KR101148394B1

KR101148394B1 - 화상 처리 장치 및 화상 표시 장치

Info

Publication number: KR101148394B1
Application number: KR1020107015600A
Authority: KR
Inventors: 마사히로 바바; 료스케 노나카; 유마 사노
Original assignee: 가부시끼가이샤 도시바
Priority date: 2008-12-25
Filing date: 2009-12-09
Publication date: 2012-05-21
Also published as: US8144173B2; CN101933078A; JP2010152174A; WO2010073909A1; KR20100097213A; CN101933078B; US20110025728A1; JP4818351B2

Abstract

광원마다 휘도 제어 신호에 따라서 휘도 변조 가능한 광원 유닛과, 화상 신호에 따라서 광원 유닛으로부터의 빛을 변조하는 광변조 소자를 갖는 화상 표시 장치를 위한 화상 처리 장치로서, 입력 화상의 광원마다 대응하는 분할 영역의 계조값의 정보를 이용하여 광원마다 광원 휘도를 산출하는 광원 휘도 산출부와, 광원마다 광원 휘도의 분포를 나타내는 개별 휘도 분포를 복수 합성하여 광원 유닛의 전체 휘도 분포를 산출하는 광원 휘도 분포 산출부와, 전체 휘도 분포에 기초하여 입력 화상의 계조를 입력 화상의 화소마다 변환하여 변환 화상을 얻는 계조 변환부와, 각 광원의 평균 광원 휘도 또는 광원 휘도합이 클수록 작은 값이 되는 보정 계수를 광원 휘도에 곱하여 광원 강도를 보정하는 광원 휘도 보정부와, 변환 화상에 기초하여 화상 신호를 생성하고, 보정 광원 휘도에 기초하여 휘도 제어 신호를 생성하는 제어부를 갖는다.

Description

화상 처리 장치 및 화상 표시 장치{IMAGE PROCESSING DEVICE AND IMAGE DISPLAY DEVICE}

본 발명은 화상 표시 콘트라스트를 시각적으로 높이는 화상 처리 장치, 및 이것을 포함하는 화상 표시 장치에 관한 것이다.

광원과 광원으로부터의 빛을 강도 변조하는 광변조 소자를 포함하는, 액정 표시 장치로 대표되는 화상 표시 장치가 널리 보급되어 있다. 이러한 광변조 소자를 이용한 화상 표시 장치에서는, 광변조 소자가 이상적인 변조 특성을 갖고 있지 않기 때문에, 특히 흑(黑)을 표시했을 때, 광변조 소자로부터의 광누출에 기인하여 콘트라스트가 저하되는 것이 과제가 되고 있다. 또, 이러한 화상 표시 장치는, 광원 휘도가 영상에 상관없이 일정하기 때문에, 음극선관(Cathode Ray Tube : CRT)과 같은 고(高)다이나믹 레인지의 표시, 즉 입력 화상의 평균 휘도가 높은 경우에는 눈부심을 억제하기 위해 표시 휘도를 저하시키고, 입력 화상의 평균 휘도가 낮은 경우에는 점휘도를 높임으로써 소위 「번쩍임」이 높은 표시를 실현하는 것이 어려웠다.

액정 표시 장치의 콘트라스트 저하를 억제하기 위해, 화면을 분할한 복수개 영역마다 휘도 변조 가능한 광원을 이용하여, 입력 화상에 따른 각 광원의 휘도 변조와, 입력 화상의 각 화소의 계조 변환을 함께 수행하는 방법이 예를 들어 특허문헌 1이 제안되어 있다.

또, CRT에서 고다이나믹 레인지의 표시를 실현하기 위한, 소위 자동 휘도 리미터(Automatic Brightness Limiter : ABL) 제어와 동등한 동작을 액정 표시 장치에서 실현하기 위해, 예를 들어 특허문헌 2에서는 입력 화상의 평균 휘도(Average Picture Level : APL)를 산출하여, APL이 높은 경우는 광원 휘도를 저하시키고, APL이 낮은 경우는 광원 휘도를 높이는 방법이 제안되어 있다.

일본 특허 공개 2005-309338호 공보 일본 특허 공개 2004-350179호 공보

전술한 모든 기술은 입력 화상의 APL에 따라서 광원 휘도를 제어함으로써, CRT와 같은 고다이나믹 레인지의 표시를 실현하고 있다. 그러나, 입력 화상의 APL을 산출하는 처리를 회로에서 실현하는 경우, 하이비젼(HDTV) 영상과 같이 화소수가 많으면, 회로 규모가 매우 커져 버린다. 또, 입력 화상의 APL에 의한 광원 휘도의 제어에서는, APL과 광원의 소비 전력에 반드시 상관 관계가 있는 것은 아니기 때문에, 소비 전력을 제한하면서 광원 휘도를 제어하는 것이 어렵다.

본 발명은 CRT와 같은 고다이나믹 레인지의 표시를, 소비 전력 증가를 가급적 억제하면서 작은 회로 규모로 실현하는 화상 처리 장치, 및 이것을 포함하는 화상 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 양태에 의하면, 복수의 광원마다 휘도 제어 신호에 따라서 휘도 변조 가능한 광원 유닛과, 화상 신호에 따라서 상기 광원 유닛으로부터의 빛을 변조하는 광변조 소자를 갖는 화상 표시 장치를 위한 화상 처리 장치로서, 입력 화상의 상기 복수의 광원마다 대응하는 분할 영역의 계조값의 정보를 이용하여 상기 복수의 광원마다 광원 휘도를 산출하는 광원 휘도 산출부와, 상기 광원마다 상기 광원 휘도의 분포를 나타내는 개별 휘도 분포를 복수 합성하여 상기 광원 유닛의 전체 휘도 분포를 산출하는 광원 휘도 분포 산출부와, 상기 전체 휘도 분포에 기초하여 상기 입력 화상의 계조를 상기 입력 화상의 화소마다 변환하여 변환 화상을 얻는 계조 변환부와, 상기 광원 휘도의 평균값 또는 합이 클수록 작은 값이 되는 보정 계수를 산출하는 보정 계수 산출부를 포함하고, 상기 광원 휘도에 상기 보정 계수를 곱함으로써 상기 광원 휘도를 보정하여 보정 광원 휘도를 구하는 광원 휘도 보정부와, 상기 변환 화상에 기초하여 상기 화상 신호를 생성하고, 상기 보정 광원 휘도에 기초하여 상기 휘도 제어 신호를 생성하는 제어부를 포함하는 화상 처리 장치 및 상기 화상 처리 장치를 포함하는 화상 표시 장치가 제공된다.

본 발명에 의하면, CRT와 같은 고다이나믹 레인지의 표시를, 소비 전력 증가를 가급적 억제하면서 작은 회로 규모로 실현할 수 있다.

