KR101971145B1 - 화상 표시 장치 및 화상 표시 방법 - Google Patents

화상 표시 장치 및 화상 표시 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 로컬 디밍 기술의 1개의 디밍 블록 내에 고휘도 영역과 저휘도 영역이 혼재해 있어도 콘트라스트비를 개선하는 것이 가능한 화상 표시 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
화상 표시 장치는, RGB 화상을 표시하는 전측 LCD 패널과, 그레이 화상을 표시하는 후측 LCD 패널과, 복수의 블록 각각의 휘도를 조정 가능한 백라이트 유닛을 구비한다. 더욱이 화상 표시 장치는, RGB 화상 신호로부터 각 블록의 휘도를 판정하는 블록 휘도값 판정기와, 각 블록의 휘도를 조정하는 백라이트 구동 신호 발생기와, 판정된 블록 각각의 휘도에 기초하여, 상기 블록에 대응하는 RGB 화상 신호의 각 서브 픽셀의 휘도 레벨을 조정하는 레벨 변환기와, 레벨 변환기에서 조정된 각 블록 내의 서브 픽셀의 휘도 레벨에 기초하여, 후측 LCD 패널의 상기 블록에 표시되는 그레이 화상의 휘도 레벨을 제어하는 그레이 컨버터를 구비한다.

Description

화상 표시 장치 및 화상 표시 방법{Image Display Device And Method Of Displaying Image}
본 발명은, 콘트라스트비를 개선할 수 있는 화상 표시 장치 및 화상 표시 방법에 관한 것이다.
근년, 휘도와 콘트라스트비를 대폭 개선한 HDR(High Dynamic Range) 화상이 제안되고 있다. HDR에 관하여, SMPTE(미국영화티비기술자협회)에 따른 ST2084, 이른바 Dolby Vision 혹은 NHK와 영국 BBC가 주로 개발한 HLG(Hybrid Log Gamma) 방식 등 표준화가 이루어지고 있다. 화상 표시 장치에는, 표준화에 따른 표시 능력이 요구된다.
유기 EL 패널에서는 1,000,000:1 정도의 콘트라스트비가 실현되고 있다. 그러나 액정 디스플레이(LCD)의 경우, 백라이트의 빛이 LCD 패널을 투과함으로써 화상이 표시되므로, 특히 블랙 영역의 계조 특성이 나쁘고 이상적인 휘도에 비해서 밝은 방향으로 휘도가 관측되는 이른바 black floating 현상이 발생한다. 따라서 종래의 LCD 화상 표시 장치에서는 콘트라스트비는, 예를 들면 1,500:1 정도이다.
LCD 화상 표시 장치의 콘트라스트비를 개선하기 위해서, 2장의 LCD 패널을사용한 화상 표시 장치가 제안되고 있다(예를 들면 특허문헌 1 참조). 이 화상 표시 장치에서는, 후측 LCD 패널(LV: Light Valve)이 그레이 화상을 표시함으로써 백라이트의 투과량을 조정하며 전측 LCD 패널(RGB 패널)이 RGB 화상을 표시함으로써 콘트라스트비의 개선을 도모하고 있다.
특허문헌 1: 일본특허공개공보 2016-118690 호
그러나 LCD 화상 표시 장치에 대해서는, 콘트라스트비를 더욱 개선하는 것이 바람직하다.
예를 들면 백라이트의 로컬 디밍(Local Dimming) 기술을 적용함으로써 어두운 블록에서의 black floating은 대폭 저감된다. 그러나 예를 들면 1개의 디밍 블록 내에 고휘도 영역과 저휘도 영역이 혼재한 경우에는 저휘도 영역에 있어서의 black floating을 방지하는 것은 곤란하다.
