩れやすかった。即ち、従来技術によると、画面が不鮮明になったり、光源の明暗切り替えが目立つ等、良好な表示結果が得られないことがあった。
特開平５−６６５０１号公報

そこで本発明は、表示品位を向上できる表示方法及びその関連技術を提供することを目的とする。

第１の発明に係る表示方法は、映像信号に基づいて表示を行う表示デバイスと、光源制御信号に基づいて、表示デバイスに光を照射する光源とを使用する表示方法であって、表示デバイスが映像を表示するタイミングと、光源が発光量を変更するタイミングとを、同期させる。

この構成において、表示デバイスが映像を表示するタイミングと、光源の発光量を変更するタイミングのずれをなくすことにより、このずれに起因する画質劣化を抑制できる。したがって、それだけ、高品位な表示結果を得ることができる。

第２の発明に係る表示方法では、光源が発光量を変更するタイミングと、表示デバイスが画面の半分を更新するタイミングとを、一致させる。

この構成により、表示デバイスの表示と、光源の発光量とが、常に適切な関係となり、表示品位を向上できる。

第３の発明に係る表示方法では、表示デバイスのＶｓｙｎｃ信号に基づいて同期をとる。

この構成により、Ｖｓｙｎｃ信号に応じたタイミング制御が可能となる。

第４の発明に係る表示方法では、表示デバイスへ映像信号の転送時間及び／又は表示デバイスの応答時間に基づいて、同期をとるタイミングを調整する。

第５の発明に係る表示方法では、温度センサにより温度情報を検出し、検出した温度情報に基づいて、同期をとるタイミングを調整する。

これらの構成において、上述した調整によって、同期の精度をさらに高めて、表示品位を向上できる。

第６の発明に係る表示方法では、映像信号の特徴量を抽出するステップを含み、特徴量に基づいて、表示デバイスが映像を表示するタイミングと、光源が発光量を変更するタイミングとを、同期させる。

この構成により、映像信号の特徴量に応じたタイミング制御が可能となる。

本発明によれば、表示デバイスが映像を表示するタイミングと、光源の発光量を変更するタイミングのずれをなくし、画質劣化を抑制して、良好な表示結果を得ることができる。

また、Ｖｓｙｎｃ信号を利用したり、さらなる調整を行って、同期を精密にとり、それだけ表示品位を向上できる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における表示装置のブロック図である。図１に示すように、この表示装置は、表示制御装置１０と、表示デバイス１０３及びその光源１０４により構成される。

即ち、この表示装置は、受光型であり、表示デバイス１０３は、典型的には、液晶パネルなどである。さらに、この表示装置には、液晶モニタ、液晶テレビ、液晶プロジェクタ、液晶リアプロジェクタ等も含まれる。

さて、図１に示すように、表示制御装置１０は、次の要素を有する。まず、映像信号解析手段１００は、映像信号を入力してこれを解析する。そして、映像信号調整手段１０１に、調整パラメータを出力し、光源制御手段１０２に、光源発光量を出力する。

本形態では、映像信号解析手段１００は、ローパスフィルタ又はヒストグラムを用いて、入力映像信号の最大輝度を、映像の特徴量として抽出し、特徴量に基づいて調整パラメータを定める。なお、映像信号解析手段１００は、光源１０４の発光量と関係付けるべき、他の明るさの指標を、映像の特徴量とするようにしても良い。なお、入力映像信号の最大輝度を抽出するには、最大輝度を抽出できる限り任意に選択できる。

映像信号調整手段１０１は、映像信号を入力し、映像信号解析手段１００から入力する調整パラメータ情報にしたがって映像信号を調整し、表示デバイス１０３に調整後の映像信号を出力する。

光源制御手段１０２は、映像信号解析手段１０１から入力する光源発光量にしたがって光源制御信号を生成し、これを光源１０４に出力する。

図１の構成により、入力映像信号に応じた、映像信号の調整と、光源１０４の発光量を切替えとの、タイミング制御を行う。

即ち、映像信号解析手段１００は、パルス発生器１１が発生する一定のパルスに基づいて、映像信号調整手段１０１の調整後の映像信号により、表示デバイス１０３が映像を表示するタイミングと、光源制御手段１０２の光源制御信号により光源１０４が発光量を変更するタイミングとを、同期させる。

ところで、光源１０４と表示デバイス１０３の映像表示とを、調整する際、例えば、入力された映像信号の最大輝度値が８０％であるとき、従来技術では、光源の発光量を１００％とし、表示デバイスの透過率を８０％として、表示していた。