도 1은 제1 실시형태에 따른 화상 처리 장치를 포함하는 화상 표시 장치를 나타내는 블록도.
도 2는 백라이트의 각 광원과 입력 화상의 분할 영역과의 관계에 관해 설명하기 위한 도면.
도 3은 백라이트의 광원을 단독으로 점등시킨 경우의 광원 휘도 분포를 나타내는 도면.
도 4는 백라이트의 복수의 광원을 동시에 점등시킨 경우의 각 광원의 광원 휘도 분포 및 백라이트의 전체 휘도 분포를 나타내는 도면.
도 5는 제1 실시형태에서의 광원 휘도 분포 산출부를 상세하게 나타내는 블록도.
도 6은 제1 실시형태에서의 광원 휘도 보정부를 상세하게 나타내는 블록도.
도 7은 제1 실시형태에서의 평균 광원 휘도와 보정 계수의 관계의 일례를 나타내는 도면.
도 8은 제1 실시형태에서의 평균 광원 휘도와 보정 계수의 관계의 다른 예를 나타내는 도면.
도 9는 제2 실시형태에서의 액정 패널에 대한 화상 신호의 기록 타이밍과 백라이트의 광원의 발광 기간과의 관계의 일례를 나타내는 도면.
도 10은 제2 실시형태에서의 액정 패널에 대한 화상 신호의 기록 타이밍과 백라이트의 광원의 발광 기간과의 관계의 다른 예를 나타내는 도면.
도 11은 제2 실시형태에서의 액정 패널에 대한 화상 신호의 기록 타이밍과 백라이트의 광원의 발광 제어 기간과의 관계를 나타내는 도면.
도 12는 도 11에서의 제2 발광 제어 기간에 관해 설명하는 도면.
도 13은 도 11에서의 제1 발광 제어 기간에 관해 설명하는 도면.
도 14는 제2 실시형태에서의 액정 패널에 대한 화상 신호의 기록 타이밍과 백라이트의 광원의 발광 기간과의 관계의 또 다른 예를 나타내는 도면.
도 15는 제3 실시형태에 따른 화상 처리 장치를 포함하는 화상 표시 장치를 나타내는 블록도.
도 16은 제3 실시형태에서의 광원 휘도 보정부를 상세하게 나타내는 블록도.
도 17은 제3 실시형태에서의 조도를 파라미터로 한 평균 광원 휘도와 보정 계수의 관계의 일례를 나타내는 도면.
도 18은 제3 실시형태에서의 광원 휘도 보정부의 변형예를 나타내는 블록도.
도 19는 제3 실시형태에서의 조도를 파라미터로 한 평균 광원 휘도와 제2 보정 계수의 관계의 일례를 나타내는 도면.

[제1 실시형태]

도 1에, 본 발명의 제1 실시형태에 의한 화상 처리 장치를 포함하는 화상 표시 장치를 나타낸다. 화상 처리 장치는 광원 휘도 산출부(11), 광원 휘도 분포 산출부(13), 계조 변환부(12), 광원 휘도 보정부(14) 및 제어부(15)를 가지며, 화상 표시부(20)를 제어한다.

화상 표시부(20)는 광변조 소자인 액정 패널(21)과, 액정 패널(21)의 배면에 설치된 복수의 광원(22)을 포함하는 광원 유닛(이하, 백라이트라고 함)(23)으로 구성되는 투과형 액정 표시 유닛이다.

입력 화상(101)은 광원 휘도 산출부(11) 및 계조 변환부(12)에 입력된다. 광원 휘도 산출부(11)에서는, 백라이트(23)의 광원(22)과 대응하는 입력 화상(101)의 분할 영역마다 계조값의 정보로부터 각 광원(22)의 광원 휘도(102)가 산출된다. 여기서 산출되는 광원 휘도(102)는, 바꿔 말하면, 각 광원(22)에 대하여 입력 화상(101)의 각 광원(22)에 대응하는 분할 영역의 정보에 기초하여 가(假)결정된 휘도를 나타낸다. 이렇게 하여 산출된 광원 휘도(102)의 정보는 광원 휘도 분포 산출부(13) 및 광원 휘도 보정부(14)에 입력된다.

광원 휘도 분포 산출부(13)에서는, 백라이트(23)의 광원(22)이 단독으로 발광한 경우의 광원(22)의 휘도 분포(이하, 개별 휘도 분포라고 함)에 기초하여, 복수의 광원(22)이 동시에 어느 광원 휘도로 발광한 경우의 백라이트(23)의 전체 휘도 분포(이하, 전체 휘도 분포라고 함)(103)를 산출한다. 산출된 전체 휘도 분포(103)의 정보는 계조 변환부(12)에 입력된다. 계조 변환부(12)에서는, 전체 휘도 분포(103)에 기초하여 입력 화상(101)의 각 화소에 관해 계조를 변환하여, 계조 변환된 변환 화상(104)을 출력한다.

광원 휘도 보정부(14)는 광원 휘도(102)의 정보로부터 각 광원(22)의 광원 휘도의 미리 정해진 기간(예를 들어 1 프레임 기간)의 평균값(이하, 평균 광원 휘도라고 함)을 구하고, 평균 광원 휘도가 클수록 작아지는 보정 계수를 산출하는 보정 계수 산출부를 포함한다. 광원 휘도 보정부(14)는 이렇게 하여 산출된 보정 계수에 기초하여 각 광원(22)의 광원 휘도(102)에 관해 보정하여, 보정 광원 휘도(105)의 정보를 출력한다.

제어부(15)에서는, 계조 변환부(12)로부터의 변환 화상(104)의 신호와 광원 휘도 보정부(14)에 의해 산출된 보정 광원 휘도(105)의 정보의 타이밍을 제어하고, 변환 화상(104)에 기초하여 생성된 복합 화상 신호(106)를 액정 패널(21)에 송출하고, 보정 광원 휘도(105)에 기초하여 생성된 휘도 제어 신호(107)를 백라이트(23)에 송출한다.

화상 표시부(20)에서는, 복합 화상 신호(106)가 액정 패널(21)에 기록되고, 백라이트(23)의 각 광원(22)이 휘도 제어 신호(107)에 기초한 휘도로 발광함으로써 화상이 표시된다. 이하, 도 1의 각 부에 관해 더욱 상세하게 설명한다.

[광원 휘도 산출부(11)]

광원 휘도 산출부(11)에서는, 백라이트(23)의 각 광원(22)의 휘도(이하, 광원 휘도라고 함)(102)를 산출한다. 본 실시형태에서는, 백라이트(23)의 각 광원(22)에 대응하여 입력 화상(101)이 복수개 영역으로 가상적으로 분할되고, 광원 휘도 산출부(11)에서는 입력 화상(101)의 각 분할 영역의 정보를 이용하여 광원 휘도(102)를 산출한다. 예를 들어, 도 2에 나타낸 바와 같은, 광원(22)이 수평 방향으로 5개, 수직 방향으로 4개 설치된 구조의 백라이트(23)에서는, 입력 화상(101)을 각 광원(22)에 대응하도록 파선으로 나타내는 5×4의 영역으로 분할하여, 이들 분할 영역마다 입력 화상(101)의 최대 계조를 산출한다.

그리고, 광원 휘도 산출부(11)는 분할 영역마다 산출된 최대 계조에 기초하여, 각 분할 영역에 대응하는 광원(22)의 광원 휘도를 산출한다. 예를 들어, 입력 화상(101)이 8 비트의 디지털값으로 표현되는 경우, 입력 화상(101)은 0 계조로부터 255 계조까지의 256 단계의 계조를 갖기 때문에, i번째의 분할 영역의 최대 계조를 L_max(i)라 하면, 광원 휘도는 다음 식 (1)에 의해 산출된다.

여기서, γ은 감마값이며, 일반적으로 2.2가 이용된다. I(i)는, i번째 광원의 광원 휘도이다. 즉, 광원 휘도 산출부(11)는 입력 화상(101)의 분할 영역마다 최대 계조 L_max(i)를 구하고, 최대 계조 L_max(i)를 입력 화상(101)이 취할 수 있는 최대 계조(이 경우는 "255")로 나누고, 다시 감마값 γ으로 보정함으로써, 광원 휘도 I(i)를 산출한다.

광원 휘도 I(i)를 수식 (1)에 의한 연산으로 구하는 대신, 룩업 테이블(LUT)을 이용할 수도 있다. 즉, 미리 L_max(i)와 I(i)의 관계를 구해 두고, L_max(i)와 I(i)를 대응시켜 판독 전용 메모리(ROM) 등에 의해 LUT에 기억 유지해 두고, L_max(i)의 값에 따라 LUT를 참조함으로써, 광원 휘도 I(i)를 구할 수도 있다. 이와 같이 LUT를 이용하여 광원 휘도를 구하는 경우에도, 어느 정도 계산 처리를 수반하기 때문에, 광원 휘도를 구하는 부분을 광원 휘도 산출부(11)라고 부른다.