그래서 본 발명은, 로컬 디밍 기술을 적용하는 한편 1개의 디밍 블록 내에 고휘도 영역과 저휘도 영역이 혼재해 있어도 콘트라스트비를 개선하는 것이 가능한 화상 표시 장치 및 화상 표시 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 화상 표시 장치는, RGB 화상을 표시하는 전측 LCD 패널과, 상기 전측 LCD 패널의 후방에 배치되고 상기 전측 LCD 패널에 중첩되며 그레이 화상을 표시하는 후측 LCD 패널과, 상기 후측 LCD 패널의 후방에 배치되고 상기 전측 LCD 패널과 상기 후측 LCD 패널에 빛을 조사하며 복수의 블록 각각의 휘도를 조정 가능한 백라이트 유닛과, 입력된 RGB 화상 신호로부터 상기 블록 각각의 소망하는 휘도를 판정하는 블록 휘도값 판정기와, 상기 블록 휘도값 판정기에서 판정된 상기 블록 각각의 소망하는 휘도에 따라서, 상기 블록의 휘도를 조정하도록 상기 백라이트 유닛을 구동하는 백라이트 구동 신호 발생기와, 상기 블록 휘도값 판정기에서 판정된 상기 블록 각각의 소망하는 휘도에 기초하여, 상기 블록에 대응하는 상기 RGB 화상 신호의 각 서브 픽셀의 휘도 레벨을 조정하는 레벨 변환기와, 상기 레벨 변환기에서 조정된 각 블록 내의 서브 픽셀의 휘도 레벨에 기초하여, 상기 후측 LCD 패널의 각 블록에 표시되는 그레이 화상의 휘도 레벨을 제어하는 그레이 화상 신호를 생성하는 그레이 컨버터를 구비한다.
바람직하게는 상기 블록 휘도값 판정기는, 입력된 RGB 화상 신호의 각 블록 내의 서브 픽셀의 휘도 중 최대 휘도에 기초하여, 상기 블록의 소망하는 휘도를 판정한다.
바람직하게는, 상기 레벨 변환기는, 상기 블록 휘도값 판정기에서 판정된 블록의 소망하는 휘도가 낮을수록 상기 블록에 대응하는 상기 RGB 화상 신호의 각 서브 픽셀의 휘도 레벨을 높게 한다.
바람직하게는 상기 그레이 컨버터는, 각 픽셀이 가지는 복수의 서브 픽셀의 휘도 레벨 중 최대 휘도 레벨을, 상기 픽셀의 그레이 화상의 휘도 레벨로서 결정한다.
바람직하게는 화상 표시 장치는, 상기 레벨 변환기에서 휘도 레벨이 조정된 상기 RGB 화상 신호의 계조를 상기 전측 LCD 패널의 출력 특성에 적합하도록 보정하는 RGB 계조 변환기를 더욱 구비하고, 상기 RGB 계조 변환기는, 상기 블록 휘도값 판정기에서 판정된 각 블록의 소망하는 휘도에 기초하여, 상기 RGB 화상 신호의 계조를 보정한다.
바람직하게는 화상 표시 장치는, 상기 그레이 컨버터에서 생성된 상기 그레이 화상 신호의 계조를 상기 후측 LCD 패널의 출력 특성에 적합하도록 보정하는 그레이 계조 변환기를 더욱 구비하고, 상기 그레이 계조 변환기는, 상기 블록 휘도값 판정기에서 판정된 각 블록의 소망하는 휘도에 기초하여, 상기 그레이 화상 신호의 계조를 보정한다.
본 발명에 따른 화상 표시 방법은, RGB 화상을 표시하는 전측 LCD 패널과, 상기 전측 LCD 패널의 후방에 배치되고 상기 전측 LCD 패널에 중첩되며 그레이 화상을 표시하는 후측 LCD 패널과, 상기 후측 LCD 패널의 후방에 배치되고 상기 전측 LCD 패널과 상기 후측 LCD 패널에 빛을 조사하며, 복수의 블록 각각의 휘도를 조정 가능한 백라이트 유닛을 구비하는 화상 표시 장치에 있어서 실행되는 화상 표시 방법으로서, 입력된 RGB 화상 신호로부터 상기 블록 각각의 소망하는 휘도를 판정하는 단계와, 판정된 상기 블록 각각의 소망하는 휘도에 따라서, 상기 블록의 휘도를 조정하도록 상기 백라이트 유닛을 구동하는 단계와, 판정된 상기 블록 각각의 소망하는 휘도에 기초하여, 상기 블록에 대응하는 상기 RGB 화상 신호의 각 서브 픽셀의 휘도 레벨을 조정하는 단계와, 조정된 각 블록 내의 서브 픽셀의 휘도 레벨에 기초하여, 상기 후측 LCD 패널의 각 블록에 표시되는 그레이 화상의 휘도 레벨을 제어하는 그레이 화상 신호를 생성하는 단계를 포함한다.