しかしながら、本形態の表示装置は、基本的に、入力された映像信号の最大輝度に応じて、光源１０４の発光量を調整し、調整された発光量に合わせて、表示デバイス１０３の透過率を調整するものである。本形態の表示装置では、例えば、入力された映像信号の最大輝度値が８０％であるとき、光源１０４の発光量を８０％とし、表示デバイス１０３の透過率を１００％とする。

こうすると、光源１０４の発光量を抑えて消費電力を抑制しながら、良好な表示結果が得られる。

さらに、本形態では、上述の２つのタイミングの同期をとることにより、表示品位を、向上させるものである。より詳しくは、映像信号解析手段１００は、光源１０４が発光量を変更するタイミングと、表示デバイス１０３が画面の半分を更新するタイミングとを、一致させる。

次に、図２を用いて、このタイミングの関係について、説明する。図２に示すように、表示デバイス１０３の映像が、ライン単位で更新される場合、表示デバイス１０３において、上から下へ映像が更新されてゆき、１画面（フレーム）分の表示が終了すると、次の映像が上から更新される。なお、表示デバイス１０３の映像が、画素単位で更新されるときは、左上から右下へ映像が更新される。

したがって、フレームＮが、表示デバイス１０３に表示される場合、Ｎ−１フレームからＮフレームの更新が開始されて終了する間のちょうど中間で、Ｎフレームに対応する発光量に、光源１０４の発光量を切り替えるとよい。

この切替の後、次のＮ＋１フレームが更新されて終了する間のちょうど中間まで、Ｎフレームに対応する発光量で光源１０４を発光させる。

これにより、表示デバイス１０３への映像信号の表示と、光源１０４の発光量切替とが、常に適切な関係を維持することとなり、高品位な映像表示を提供できる。

なお、光源１０４が発光量を更新するタイミングは、表示デバイス１０３が画面の半分を更新するタイミングでなくとも、画面と発光量とが適切な関係となる範囲で種々変更して差し支えない。

（実施の形態２）
次に、図３から図６を用いて、実施の形態２について説明する。まず、実施の形態２は、基本的には、実施の形態１の考え方を踏襲する。そして、実施の形態２は、Ｖｓｙｎｃ信号やその他の調整により、さらに、表示デバイス１０３が映像を表示するタイミングと、光源１０４が発光量を変更するタイミングとの、同期の精度を高めるものである。

図３は、本発明の実施の形態２における表示装置のブロック図である。以下、実施の形態１との相違点を中心に説明する。

ここで、実施の形態２における、表示制御装置２０は、図１の要素の他、映像信号入力手段１０５と、温度センサ１０６とを、有する。

温度センサ１０６は、環境温度を検出し、温度情報を映像信号解析手段１００へ出力する。

映像信号入力手段１０５は、入力映像信号を映像調整手段１０１と、映像信号解析手段１００とに出力する。

また、映像信号入力手段１０５は、表示デバイス１０３に接続され、表示デバイス１０３から、Ｖｓｙｎｃ信号を入力し、これを、光源制御手段１０２に出力する。

表示デバイス１０３が映像を表示するタイミングと、光源が発光量を変更するタイミングとの、映像信号解析手段１００における同期の取り方が、実施の形態１と異なる。即ち、映像信号解析手段１００は、表示デバイス１０３のＶｓｙｎｃ信号に基づいて同期をとる。

また、映像信号解析手段１００は、映像信号調整手段１０１から表示デバイス１０３へ映像信号の転送時間と表示デバイス１０３の応答時間とに基づいて、同期をとるタイミングを調整する。

次に、具体例を挙げながら、さらに詳しく説明する。以下の例では、表示デバイス１０３が液晶パネルであるものとする。

（例１）
図４を用いて、例１を説明する。図４に示す例１では、Ｖｓｙｎｃ信号の周期が６０Ｈｚであり、液晶の応答速度が１２．０ｍｓ、映像信号調整手段１０１が表示デバイス１０３へ映像信号を転送する、転送時間が１０ｍｓ、光源１０４の応答速度が１ｍｓ以下であるものとする。

即ち、Ｖｓｙｎｃ信号に同期し、映像信号調整手段１０１から表示デバイス１０３へ、１ライン単位で、映像信号の転送が開始される。そして、最終ラインの転送が完了するまで、１０ｍｓの時間がかかる。