본 실시형태에서는 백라이트(23)의 하나의 광원(22)에 입력 화상(101)의 하나의 분할 영역을 대응시켰지만, 예를 들어 인접하는 복수의 광원(22)에 입력 화상(101)의 하나의 분할 영역을 대응시킬 수도 있다. 또, 입력 화상(101)의 각 분할 영역을, 도 2에 나타낸 바와 같이 광원(22)의 수로 균등하게 분할할 수도 있지만, 각 분할 영역의 일부가 서로 중복되도록 분할 영역을 설정할 수도 있다.

이렇게 하여 광원 휘도 산출부(11)에 의해 산출된 각 광원(22)의 광원 휘도(102)의 정보는 광원 휘도 분포 산출부(13) 및 광원 휘도 보정부(14)에 입력된다.

[광원 휘도 분포 산출부(13)]

광원 휘도 분포 산출부(13)에서는, 이하와 같이 각 광원(22)의 광원 휘도(102)에 기초하여 백라이트(23)의 전체 휘도 분포(103)를 산출한다.

도 3에, 백라이트(23)의 복수의 광원(22)의 하나가 발광한 경우의 휘도 분포를 나타낸다. 도 3은 설명을 간단하게 하기 위해 1차원으로 휘도 분포를 표현하고, 횡축이 위치, 종축이 휘도를 나타낸다. 도 3은, 횡축의 하부의 원으로 나타내는 위치에 광원(22)이 설치되어 있고, 중앙의 ○로 나타내는 하나의 광원만이 점등된 경우의 휘도 분포를 나타낸다. 도 3에서 알 수 있듯이, 어떤 하나의 광원이 발광한 경우의 휘도 분포는 근방의 광원 위치까지 확대된다.

따라서, 광원 휘도 분포 산출부(13)에서는, 계조 변환부(12)에서 백라이트(23)의 전체 휘도 분포(103)에 기초한 계조 변환을 하기 위해, 도 4에 나타낸 바와 같이 백라이트(23)의 복수의 광원(22)마다의 광원 휘도(102)에 기초하는 파선으로 나타내는 개별 휘도 분포를 합성, 즉 합함으로써 실선으로 나타내는 백라이트(23)의 전체 휘도 분포(103)를 산출한다.

도 4는 백라이트(23)의 복수의 광원(22)이 점등된 경우의 백라이트(23)의 전체 휘도 분포(103)의 양태를 도 3과 마찬가지로 일차원으로 모식적으로 나타낸다. 도 4의 횡축의 하부에 원으로 표시된 위치의 광원이 점등됨으로써, 각 광원은 도 4에 파선으로 나타낸 바와 같은 개별 휘도 분포를 갖는다. 이들 개별 휘도 분포를 합함으로써, 도 4의 실선으로 나타낸 바와 같은 백라이트(23)의 전체 휘도 분포가 산출된다.

도 4의 실선으로 나타낸 바와 같은 전체 휘도 분포를 산출할 때에는, 실측치를 광원으로부터의 거리에 관한 근사 함수로서 구하여, 광원 휘도 분포 산출부(13)에 유지해 두어도 되지만, 본 실시형태에서는 도 3의 파선으로 나타낸 바와 같은 광원(22)의 개별 휘도 분포를 광원으로부터의 거리와 휘도의 관계로서 구하여, 이들 거리와 휘도를 대응시킨 LUT를 ROM에 유지한다.

도 5에, 본 실시형태에서의 광원 휘도 분포 산출부(13)의 구체예를 나타낸다. 복수의 광원(22)마다 산출된 광원 휘도(102)의 정보는 광원 휘도 분포 취득부(211)에 입력된다. 광원 휘도 분포 취득부(211)에서는, LUT(212)로부터 광원(22)의 휘도 분포를 취득하고, 이 휘도 분포에 광원 휘도(102)를 곱함으로써, 도 4의 파선으로 나타낸 바와 같은 광원(22)마다 개별 휘도 분포를 구한다. 다음으로, 휘도 분포 합성부(213)에서 각 광원(22)의 개별 휘도 분포를 합함으로써, 도 4의 실선으로 나타낸 바와 같은 백라이트(23)의 전체 휘도 분포(103)가 산출되고, 이 전체 휘도 분포(103)의 정보는 계조 변환부(12)에 입력된다.

[계조 변환부(12)]

계조 변환부(12)에서는, 광원 휘도 분포 산출부(13)에 의해 산출된 백라이트(23)의 전체 휘도 분포(103)에 기초하여, 입력 화상(101)의 각 화소의 계조값을 변환하여 변환 화상(104)을 생성한다.

광원 휘도 산출부(11)에 의해 산출되는 광원 휘도(102)는 입력 화상(101)에 기초하여, 최대 광원 휘도에 비해 낮은 값으로 산출된다. 따라서, 화상 표시부(20)에서 원하는 밝기의 화상을 표시하기 위해서는, 액정 패널(21)의 투과율, 즉 액정 패널(21)에 기록되는 화상 신호의 계조값을 변환해야 한다. 입력 화상(101)의 화소 위치 (x, y)의 적, 녹 및 청의 서브 화소의 계조값을 각각 L_R(x, y), L_G(x, y) 및 L_B(x, y)라 하면, 계조 변환에 의해 얻어지는 변환 화상(104)의 적, 녹 및 청의 서브 화소의 계조값 L_R'(x, y), L_G'(x, y) 및 L_B'(x, y)는 이하와 같이 산출된다.

여기서, Id(x, y)는 광원 휘도 분포 산출부(13)에서 산출된 백라이트(23)의 전체 휘도 분포(103)에서의 입력 화상(101)의 화소 위치 (x, y)에 대응하는 휘도(화소 대응 휘도)를 나타낸다.

계조 변환부(12)에서, 계조 변환후의 계조값을 수식 (2)에 따른 연산으로 구할 수도 있지만, 계조값 L 및 휘도 Id와 변환후의 계조값 L'를 대응시켜 유지한 LUT를 준비하여, 입력 화상(101)의 계조값 L(x, y)과 휘도 Id(x, y)에 따라 그 LUT를 참조함으로써, 변환후의 계조값 L'(x, y)를 구할 수도 있다.

또한, 수식 (2)에서는 계조값 L과 광원 휘도 분포 Id의 값에 따라, 변환 후의 계조값 L'가 액정 패널(21)의 최대 계조값인 "255"를 초과하는 경우가 발생한다. 그와 같은 경우, 예를 들어 변환후의 계조값을 "255"로 포화 처리할 수도 있지만, 포화 처리된 계조값에 계조 무너짐이 발생해 버린다. 따라서, 예를 들어 LUT에 유지하는 변환후의 계조값을 포화하는 계조값 근방에서는 완만하게 변화하도록 보정해도 된다.

광원 휘도 산출부(11) 및 광원 휘도 분포 산출부(13)에서는, 광원 휘도 및 광원 휘도 분포가 1 프레임의 입력 화상(101)의 모든 계조값을 이용하여 산출된다. 따라서, 계조 변환부(12)에 입력 화상(101)으로서 어떤 프레임의 화상이 입력되는 타이밍에서는, 그 프레임의 화상에 대응하는 광원 휘도 분포는 아직 산출되지 않는다. 따라서, 계조 변환부(12)는 프레임 메모리를 포함하므로, 입력 화상(101)을 일단 프레임 메모리에 유지하며, 1 프레임 기간 지연시킨 후, 광원 휘도 분포 산출부(13)에 의해 얻어지는 백라이트(23)의 전체 휘도 분포(103)에 기초해 계조 변환하여 변환 화상(104)을 생성한다.

단, 일반적으로 입력 화상(101)은 시간적으로 어느 정도 연속되어 있고, 시간적으로 연속되는 화상간의 상관은 높기 때문에, 예를 들어 현재 프레임의 입력 화상을 1 프레임 전의 입력 화상에 의해 구해진 전체 휘도 분포(103)에 기초해 계조 변환하여 변환 화상(104)을 생성할 수도 있다. 이 경우, 계조 변환부(12)에 입력 화상(101)을 1 프레임 기간 지연시키기 위한 프레임 메모리를 설치할 필요가 없어지기 때문에, 회로 규모를 삭감하는 것이 가능해진다.