본 발명에서는, RGB 화상을 표시하는 전측 LCD 패널과 그레이 화상을 표시하는 후측 LCD 패널을 구비하는 화상 표시 장치에 로컬 디밍 기술을 적용하고, 각 블록의 소망하는 휘도에 기초하여, 상기 블록에 대응하는 RGB 화상 신호의 각 서브 픽셀의 휘도 레벨을 조정하며, 조정된 각 블록 내의 서브 픽셀의 휘도 레벨에 기초하여, 후측 LCD 패널에 표시되는 그레이 화상의 휘도 레벨을 제어하는 그레이 화상 신호를 생성한다. 이로써 1개의 디밍 블록 내에 고휘도 영역과 저휘도 영역이 혼재해 있어도 black floating을 방지하고 콘트라스트비를 개선하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 화상 표시 장치의 개략 측면도이다.
도 2는 도 1의 화상 표시 장치의 LED 배치를 도시한 백라이트 유닛의 개략 평면도이다.
도 3은 도 1의 화상 표시 장치에 있어서의 블록과 픽셀과 서브 픽셀의 관계를 도시한 개략도이다.
도 4는 도 1의 화상 표시 장치의 신호 처리부를 도시한 블록도이다.
도 5는 도 4의 신호 처리부의 RGB 계조 변환기에 따른 계조 변환 특성의 일례를 도시한 그래프이다.
도 6은 도 4의 신호 처리부의 그레이 계조 변환기에 따른 계조 변환 특성의 일례를 도시한 그래프이다.
도 7은 계조 변환기의 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
도 8은 도 4의 신호 처리부의 계조 변환기 또는 색 밸런스 보정 파라미터 생성기의 일례의 상세를 도시한 블록도이다.
도 9는 도 4의 신호 처리부의 계조 변환기 또는 색 밸런스 보정 파라미터 생성기의 다른 예의 상세를 도시한 블록도이다.
도 10은 도 4의 신호 처리부의 엣지 홀드 회로에 따른 시야각 보정 결과를 도시한 개략도이다.
도 11은 도 4의 신호 처리부의 색 밸런스 컨트롤러의 상세를 도시한 블록도이다.
도 12는 색 밸런스 컨트롤러의 작용에 따른 화상의 암부에 있어서의 색 밸런스 조정에 관한 설명도이다.
도 13은 1장의 LCD 패널을 구비한 화상 표시 장치에, 로컬 디밍 기술을 적용한 표시 화상의 예를 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시형태에 따른 화상 표시 장치에, 로컬 디밍 기술을 적용한 표시 화상의 예를 도시한 도면이다.
도 15는 도 14의 표시 화상의 예에 관하여, 각 디밍 블록에서의 BLum/BLumMax의 분포를 도시한 도면이다.
본원 발명의 목적, 장점 및 신규 특징은, 첨부한 도면과 관련된 이하의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해진다. 다른 도면에 있어서, 동일하거나 기능적으로 유사한 요소를 도시하기 위해서 동일한 참조 부호가 사용된다. 도면은 개략적으로 도시하고 있고, 도면의 축척은 정확하지 않은 것을 이해하기 바란다.
도 1은, 본 발명의 실시형태에 따른 화상 표시 장치의 개략 측면도이다. 도 2는, 도 1의 화상 표시 장치의 LED 배치를 도시한 백라이트 유닛의 개략 평면도이다. 도 1에 도시한 것과 같이 화상 표시 장치(1)는, 전측 LCD 패널(RGB 패널, 2)과 후측 LCD 패널(LV 패널, 3)과 백라이트 유닛(4)을 구비하고 있다.
전측 LCD 패널(2)은 RGB 화상을 표시한다. 전측 LCD 패널(2)은, 컬러 필터 기판(20), TFT 기판(22), 편광 필름(24), 편광 필름(26) 및 구동 IC(28)를 구비한다. 도시하지 않지만, 컬러 필터 기판(20)과 TFT 기판(22) 사이에는 액정이 배치되어 있다. 컬러 필터 기판(20)은 블랙 매트릭스 및 R, G, B 컬러 필터를 가지고, 더욱이 공통 전극을 가진다. TFT 기판(22)은, TFT(Thin Film Transistor) 및 전극을 가진다. 편광 필름(24)은 컬러 필터 기판(20)의 전면에 배치되고, 편광 필름(26)은 TFT 기판(22)의 후면에 배치되어 있다. 구동 IC(28)는 TFT 기판(22)에 실장되어 있고, 구동 IC(28)에 입력되는 RGB 화상 신호를 따라서, 전측 LCD 패널(2)의 액정의 투과 상태를 서브 픽셀(부화소)마다 제어한다.