このとき、表示デバイス１０３の液晶が、各ラインの映像信号を受信した直後から応答を始めると仮定すると、表示デバイス１０３の液晶は、各ラインの映像信号を受信した直後から応答を開始する。１ライン目については、映像信号の転送開始から１２ｍｓに応答が終了する。最終ラインは、１０ｍｓ＋１２ｍｓ＝２２ｍｓ後に応答が終了する。

そして、１ライン目の映像信号の転送開始から１ライン目の応答終了の、ちょうど中間から、画面更新が開始され、最終ラインの映像信号の転送開始から最終ラインの応答終了の、ちょうど中間で、画面更新が終了すると、仮定する。

したがって、このタイミングに合わせて、光源制御手段１０２が、フレームＮの画像に対する発光量で、光源１０４を発光させると良い。

例えば、Ｖｓｙｎｃ信号から、表示デバイス１０３への映像信号の転送が開始されるまでの時間をＲｓとし、表示デバイス１０３への１画面分の映像信号の転送時間をＲｔとし、液晶の応答速度をＬＣｔとすると、フレームＮの画像に対する、光源１０４の発光量を切り替えるタイミングＴｎは、
Ｔｎ＝Ｒｓ＋ＬＣｔ／２＋Ｒｔ／２
である。

ここで、Ｒｓ＝２ｍｓ、ＬＣｔ＝１２ｍｓ、Ｒｔ＝１０ｍｓならば、Ｖｓｙｎｃ信号からＴｎ（＝１３ｍｓ）後に、映像信号解析手段１００は、光源制御手段１０２が、光源１０４の発光量を、フレームＮの画像に対応する発光量に切り替えるように、制御する。

なお、表示デバイス１０３の液晶が、各ラインの映像信号の受信から遅延して、応答を開始する場合、その遅延時間を考慮し、タイミングＴｎに遅延時間を加算する。また、画面更新の基準は、画面更新と発光量とが適切な関係となる限りにおいて、種々変更して差し支えない。

（例２）
図５を用いて、例２を説明する。図５に示す例２では、光源１０４の応答速度が１ｍｓ以上（例えば４ｍｓ）の場合である。

この場合、図５に示すように、光源１０４の応答が、目標の中間まで到達する時刻を、表示デバイス１０３の画面更新の中間（ＮフレームからＮ＋１フレームの更新が開始されて終了する間のちょうど中間）と一致するように、映像信号解析手段１００は、映像信号調整手段１０１と光源制御手段１０２とを制御する。

（例１）または（例２）のようにすると、Ｖｓｙｎｃ信号と、映像信号の表示デバイス１０３への転送と、液晶の応答速度と、光源１０４の応答速度と、表示デバイス１０３への映像信号の表示と、光源１０４の発光量切替とが、常に適切な関係を維持することとなり、高品位な表示結果が得られる。

ところで、応答時間に対する液晶のねじれが、図６（ａ）に示すように、線形の特性を持つことは、一般にまれである。

むしろ、実際には、図６（ｂ）に示すように、非線形の特性であることが多い。いずれにしても、液晶のねじれが、目標の半分に達する時刻に合わせて、タイミングを制御すると良い。

さらに、このタイミングの制御は、以上の計算により設定した後、さらに、測定を重ねたり、主観評価を行ったりして、微調節することができる。

なお、表示デバイス１０３からのＶｓｙｎｃ信号が得られないときには、映像信号調整手段１０１が表示デバイス１０３に映像信号を転送するタイミングに合わせて、光源１０４の発光量を切り替えるタイミングを制御するとよい。Ｖｓｙｎｃ信号は、映像信号入力手段１０５、映像信号調整手段１０１、あるいは、図３に示されていない他の要素が発行するようにしてもよい。この場合、表示デバイス１０３の表示は、このＶｓｙｎｃ信号に同期する。

また、望ましくは、映像信号入力手段１０５と映像信号調整手段１０１との間に、１画面分のデータを保存できるバッファを設けると良い。このバッファを設けると、画面表示側を遅延させて、上述の同期をとりやすくなる。

あるいは、このバッファを設けない場合、映像信号解析手段１００がフレームＮに基づいて求めた調整パラメータは、フレームＮ＋１の表示に反映される。したがって、光源１０４は、フレームＮ＋１が表示デバイス１０３に表示されるタイミングにあわせて、映像信号解析手段１００がフレームＮに基づいて求めた光源発光量により、発光する。

さらに、次の調整１及び調整２が実施される。なお、調整１及び調整２の両方を実施することが、同期の精度を高める趣旨において、望ましいが、これらの一方又は双方を省略することもできる。