[광원 휘도 보정부(14)]

광원 휘도 보정부(14)에서는, 광원 휘도 산출부(11)에서 산출된 각 광원(22)의 광원 휘도(102)에 대하여, 보정 계수를 곱함으로써 보정하여, 보정 광원 휘도(105)를 구한다.

도 6에, 광원 휘도 보정부(14)의 구체예를 나타낸다. 광원 휘도 보정부(14)는 광원 휘도 산출부(11)에서 산출된 각 광원(22)의 광원 휘도(102)를 보정하기 위한 보정 계수를 산출하는 보정 계수 산출부(311), 보정 계수가 유지되어 있는 LUT(312), 및 광원 휘도(102)에 보정 계수를 곱하여 보정 광원 휘도(105)를 구하는 보정 계수 곱셈부(313)를 갖는다. 이하, 도 6의 각 부의 동작에 관해 상세히 설명한다.

보정 계수 산출부(311)에서는, 우선 각 광원(22)의 광원 휘도(102)의 평균값(평균 광원 휘도라고 함)을 산출한다. 예를 들어, 광원(22)의 수가 n개인 경우, 평균 광원 휘도 Iave는 이하와 같이 산출된다.

여기서, I(i)는 i번째의 광원 휘도(102)를 나타낸다. 광원(22)의 수 n은 화소수에 비하면 매우 작은 값이며, 종래 기술과 같이 화상 전체의 평균 휘도를 산출하는 경우에 비해, 처리 비용을 작게 할 수 있다. 특히, 입력 화상(101)이 화소수가 매우 많은 HDTV 화상인 경우, 그 효과는 현저하다. 또, 각 광원(22)의 광원 휘도(102)의 평균값을 미리 정해진 기간(예를 들어, 1 프레임 기간)에 걸쳐 평균한 값을 Iave 대신 이용할 수도 있다.

또한, 수식 (3)에 나타낸 평균 광원 휘도 Iave 대신, 이하에 나타내는 각 광원(22)의 광원 휘도(102)의 합(광원 휘도합이라고 함) Isum을 이용할 수도 있다.

이하의 설명에서는, 평균 광원 휘도 Iave를 광원 휘도합 Isum으로 치환하여 생각할 수도 있다. 또, 각 광원(22)의 광원 휘도(102)를 미리 정해진 기간(예를 들어, 1 프레임 기간)에 걸쳐 합한 값을 Isum 대신 이용할 수도 있다.

다음으로, 산출된 평균 광원 휘도 Iave에 따라, 보정 계수가 유지되어 있는 LUT(312)를 참조하여, 광원 휘도(102)에 대한 보정 계수를 구한다. LUT(312)에 대응하여 유지되어 있는 평균 광원 휘도와 보정 계수의 관계는 여러가지로 생각할 수 있지만, 기본적으로는 평균 광원 휘도가 작을수록 보정 계수가 커지도록 양자의 관계는 설정된다.

도 7에, 본 실시형태에서 LUT(312)에 유지되는 평균 광원 휘도 Iave와 보정 계수 G의 관계의 일례를 나타낸다. 평균 광원 휘도 Iave가 미리 정해진 임계값 미만인 작은 영역에서는, 보정 계수 G는 1.0 일정하고, 평균 광원 휘도 Iave가 임계값 이상인 큰 영역에서는, Iave의 증가에 따라서 G가 서서히 작은 값이 되고, 최종적으로 G가 0.5로 일정해지는 관계이다. 본 실시형태에서는, 광원(22)의 광원 휘도를 10 비트로 제어하는 것을 가정하기 때문에, 평균 광원 휘도 Iave의 최대값은 "1023"이 되고, 그 때의 보정 계수 G는 0.5이다.

보정 계수 G를 LUT(312)에 유지하는 대신, 평균 광원 휘도 Iave와 보정 계수 G의 관계를 나타내는 함수를 보정 계수 산출부(311)에 유지해 두고, 평균 광원 휘도 Iave로부터 보정 계수 G를 연산하도록 구성할 수도 있다.

이렇게 하여 보정 계수 산출부(311)에 의해 산출된 보정 계수는 보정 계수 곱셈부(313)에 출력된다. 보정 계수 곱셈부(313)에서는, 각 광원(22)의 광원 휘도(102)에 보정 계수를 곱하여 보정 광원 휘도(105)를 산출한다. 즉, 이하와 같은 연산에 의해 보정 광원 휘도(105)를 산출한다.

여기서, Ic(i)는 i번째의 보정 광원 휘도(105)를 나타낸다. 즉, 보정 계수 G가 1.0인 경우는, 광원 휘도 산출부(11)에서 산출된 광원 휘도 I(i)가 그대로 보정 광원 휘도 Ic(i)로서 출력된다. 보정 계수 G가 0.5인 경우는 광원 휘도 I(i)의 절반값이 보정 광원 휘도 Ic(i)로서 출력된다.

평균 광원 휘도 Iave가 크면, 보정 계수 G는 0.5가 되기 때문에, 백라이트(23)는 광원(22)이 전부 점등된 경우의 밝기의 절반으로 점등된다. 이에 따라, 눈부심이 억제된다. 예를 들어, 백라이트(23)의 광원(22)이 전부 점등된 경우의 화면 휘도가 1,000 cd/㎡인 경우, 보정 계수 G가 0.5가 되면, 화면 휘도는 500 cd/㎡가 된다.

한편, 평균 광원 휘도 Iave가 작은 경우는, 보정 계수 G는 1.0이 되기 때문에, 광원(22)은 화면 휘도가 최대 1,000 cd/㎡가 되는 것을 가정하여 발광하게 된다. 그 결과, 광원(22)은 휘도가 높게 설정되어 밝게 점등되어, 밝은 화상 영역은 밝고, 어두운 화상 영역은 어두운, CRT와 같은 고다이나믹 레인지의 표시가 가능해진다.

다음으로, 소비 전력에 관해 고려한다. 평균 광원 휘도 Iave가 최대값인 "10 23"인 경우, 보정 계수 G=0.5가 광원 휘도 I(i)에 곱해진다. 이에 평균 광원 휘도 Iave가 "1023"이고 광원 휘도 I(i)를 보정하지 않는 경우(보정 계수 G=1.0에 상당)에 비하여, 소비 전력은 0.5×1023/1023=0.5가 된다.

또, 평균 광원 휘도 Iave가 매우 작고, 예를 들어 "100"인 경우에는, 보정 계수 G가 1.0이라 하더라도, 평균 광원 휘도 Iave가 "1023"이고 광원 휘도 I(i)를 보정하지 않는 경우(보정 계수 G=1.0에 상당)에 비교하여, 소비 전력은 1.0×100/1023=0.1이 된다. 따라서, 화면의 최대 휘도를 1,000 cd/㎡ 상당으로 하여 표시하더라도, 최대 휘도가 500 cd/㎡ 상당인 경우에 비하여, 소비 전력은 대폭 삭감되게 된다.

또한, 평균 광원 휘도 Iave가 "1023"일 때의 소비 전력인 0.5를 백라이트(23)의 최대 소비 전력으로 하여, 항상 소비 전력이 0.5 이하가 되도록 보정 계수 G를 산출할 수도 있다. 구체적으로는, 이하의 식을 만족하도록 보정 계수 G를 산출한다.

도 8에, 수식 (6)을 만족하는 보정 계수 G의 최대값과 평균 광원 휘도 Iave의 관계를 나타낸다. 도 8과 같이 보정 계수 G를 설정함으로써, 화면 휘도가 최대 500 cd/㎡ 상당인 소비 전력 이하의 소비 전력으로, 화면 휘도가 최대 1,000 cd/㎡ 상당인 표시를 실현할 수 있다.