후측 LCD 패널(3)은, 전측 LCD 패널(2)의 후방에 배치되고 전측 LCD 패널(2)에 중첩되며 그레이 화상(LV 화상)을 표시한다. 후측 LCD 패널(3)은 유리 기판(30), TFT 기판(32), 편광 필름(34) 및 구동 IC(36)를 구비한다. 유리 기판(30)은, 전측 LCD 패널(2)에 있어서의 컬러 필터 기판(20)에 대응하고 공통 전극을 가지지만, 컬러 필터 기판(20)과는 달리 컬러 필터를 가지지 않는다. 이것은 후측 LCD 패널(3)이 LV 화상, 즉 white부터 black까지의 명암으로만 표현된, 그레이 스케일 화상을 표시하기 때문이다. 도시하지 않지만 유리 기판(30)과 TFT 기판(32) 사이에는 액정이 배치되어 있다. TFT 기판(32)은, TFT 및 전극을 가진다. 편광 필름(34)은 TFT 기판(32)의 후면에 배치되어 있다. 구동 IC(36)는 TFT 기판(32)에 실장되어 있고, 구동 IC(36)에 입력되는 그레이 화상 신호를 따라서 후측 LCD 패널(3)의 액정의 투과 상태를 제어한다. 전측 LCD 패널(2)과 후측 LCD 패널(3)은, 편광 필름(26)과 유리 기판(30) 사이에 배치된 접합층(38)에 의해 접합되어 있다.
백라이트 유닛(4)은, 후측 LCD 패널(3)의 후방에 배치되고, 전측 LCD 패널(2)과 후측 LCD 패널(3)에 빛을 조사한다. 백라이트 유닛(4)은 직하형이고, 기판(40), 기판(40)에 장착된 복수의 평판상 LED(Light Emitting Diode, 42) 및 기판(40)과 협동하여 LED(42)를 포위하는 측벽(44)을 구비한다. LED(42)는, 후측 LCD 패널(3)로부터 소망하는 거리를 떨어져서 설치되어 있다. LED(42)의 발광은, LED 구동부(46)에 의해 제어된다. LED 구동부(46)는 회로로서, 예를 들면 기판(40)에 실장해도 되고 기판(40)과는 다른 기판에 실장해도 된다.
도 2에 도시한 것과 같이, LED(42)는 직사각형 형상으로 가정하여 도시했고, LED(42) 사이의 간극이 격자상이 되도록 서로 이간되어 배치되어 있다. 단 LED(42)의 형상, 수 및 배치는 도시된 것에 한정되지 않는다. 예를 들면 LED(42)의 형상은 원형이어도 된다.
백라이트 유닛(4)은, 로컬 디밍을 수행할 수 있도록 복수의 블록 각각의 휘도를 조정 가능하다. 복수의 LED(42)는, 로컬 디밍의 복수의 디밍 블록에 각각 대응한다. 즉 1개의 LED(42)가 1개의 디밍 블록에 대응한다. LED 구동부(46)는, 복수의 LED(42)를 독립적으로 발광시키고, 복수의 LED(42)의 휘도를 독립적으로 조정한다. 도시하지 않지만 백라이트 유닛(4)에는, 공지된 격벽 및 공지된 플래터(flatter)가 설치되어 있다. LED(42)의 발광을 제어함으로써, LED(42)에 대응하는 디밍 블록의 휘도를 조정할 수 있다.
단 백라이트 유닛(4)은 도시한 직하형에 한정되지 않고, 예를 들면 엣지 라이트형이라도 복수의 블록 각각의 휘도를 조정 가능한 로컬 디밍을 수행할 수 있는 것이라면 본 발명에 사용할 수 있다.
도 3은 화상 표시 장치에 있어서의 블록과 픽셀과 서브 픽셀의 관계를 도시한다. 상기와 같이 백라이트 유닛(4)의 1개 LED(42)는, 1개의 디밍 블록(BL)에 대응한다. 1개의 디밍 블록(BL)에는 다수의 픽셀(PX)이 포함된다. 후측 LCD 패널(3)에서는, 그레이 화상의 각 픽셀(PX)의 휘도를 조정할 수 있다. 전측 LCD 패널(2)에서는, RGB 삼색의 각 서브 픽셀(SP)의 휘도를 조정할 수 있다. 본 명세서에서 패널(2, 3)에 관하여 설명하는 휘도란, 패널(2, 3)의 투과율을 의미한다.