（調整１）映像信号の遷移を考慮して、映像信号解析手段１００は、映像信号調整手段１０１から表示デバイス１０３へ映像信号の転送時間と表示デバイス１０３の応答時間とに基づいて、同期をとるタイミングを調整する。

液晶の応答速度は、現在表示している映像信号値と、次に表示されるべき映像信号値と、あるいは、これらの映像信号値の差の大小等によって、変化する。

例えば、遷移１「黒（Ｒ：Ｇ：Ｂ＝０：０：０）から白（Ｒ：Ｇ：Ｂ＝２５５：２５５：２５５）」と、遷移２「暗いグレー（Ｒ：Ｇ：Ｂ＝１００：１００：１００）から明るいグレー（Ｒ：Ｇ：Ｂ＝１５０：１５０：１５０）」では、応答速度が異なる。

即ち、一般に、遷移１の方が遷移２よりも映像信号の差が大きいが、遷移１の方が遷移２よりも応答速度が速い。

このような液晶の特性に対応するため、本形態では、映像信号解析手段１００において、入力映像信号の１画面内の最大輝度、最小輝度を抽出する。そして、映像信号解析手段１００は、最大輝度と最小輝度の差と、最大輝度の値及び最小輝度の値とを特徴量として使用し調整パラメータを定めると共に、光源制御手段１０２が光源１０４の発光量を切り替えるタイミングを制御する。

（切り替えタイミングを促進する場合）
最大輝度の値が、最大値「２５５」または最小値「０」であるとき、液晶の応答は一般に速い。したがって、このときは、光源１０４の発光量を切り替えるタイミングを、既定のタイミングよりも速く設定する。

（切り替えタイミングを抑制する場合）
また、前フレームＮ−１の最大輝度が非常に小さく、即ち、前フレームＮ−１の画像が非常に暗く、現フレームＮの最大輝度が非常に大きく、即ち、現フレームＮの画像が非常に明るい場合、光源１０４の発光量は、前フレームＮ−１に応じた小さな発光量から現フレームＮに応じた大きな発光量へ切り替えられることになる。この切り替え時に、液晶が応答を完了していないことに起因して、残像が見えることがある。特に、温度が低いと液晶の応答速度が遅くなり、残像が目立ちやすい。したがって、前フレームＮ−１の最大輝度が非常に小さく、現フレームＮの最大輝度が非常に大きい場合、光源１０４の発光量を切り替えるタイミングを、既定のタイミングよりも遅く設定する。

なお、光源１０４の発光量を切り替えるタイミングは、映像信号の遷移パターン（代表的には最大輝度の遷移パターン）と液晶の応答速度との関係に基づいて、設定すると良い。

あるいは、光源１０４の発光量を切り替えるタイミングは、最小輝度、最大輝度と最小輝度の差、平均輝度のフレーム間変化、または画面内において視覚的に目立つ一定領域（例えば中央部）の輝度信号の変化等に基づいて、設定しても良い。

（調整２）映像信号解析手段１００は、温度センサ１０６が検出する温度情報に基づいて、同期をとるタイミングを調整する。

さらに、液晶は、環境温度が、０℃、−１０℃、−２０℃と低くなるにつれ、応答速度が遅くなる性質を持つ。

このような性質に対応するため、温度センサ１０６において、環境温度を計測し温度情報を映像信号解析手段１００へ入力している。これにより、（調整１）と合わせて、環境温度による液晶の特性変化を反映し、さらに精密に、表示デバイス１０３が映像を表示するタイミングと、光源１０４が発光量を変更するタイミングとの、同期をとっている。

一般に液晶の応答速度は、温度が低くなると遅くなり、温度が高くなると速くなる。したがって、温度センサ１０６の検出結果が、常温（例えば２０℃）より高いことを示す場合、光源１０４の発光量を切り替えるタイミングをより速く設定し、常温より低いことを示す場合、光源１０４の発光量を切り替えるタイミングをより遅く設定すると良い。

液晶の応答速度が温度変化に応じてどのように変化するかは、液晶の材料やモード（例えばＴＮモード等）により異なる。したがって、光源１０４の発光量を切り替えるタイミングは、実際に使用される液晶の特性に応じて設定すると良い。

（制御開始時の処理）
制御開始時には、定常時とは異なる処理をするのが望ましい。制御開始直後（例えば１フレーム目）では、光源の発光量を既定値とし、その後（例えば２フレーム目）、光源の発光量を切り替えるタイミング制御を開始すると良い。