[제어부(15)]

제어부(15)에서는, 액정 패널(21)에 대한 변환 화상(104)의 기록 타이밍과, 백라이트(23)에 대하여 복수의 광원(22)마다 보정 광원 휘도(105)를 적용하는 타이밍을 제어한다.

제어부(15)에서는, 계조 변환부(12)로부터 입력되는 변환 화상(104)에 대하여, 제어부(15) 내에서 생성되며 액정 패널(21)을 구동하기 위해 필요한 몇개의 동기 신호(예를 들어, 수평 동기 신호 및 수직 동기 신호 등)가 부가됨으로써, 복합 화상 신호(106)가 생성되며, 이 복합 화상 신호(106)가 액정 패널(21)에 송출된다. 동시에, 제어부(15)에서는 보정 광원 휘도(105)에 기초하여 백라이트(23)의 각 광원(22)을 원하는 휘도로 점등시키기 위한 광원 휘도 제어 신호(107)가 생성되어, 백라이트(23)에 송출된다.

광원 휘도 제어 신호(107)의 구성은 백라이트(23)의 광원(22) 종류에 따라 다르다. 일반적으로, 액정 표시 장치에서의 백라이트의 광원으로는, 냉음극관이나 발광 다이오드(LED) 등이 이용되고 있다. 이들 광원은 인가되는 전압이나 전류를 제어함으로써 그 휘도 변조가 가능하다. 단, 일반적으로는 광원에 인가하는 전압이나 전류를 제어하는 대신, 발광 기간과 비발광 기간과의 비를 고속으로 전환함으로써 휘도를 변조하는 펄스폭 변조(pulse width modulation : PWM) 제어가 이용된다. 본 실시형태에서는, 예를 들어 비교적 발광 강도 제어가 용이한 LED를 백라이트(23)의 광원(22)으로서 이용하여, LED를 PWM 제어에 의해 휘도 변조한다. 이 경우, 제어부(15)에서는 보정 광원 휘도(105)에 기초해 PWM 제어 신호가 광원 휘도 제어 신호(107)로서 생성되어, 백라이트(23)에 송출된다.

[화상 표시부(20)]

화상 표시부(20)에서는, 제어부(15)로부터 출력되는 복합 화상 신호(106)를 액정 패널(21)(광변조 소자)에 기록하고, 동일하게 제어부(15)로부터 출력되는 광원(22)마다의 광원 휘도 제어 신호(107)에 기초하여 백라이트(23)를 점등시킴으로써, 입력 화상(101)을 표시한다. 전술한 바와 같이, 본 실시형태에서는 백라이트(23)의 광원(22)으로서 LED를 이용한다.

이상에 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면 고다이나믹 레인지의 표시를, 소비 전력 증가를 가급적 억제하면서 작은 회로 규모로 실현할 수 있다. 즉, 우선, 표시의 다이나믹 레인지에 관해서는, 입력 화상(101)에 따른 광원(22)의 휘도 변조와 입력 화상(101)의 계조 변환을 수행함으로써, CRT 수준의 다이나믹 레인지를 실현할 수 있다.

또, 평균 광원 휘도가 클수록 작은 값이 되는 보정 계수를 산출하고, 이것을 광원 휘도에 곱하여 보정 광원 휘도를 구하고, 이 보정 광원 휘도에 기초하여 휘도 제어 신호(107)를 생성함으로써, 백라이트(23)의 소비 전력 증가를 억제할 수 있다.

또한, 입력 화상으로부터 화상 전체의 평균 휘도(APL)를 산출하고, APL에 기초하여 광원 휘도를 제어하는 종래의 방법에서는, APL 산출을 위한 회로의 규모가 컸지만, 본 실시형태에서는 화상의 평균 휘도 대신, 평균 광원 휘도를 산출하기 때문에, 광원수에 대하여 평균을 구하면 된다. 따라서, 평균 광원 휘도 산출을 위한 처리 비용이 작고, HDTV 화상의 경우에도, 훨씬 작은 회로 규모로 평균 광원 휘도를 산출할 수 있다.

[제2 실시형태]

본 발명의 제2 실시형태에 의한 화상 처리 장치의 기본적인 구성은 제1 실시형태와 동일하지만, 제어부(15)로부터 출력되는 광원 휘도 제어 신호(107)의 구성이 상이하다. 이하, 도 9～도 14를 이용하여 제2 실시형태에 의한 광원 휘도 제어 신호(107)의 구성에 관하여 상세히 설명한다. 그 밖의 구성에 관해서는, 제1 실시형태와 동일하기 때문에 설명은 생략한다.

[제어부(15)]

제2 실시형태에 의한 광원 휘도 제어 신호(107)는 입력 화상(101)의 1 프레임 기간 내에 발광 기간과 비발광 기간이 설정되고, 광원(22)의 열마다, 즉 화면 수직 방향에 있어서 발광 기간과 비발광 기간의 개시 타이밍이 상이하다.

도 9에, 액정 패널(21)에 대한 화상 신호의 기록 타이밍과 광원(22)의 발광 기간의 관계를 나타낸다. 도 9는 종축이 화면 수직 위치, 횡축이 시간을 나타낸다. 액정 패널(21)에 대한 화상 신호의 기록 개시 타이밍은 액정 패널(21)의 제1 라인으로부터 라인 순서대로 타이밍이 조금씩 지연되어 최종 라인을 향해 기록된다. 정확하게는, 현재 프레임의 최종 라인을 기록한 후, 미리 정해진 블랭킹 기간을 경과한 후에, 다음 프레임의 제1 라인의 기록이 개시되지만, 여기서는 설명을 간단하게 하기 위해, 블랭킹 기간을 0으로서 도시하고 있다.

광원(22)은, 액정 패널(21)의 복수의 라인마다 발광/비발광이 제어되기 때문에, 도 9에 나타낸 바와 같이 백라이트(23)의 화면 수직 방향의 광원수에 대응하는 단위로 발광하게 된다. 도 9는 도 2에 나타낸 바와 같이 화면 수직 방향의 광원수가 4인 경우를 나타낸다. 광원(22)은 광원 휘도 제어 신호(107)에 의해 보정 광원 휘도(105)에 따라 1 프레임 기간의 비발광 기간과 발광 기간과의 비율이 제어된다.

도 9는 1 프레임 기간[액정 패널(21)에 대한 현재 프레임의 화상 신호의 기록 개시 타이밍과 다음 프레임의 화상 신호의 기록 개시 타이밍 사이의 기간]의 전반 및 후반에, 각각 비발광 기간 및 발광 기간이 설정되고, 즉 보정 광원 휘도(105)가 10 비트 표현에서 "512"인 경우를 나타낸다.

광원(22)의 1 프레임 기간 내에서의 발광 기간의 위치는 다양하게 설정될 수 있지만, 도 9에 나타낸 바와 같이 액정 패널(21)에 현재 프레임의 화상 신호를 기록한 후, 가능한 한 긴 비발광 기간을 경과한 후에 광원(22)이 발광하는 것이 바람직하다. 즉, 다음 프레임의 화상 신호의 기록 개시 타이밍을 광원(22)의 발광 기간으로부터 비발광 기간으로의 변화 타이밍으로서 고정하고, 보정 광원 휘도(105)에 따라서 발광 기간의 개시 타이밍을 결정할 수 있다. 그 이유는 다음과 같다.

액정 패널(21)은 액정 재료의 응답 특성 때문에, 화상 신호가 기록된 후, 일정 기간후에 원하는 투과율에 도달한다. 따라서, 광원(22)은 가능한 한 원하는 액정 패널(21)의 투과율에 도달한 후에 발광하는 것이 정확한 밝기로 표시되기 때문에, 발광 기간은 1 프레임 기간의 후반에 설정되는 것이 바람직하다. 또, 광원(22)의 발광 기간의 개시 타이밍을 화면 수직 방향에 있어서 다르게 함으로써, 액정 패널(21)에 대한 화상 신호의 기록 타이밍과 발광 기간의 개시 타이밍 사이의 기간(비발광 기간)을 길게 설정하는 것이 가능해져, 보다 정확한 밝기로 화상을 표시할 수 있다.

도 10은 액정 패널(21)에 대한 화상 신호의 기록 타이밍과 광원(22)의 발광 기간의 관계를 나타내고, 특히 보정 광원 휘도(105)가 "256"인 경우의 발광 기간의 타이밍을 나타낸다. 도 9 및 도 10을 비교하면 분명한 바와 같이, 본 실시형태에서는, 광원(22)의 발광 기간으로부터 비발광 기간으로의 변화 타이밍에 관해서는 보정 광원 휘도(105)에 상관없이 동일한 타이밍으로 하고, 발광 기간의 개시 타이밍을 보정 광원 휘도(105)에 따라 변화시킴으로써 광원 휘도를 변화시킨다.

이와 같이 1 프레임 기간 내에 일정한 비발광 기간을 설정함으로써, 액정 표시 장치로 대표되는 홀드형 표시 장치에서 동영상을 표시했을 때 발생하는 홀드 흐림(hold blur)을 저감시키는 것이 가능해져, 보다 정확한 동영상을 표시할 수 있다. 특히, 본 실시형태에서는 광원 휘도의 평균값(평균 광원 휘도 Iave)이 큰 경우, 예를 들어 도 7에 나타낸 바와 같이, 보정 계수 G가 0.5로 설정되고, 발광 기간은 최대 1 프레임 기간의 절반이 된다. 따라서, 동영상의 흐림이 시인되기 쉬운 밝은 화상에서, 홀드 흐림을 효과적으로 저감시킬 수 있다.

광원 휘도 제어 신호(107)의 변형예로서, 도 11에 나타낸 바와 같이, 제1 발광 제어 기간과 제2 발광 제어 기간을 설정하여, 각각의 발광 제어 기간에서 상이한 광원 휘도 제어 신호(107)에 따라서 광원 휘도를 변조하도록 할 수도 있다. 도 11에 의하면, 예를 들어 제1 발광 제어 기간에서는 제1 발광 제어 기간을 다시 복수의 기간(서브 제어 기간이라 함)으로 분할하고, 각 서브 제어 기간 내에서 발광 기간과 비발광 기간과의 비율을 변경함으로써 광원 휘도를 변조한다. 한편, 제2 발광 제어 기간에서는 서브 제어 기간에 대한 분할을 하지 않고, 도 9 및 도 10과 마찬가지로 발광 기간과 비발광 기간과의 비율을 변화시킴으로써 광원 휘도를 변조한다.

여기서, 보정 광원 휘도(105)가 미리 정해진 임계값보다 작은 경우는, 제1 발광 제어 기간만을 이용하여 광원 휘도를 변조하고, 보정 광원 휘도(105)가 미리 정해진 임계값 이상이면, 제1 발광 제어 기간과 제2 발광 제어 기간을 이용하여 광원 휘도를 변조한다.

예를 들어, 임계값이 "512"이고, 보정 광원 휘도(105)가 "256"인 경우는, 도 12에 나타낸 바와 같이 제1 발광 제어 기간에서 광원 휘도를 변조하고, 제2 발광 제어 기간은 비발광으로 한다. 도 12에서는, 제1 발광 제어 기간이 다시 4개의 서브 제어 기간으로 분할되어 있고, 각 서브 제어 기간의 50%의 기간을 발광 기간, 나머지 50%의 기간을 비발광 기간으로 하여, "256"의 보정 광원 휘도(105)에 따라서 광원(22)을 발광시킨다.

또, 보정 광원 휘도(105)가 "768"인 경우는, 도 13에 나타낸 바와 같이 제1 발광 제어 기간은 발광 기간이 100%, 비발광 기간이 0%, 즉 광원(22)이 항상 발광하고 있는 상태로 하고, 제2 발광 제어 기간은 발광 기간이 50%, 나머지 50%가 비발광 기간이 되어 "768"의 보정 광원 휘도(105)의 발광을 설정한다.

도 9 및 도 10과 같이 발광 기간을 제어하여 광원 휘도를 변조한 경우, 보정 광원 휘도(105)에 의해 발광 기간과 비발광 기간이 크게 변화하게 되고, 보정 광원 휘도(105)에 따라 동영상 흐림의 발생량도 크게 변화하게 된다. 이에 비해, 도 12 및 도 13에 나타낸 바와 같이, 광원 휘도를 변조한 경우, 보정 광원 휘도(105)가 미리 정해진 임계값 이하이면 동영상 흐림의 발생량에 영향이 큰 제2 발광 제어 기간은 항상 비발광이 되어, 동영상 흐림의 발생량이 변화하지 않기 때문에, 동영상의 화질을 보다 안정되게 할 수 있다.

도 9 및 도 10에서는, 설명을 간단하게 하기 위해 백라이트(23) 전체의 밝기가 동일하도록 변조되는 예를 나타냈다. 그러나, 보정 광원 휘도(105)는 입력 화상(101)에 따라 광원(22)마다 상이한 값으로 설정되기 때문에, 실제로는 도 14에 나타낸 바와 같이 광원 위치 및 시간마다 상이한 발광 기간에서 발광하게 된다.

이상에 설명한 바와 같이, 제2 실시형태에 의하면, 제1 실시형태와 마찬가지로 CRT와 같은 고다이나믹 레인지의 표시를, 소비 전력 증가를 가급적 억제하면서 작은 회로 규모로 실현할 수 있을 뿐만 아니라, 동영상 흐림을 효과적으로 저감시키는 효과를 얻을 수 있다.

[제3 실시형태]

도 15에, 본 발명의 제2 실시형태에 의한 화상 처리 장치를 포함하는 화상 표시 장치를 나타낸다. 제3 실시형태의 화상 처리 장치의 기본적인 구성은 도 1에 나타낸 제1 실시형태와 동일하다. 제3 실시형태에서는, 화상 표시부(20)에 조도 센서(24)를 포함하고, 광원 휘도 보정부(14)에서 광원 휘도 산출부(11)에 의해 산출되는 광원 휘도(102)와 조도 센서(24)로부터의 조도 신호(108)에 기초하여 보정 광원 휘도(105)를 산출한다. 이하, 제3 실시형태에서의 광원 휘도 보정부(14)에 관해 상세하게 설명한다. 그 밖의 구성에 관해서는, 제1 실시형태와 동일하기 때문에 설명은 생략한다.

[광원 휘도 보정부(14)]

제3 실시형태에 있어서, 광원 휘도 보정부(14)에는 광원 휘도 산출부(11)로부터의 광원 휘도(102)에 더하여, 화상 표시부(20)에 설치된 조도 센서(24)로부터의 조도 신호(108)가 입력된다. 조도 신호(108)는 시청 환경, 즉 화상 표시 장치가 설치된 실내 등의 환경의 조도를 나타낸다. 광원 휘도 보정부(14)에서는, 광원 휘도(102)와 조도 신호(108)에 기초하여 보정 광원 휘도(105)를 산출한다.

도 16에, 제3 실시형태에서의 광원 휘도 보정부(14)의 구체예를 나타낸다. 보정 계수 산출부(311)에서는, 제1 실시형태와 마찬가지로 미리 정해진 기간, 예를 들어 1 프레임 기간의 각 광원(22)의 광원 휘도의 평균값(평균 광원 휘도 Iave)을 산출한다. 또한, 보정 계수 산출부(311)는 평균 광원 휘도 Iave 및 조도 센서(24)로부터의 조도 신호(108)의 값 S에 따라 LUT(312)를 참조하여 보정 계수 G를 산출한다.

도 17을 이용하여, LUT(312)의 구체적인 일례를 설명한다. 도 6 중에 나타낸 제1 실시형태에서의 LUT(312)에 대하여, 조도 S마다 상이한 보정 계수 G와 평균 광원 휘도 Iave가 대응하여 유지되어 있는 점이 다르다. 조도 S가 1.0, 즉 시청 환경이 충분히 밝은 경우를 기준으로 하여, 보정 계수 G는 조도 S가 작아짐에 따라 작은 값이 되도록 설정된다.