（制御終了時の処理）
制御終了時には、光源の発光量を既定値に戻す。このとき、映像信号と光源の発光量との相関が失われるため、画質劣化が目立つことがある。したがって、光源の発光量を既定値に戻すタイミングを、制御終了時の映像信号に合わせて調整すると良い。また、画質劣化を抑制するため、徐々に既定値に至る１乃至数フレーム分の表示を、行っても良い。この表示としては、例えば少しずつ明るくなる表示や、少しずつ暗くなる表示などが考えられる。

なお、実施の形態１、２において、映像信号解析手段１００が、同期をとるようにしたが、同期をとる要素は、映像信号調整手段１０１、光源制御手段１０２、あるいは、図１、図３に示されていない別の要素（例えば、別途設けられる同期制御回路やＣＰＵ等）であってもよい。

実施の形態１、２は、映像信号の調整値の変化を一定の範囲内に制限したり、光源１０４の輝度調整値の変化を一定の範囲内に制限したりする手法と、組み合わせて実施することもできる。

本発明の表示制御装置は、例えば透過型ＬＣＤ等の表示デバイスの制御分野等において好適に利用できる。

本発明の実施の形態１における表示装置のブロック図 同タイムチャート 本発明の実施の形態２における表示装置のブロック図 同タイムチャート 同タイムチャート （ａ）同液晶のねじれの特性を示すグラフ （ｂ）同液晶のねじれの特性を示すグラフ （ｃ）同液晶のねじれの特性を示すグラフ

符号の説明

１０、２０ 表示制御装置
１００ 映像信号解析手段
１０１ 映像信号調整手段
１０２ 光源制御手段
１０３ 表示デバイス
１０４ 光源
１０５ 映像信号入力手段

Claims (5)

1. 映像信号を入力して解析する映像信号解析手段と、
   映像信号を入力し、前記映像信号解析手段から入力する調整パラメータ情報にしたがって映像信号を調整し、表示デバイスに調整後の映像信号を出力する映像信号調整手段と、
   前記映像信号解析手段から入力する光源発光量情報にしたがって光源制御信号を、光源に出力する光源制御手段とを備え、
   前記映像信号解析手段は、前記映像信号の最大輝度と最小輝度とを抽出する抽出手段を有し、
   前記光源制御手段は、前記最大輝度の値が、前記表示デバイスが表示可能な最大輝度、または、前記表示デバイスが表示可能な最小輝度のいずれかであるとき、前記最大輝度の値が、前記表示デバイスが表示可能な最大輝度、または、前記表示デバイスが表示可能な最小輝度のいずれかでないときよりも、前記光源の発光量の変更を開始するタイミングを速くし、
   前記最大輝度と前記最小輝度との差が大きい場合には、前記最大輝度と前記最小輝度との差が小さい場合よりも、前記光源の発光量の変更を開始するタイミングを遅くすることを特徴とする表示制御装置。
2. 前記最大輝度と最小輝度とは、画面内において視覚的に目立つ一定領域内における最大輝度と最小輝度とであることを特徴とする請求項１に記載の表示制御装置。
3. 前記最大輝度と最小輝度とは、１画面内における最大輝度と最小輝度とであることを特徴とする請求項１に記載の表示制御装置。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の表示制御装置と、
   前記表示制御装置の前記映像信号調整手段が出力する調整後の映像信号に基づいて表示を行う表示デバイスと、
   前記表示制御装置の前記光源制御手段が出力する光源制御信号に基づいて、前記表示デバイスに光を照射する光源とを備えることを特徴とする表示装置。
5. 映像信号を入力して解析する映像信号解析ステップと、
   映像信号を入力し、前記映像信号解析ステップから入力する調整パラメータ情報にしたがって映像信号を調整し、表示デバイスに調整後の映像信号を出力する映像信号調整ステップと、
   前記映像信号解析ステップから入力する光源発光量情報にしたがって光源制御信号を、光源に出力する光源制御ステップとを備え、
   前記映像信号解析ステップは、前記映像信号の最大輝度と最小輝度とを抽出する抽出ステップを有し、
   前記光源制御ステップでは、前記最大輝度の値が、前記表示デバイスが表示可能な最大輝度、または、前記表示デバイスが表示可能な最小輝度のいずれかであるとき、前記最大輝度の値が、前記表示デバイスが表示可能な最大輝度、または、前記表示デバイスが表示可能な最小輝度のいずれかでないときよりも、前記光源の発光量の変更を開始するタイミングを速くし、
   前記最大輝度と前記最小輝度との差が大きい場合には、前記最大輝度と前記最小輝度との差が小さい場合よりも、前記光源の発光量の変更を開始するタイミングを遅くすることを特徴とする表示制御方法。

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