또한, 평균 광원 휘도 Iave가 큰 경우에는, 조도 S가 저하되었을 때 화상 표시부(20)에서 표시되는 화상이 매우 눈부시게 느껴진다. 이 때문에, 평균 광원 휘도 Iave가 큰 영역에서는, 보정 계수 G는 조도 S가 작아짐에 따라 보다 현저하게 작아지도록 설정된다.

한편, 평균 광원 휘도 Iave가 작은 경우에는, 화상 표시부(20)에서 표시되는 화상은 원래 그다지 밝지 않기 때문에, 시청 환경의 조도가 저하되더라도 눈부심이 작게 느껴진다. 따라서, 평균 광원 휘도 Iave가 큰 경우에 비하여, 평균 광원 휘도 Iave가 작은 경우에는, 조도 S에 대한 보정 계수 G의 변화는 작게 설정된다.

조도 S마다 보정 계수 G와 평균 광원 휘도 Iave의 관계는 도 17에 나타낸 바와 같은 3종류에 한정되지 않고, 조도 S마다 보정 계수 G와 평균 광원 휘도 Iave의 보다 많은 관계를 LUT(312)에 유지해 둠으로써 상세한 제어가 가능해진다.

또, 도 17과 같이 LUT(312)에서 이산적으로 설정된 조도 S마다 보정 계수 G와 평균 광원 휘도 Iave를 대응시켜 유지해 두고, 유지되어 있지 않은 조도 S에 대해서는 유지되어 있는 보정 계수 G를 이용해 보간하여, 임의의 조도 S에 대한 보정 계수 G를 구할 수도 있다.

보정 계수 곱셈부(313)에서는, 상기와 같이 하여 구해진 보정 계수 G를 제1 실시형태와 마찬가지로 각 광원(22)의 광원 휘도(102)에 곱하여, 보정 광원 휘도(105)를 산출한다.

다음으로, 조도 센서(24)로부터의 조도 신호(108)를 이용한 보정 계수 G의 설정 방법의 변형예를 설명한다. 지금까지 설명한 예에서는, 보정 계수는 1 프레임의 각 광원(22)의 광원 휘도에 대하여 하나의 값이 이용되지만, 변형예에서는 광원 휘도 산출부(11)에서 산출된 광원 휘도(102)마다, 즉 광원(22)마다 보정 계수를 변화시킨다.

도 18은 제3 실시형태에서의 광원 휘도 보정부(14)의 변형예이고, 제1 및 제2 LUT(321 및 322)이 설치되어 있다. 제1 LUT(321)에는 도 17에 나타내는 조도 S마다 제1 보정 계수 G와 평균 광원 휘도 Iave가 대응하여 유지되어 있다. 제2 LUT(322)에는, 예를 들어 도 19에 나타내는, 조도 S마다 제2 보정 계수 α와 광원 휘도가 대응하여 유지되어 있다.

보정 계수 산출부(311)에서는, 우선 평균 광원 휘도 Iave와 조도 S에 따라 제1 LUT(321)를 참조하여, 제1 보정 계수 G를 구한다. 다음으로, 광원(22)마다의 광원 휘도 I(i)와 조도 S에 따라 제2 LUT(322)를 참조하여, 제2 보정 계수 α를 구한다. 그리고, 이하와 같이 제1 보정 계수 G와 제2 보정 계수 α를 곱함으로써, 광원(22)마다 보정 계수 g(i)를 산출한다.

이하에, 제2 보정 계수 α의 역할을 설명한다. 예를 들어, 복수의 광원(22)의 대부분은 광원 휘도가 높게 산출되고, 일부만 광원 휘도가 낮게 산출된 경우, 평균 광원 휘도 Iave는 큰 값이 된다. 여기서, 조도 S가 큰 경우, 즉 시청 환경이 밝은 경우는, 화면 눈부심을 억제하기 위해, 제1 LUT(321)로부터의 제1 보정 계수 G는 약간 작은 값이 된다. 그 때문에, 제1 보정 계수 G만을 광원 휘도(102)에 곱한 경우, 광원(22)의 대부분은 눈부심을 억제하기 위해 적절한 광원 휘도로 보정된다. 한편, 광원 휘도가 낮은 일부의 광원에서는, 시청 환경이 밝음에도 불구하고, 제1 보정 계수 G에 따라 과도하게 어둡게 설정되기 때문에, 광원 휘도가 낮은 영역의 표시 화상이 잘 보이지 않게 된다.

따라서, 제2 LUT(322)에서, 조도 S가 높은 경우는 광원 휘도 I가 작을 때의 제2 보정 계수 α가 큰 값이 되는 광원 휘도와 제2 보정 계수 α의 관계를 유지해 둔다. 이와 같이 함으로써, 광원 휘도가 낮은 일부의 광원에서는 제2 보정 계수 α가 큰 값이 되므로, 과도하게 어둡게 광원 휘도가 보정되는 것을 억제할 수 있다.

한편, 복수의 광원(22)의 대부분은 광원 휘도가 낮게 산출되고, 일부만 광원 휘도가 높게 산출된 경우, 평균 광원 휘도 Iave는 작은 값이 된다. 이 때, 조도 S가 작은 값, 즉, 시청 환경이 어두운 경우는, 표시 화상을 고다이나믹 레인지로 표시하기 위해, 제1 LUT(321)로부터의 제1 보정 계수 G는 큰 값이 된다. 그 때문에, 제1 보정 계수 G만을 광원 휘도에 곱한 경우, 광원 휘도가 높은 일부의 광원은 시청 환경이 어두움에도 불구하고, 제1 보정 계수 G에 의해 과도하게 밝게 설정되어, 표시 화상이 눈부시게 느껴진다.

따라서, 제2 LUT(322)에서, 조도 S가 낮은 경우는 광원 휘도 I가 클 때의 제2 보정 계수 α가 작은 값이 되는 광원 휘도와 제2 보정 계수 α의 관계를 유지해 둔다. 이와 같이 하면, 광원 휘도가 높은 일부의 광원에서는 제2 보정 계수 α가 작은 값이 되므로, 과도하게 밝게 광원 휘도가 보정되는 것을 억제할 수 있다.

이상과 같이 광원(22)마다 제1 보정 계수 G 또는 제2 보정 계수 α에 기초하여 수식 (7)에 의해 산출된 보정 계수 g(i)를 이하와 같이 각 광원(22)의 광원 휘도(102)에 곱함으로써, 보정 광원 휘도(105)를 산출한다.

여기서, Ic(i)는 i번째의 보정 광원 휘도(105), I(i)는 i번째의 광원 휘도(102)를 나타낸다.

이와 같이 광원(22)마다 보정 계수를 산출함으로써, 1 프레임 내에서 광원 휘도가 높은 광원과 낮은 광원이 혼재하는 경우에도, 광원 휘도를 시청 환경의 조도에 따른 적절한 값으로 보정하는 것이 가능해진다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면 제1, 제2 실시형태와 마찬가지로, CRT와 같은 고다이나믹 레인지의 표시를, 소비 전력 증가를 가급적 억제하면서 작은 회로 규모로 실현하고, 시청 환경의 밝기에 따른 적절한 표시 휘도를 실현할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

이상 설명한 제1 내지 제3 실시형태에서는, 액정 패널(21)과 백라이트(23)를 조합한 투과형 액정 표시 장치에 관해 설명했지만, 본 발명은 그 이외의 다양한 화상 표시 장치에도 적용될 수 있다. 예를 들어, 광변조 소자로서의 액정 패널과 할로겐 광원과 같은 광원 유닛을 조합한 투사형 액정 표시 장치에도, 본 발명을 적용할 수 있다. 또, 광원 유닛으로서의 할로겐 광원으로부터의 빛의 반사를 제어함으로써 화상을 표시하는 디지털 마이크로 미러 디바이스를 광변조 소자로서 이용하는 투사형 화상 표시 장치에도, 본 발명을 적용할 수 있다.

본 발명은 상기 실시형태 그대로에 한정되지 않고, 실시 단계에서는 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 구성 요소를 변형하여 구체화할 수 있다. 또, 상기 실시형태에 개시되어 있는 복수의 구성 요소의 적절한 조합에 의해, 다양한 발명을 형성할 수 있다. 예를 들어, 실시형태에 나타난 모든 구성 요소에서 몇개의 구성 요소를 삭제할 수도 있다. 또, 상이한 실시형태의 구성 요소들을 적절하게 조합할 수도 있다.

11 : 광원 휘도 산출부 12 : 계조 변환부
13 : 광원 휘도 분포 산출부 14 : 광원 휘도 보정부
15 : 제어부 20 : 화상 표시부
21 : 액정 패널(광변조 소자) 22 : 광원
23 : 백라이트(광원 유닛) 24 : 조도 센서
101 : 입력 화상 102 : 광원 휘도
103 : 전체 휘도 분포 104 : 변환 화상
105 : 보정 광원 휘도 106 : 복합 화상 신호
107 : 광원 휘도 제어 신호 108 : 조도 신호
211 : 휘도 분포 취득부 212 : 룩업 테이블
213 : 휘도 분포 합성부 311 : 보정 계수 산출부
312 : 룩업 테이블 313 : 보정 계수 곱셈부
321, 322 : 룩업 테이블

Claims

복수의 광원마다 휘도 제어 신호에 따라서 휘도 변조 가능한 광원 유닛과, 화상 신호에 따라서 상기 광원 유닛으로부터의 빛을 변조하는 광변조 소자를 갖는 화상 표시 장치를 위한 화상 처리 장치에 있어서,
입력 화상의 상기 복수의 광원마다 대응하는 분할 영역의 계조값의 정보를 이용하여 상기 복수의 광원마다 광원 휘도를 산출하는 광원 휘도 산출부와,
상기 광원마다 상기 광원 휘도의 분포를 나타내는 개별 휘도 분포를 복수 합성하여 상기 광원 유닛의 전체 휘도 분포를 산출하는 광원 휘도 분포 산출부와,
상기 전체 휘도 분포에 기초하여 상기 입력 화상의 계조를 상기 입력 화상의 화소마다 변환하여 변환 화상을 얻는 계조 변환부와,
상기 광원 휘도의 평균값 또는 합이 클수록 작은 값이 되는 보정 계수를 산출하는 보정 계수 산출부를 포함하고, 상기 광원 휘도에 상기 보정 계수를 곱함으로써 상기 광원 휘도를 보정하여 보정 광원 휘도를 구하는 광원 휘도 보정부와,
상기 변환 화상에 기초하여 상기 화상 신호를 생성하고, 상기 보정 광원 휘도에 기초하여 상기 휘도 제어 신호를 생성하는 제어부
를 구비하는 화상 처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 광변조 소자는 상기 화상 신호가 프레임 단위로 기록됨으로써 상기 광원 유닛으로부터의 빛을 변조하도록 구성되고,
상기 제어부는, 상기 광변조 소자에 대한 현재 프레임의 화상 신호의 기록 개시 타이밍과 상기 광변조 소자에 대한 다음 프레임의 화상 신호의 기록 개시 타이밍 사이의 기간에 상기 광원 유닛의 복수의 광원마다 비발광 기간 및 발광 기간을 순차 배치하고, 상기 비발광 기간과 상기 발광 기간과의 비율을 변경함으로써 상기 광원 유닛의 복수의 광원마다 밝기를 제어하도록, 상기 휘도 제어 신호가 구성되는 것을 특징으로 하는 화상 처리 장치.
제2항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 광변조 소자에 대한 현재 프레임의 화상 신호의 기록 개시 타이밍과 상기 광변조 소자에 대한 다음 프레임의 화상 신호의 기록 개시 타이밍 사이의 기간에 제1 발광 제어 기간 및 제2 발광 제어 기간을 순차 배치하고,
상기 보정 광원 휘도가 미리 정해진 임계값보다 작은 경우는, 상기 제1 발광 제어 기간을 분할한 복수의 서브 제어 기간에 배치된 상기 광원 유닛의 복수의 광원마다 발광 기간과 비발광 기간과의 비율을 변경함으로써 상기 광원 유닛의 복수의 광원마다 밝기를 제어하고,
상기 보정 광원 휘도가 그 임계값 이상인 경우는, 상기 제1 발광 제어 기간을 모두 상기 광원 유닛의 광원의 발광 기간으로 하고, 상기 제2 발광 제어 기간에순차 배치된 상기 광원 유닛의 복수의 광원마다 비발광 기간과 발광 기간과의 비율을 변경함으로써 상기 광원 유닛의 복수의 광원마다 밝기를 제어하도록, 상기 휘도 제어 신호가 구성되는 것을 특징으로 하는 화상 처리 장치.
제2항에 있어서, 상기 계조 변환부는 상기 전체 휘도 분포로부터 상기 입력 화상의 각 화소 위치에 대응하는 화소 대응 광원 휘도를 구하고, 그 화소 대응 광원 휘도와 상기 입력 화상의 상기 각 화소 위치의 계조값으로부터 상기 변환 화상의 상기 각 화소 위치에 대응하는 계조값을 구하는 것을 특징으로 하는 화상 처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 광원 휘도 보정부는 상기 평균값 또는 합과 상기 보정 계수를 대응시켜 기억 유지한 룩업 테이블을 가지며,
상기 보정 계수 산출부는 상기 복수의 광원 휘도로부터 상기 평균값 또는 합을 산출하고, 그 산출된 평균값 또는 합에 따라 상기 룩업 테이블을 참조하여 상기 보정 계수를 산출하는 것을 특징으로 하는 화상 처리 장치.
제5항에 있어서, 상기 보정 계수 산출부는, 상기 평균값 또는 합이 미리 정해진 임계값 미만인 영역에서는 일정한 제1 값을 가지며, 상기 평균값 또는 합이 상기 임계값 이상인 큰 영역에서는 상기 평균값의 증가에 따라서 서서히 작은 값이 되어, 최종적으로 상기 제1 값보다 작은 일정한 제2 값을 갖도록 상기 보정 계수를 산출하는 것을 특징으로 하는 화상 처리 장치.
제5항에 있어서, 상기 보정 계수 산출부는 상기 광원 유닛의 소비 전력이, 상기 평균값이 최대값일 때의 소비 전력 이하가 되도록 상기 보정 계수를 산출하는 것을 특징으로 하는 화상 처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 화상 표시 장치의 시청 환경의 조도를 검출하는 조도 센서를 더 구비하고,
상기 보정 계수 산출부는, 상기 평균값 또는 합이 클수록 작고, 상기 조도가 작을수록 작은 값을 갖도록 상기 보정 계수를 산출하는 것을 특징으로 하는 화상 처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 화상 표시 장치의 시청 환경의 조도를 검출하는 조도 센서를 더 구비하고,
상기 보정 계수 산출부는, 상기 평균값 또는 합이 클수록 작고, 상기 조도가 작을수록 작은 값을 갖는 제1 광원 휘도 보정 계수와, 상기 복수의 광원마다 상기 광원 휘도가 클수록 작고, 상기 조도가 작을수록 작은 값을 갖는 제2 광원 휘도 보정 계수를 산출하고, 상기 제1 광원 휘도 보정 계수와 상기 제2 광원 휘도 보정 계수를 곱하여 상기 평균값 또는 합이 클수록 작은 값이 되는 보정 계수를 산출하는 것을 특징으로 하는 화상 처리 장치.
제1항에 기재한 화상 처리 장치와,
복수의 광원마다 휘도 제어 신호에 따라서 휘도 변조 가능한 광원 유닛 및 화상 신호에 따라서 상기 광원 유닛으로부터의 빛을 변조하는 광변조 소자를 포함하는 화상 표시부
를 구비하는 화상 표시 장치.