도 4는, 이 화상 표시 장치(1)의 전측 LCD 패널(2)의 구동 IC(28)와, 후측 LCD 패널(3)의 구동 IC(36)에 공급되는 화상 데이터, 백라이트 유닛(4)의 LED 구동부(46)에 공급되는 제어 데이터를 생성하는 신호 처리부(5)를 도시한다. 신호 처리부(5)에는, EOTF(Electro-Optical Transfer Function)를 거쳐서 휘도와 선형 관계에 있는 신호 레벨을 가지는 RGB 화상 신호(R, G, B)가 공급된다.
신호 처리부(5)는, 입력된 RGB 화상 신호(R, G, B)로부터 디밍 블록 각각의 소망하는 휘도를 판정하는 블록 휘도값 판정기(50)를 구비한다. 블록 휘도값 판정기(50)는, 입력된 RGB 화상 신호(R, G, B)의 각 디밍 블록 내의 RGB 각 서브 픽셀의 휘도 중에서 최대 휘도(BLmax)에 기초하여, 상기 디밍 블록 전체의 소망하는 휘도를 판정한다. 구체적으로는, 예를 들면 블록 휘도값 판정기(50)는, 각 디밍 블록 내의 최대 휘도(BLmax)를 상기 디밍 블록 전체의 소망하는 휘도(블록 휘도값, BLum)로 판정해도 된다. 이 경우, BLum = BLmax이다.
단 백라이트 유닛(4)의 각 디밍 블록에 대하여 제어 가능한 휘도(Lj)의 단계 수(n)가 RGB 화상 신호로 표현 가능한 휘도 단계 수보다 적은 경우에는, 블록 휘도값 판정기(50)는 BLmax ≤ Lj인 최소 Lj를 블록 휘도값(BLum)으로 판정한다. 즉 BLum = Lj ≥ BLmax이다. 예를 들면 RGB 화상 신호가 12비트 계조이고, 4096계조를 표현 가능하다고 상정한다. 또한 로컬 디밍을 위해서 백라이트 유닛(4)의 제어 가능한 휘도(Lj)의 단계 수(n)가 4라고 상정한다. 이 경우 Lj ∈ {L1, L2, …, Ln} = {L1, L2, L3, L4}이다. 예를 들면 {L1, L2, L3, L4} = {1023, 2047, 3071, 4095}로 설정할 수 있다. 이 경우, 만일 BLmax = 1020이라면 BLum = 1023이고, BLmax = 3000이라면 BLum = 3071이다. 이와 같이 해서 블록 휘도값 판정기(50)는, 각 디밍 블록에 대하여 제어 가능한 휘도 중 어느 1개를 블록 휘도값(BLum)으로 판정한다.
단 RGB 화상 신호는 12비트 계조에 한정되지 않고, 백라이트 유닛(4)의 제어 가능한 휘도(Lj)의 단계 수(n)도 4로 한정되지 않는다.
블록 휘도값 판정기(50)로부터 출력된 블록 휘도값(BLum)은 지연 회로(52)에 공급된다. 지연 회로(52)는, 블록 휘도값(BLum)에 일정 지연 시간을 부여한다. 지연 회로(52)로부터 출력된 블록 휘도값(BLum)은, LED 구동 신호 발생기(백라이트 구동 신호 발생기, 54)에 공급된다. LED 구동 신호 발생기(54)는, 블록 휘도값(BLum)(즉, 블록 휘도값 판정기(50)에서 판정된 디밍 블록 각각의 소망하는 휘도)에 따라서, 상기 디밍 블록의 휘도를 조정하도록 백라이트 유닛(4)을 구동하는 LED 구동 신호(BD)를 생성한다. LED 구동 신호(BD)는 백라이트 유닛(4)의 LED 구동부(46)에 공급된다.
LED 구동 신호 발생기(54)가 디밍 블록의 휘도를 조정하는 방식으로는, LED 구동 신호(BD)의 전압 또는 전류를 제어하는 것이어도 된다. 단 LED 구동 신호 발생기(54)는, 예를 들면 PWM(Pulse Width Modulation) 방식에 의해 디밍 블록에 대응하는 LED(42)의 조광을 수행해도 된다. 이 경우, LED 구동 신호(BD)는, 디밍 블록의 소망하는 휘도에 따라서 듀티비가 변화되는 일정한 진폭의 펄스 신호이다.
신호 처리부(5)는, 레벨 변환기(56) 및 지연 회로(58)를 더욱 구비한다. 레벨 변환기(56)는, 블록 휘도값 판정기(50)에서 판정된 디밍 블록 각각의 소망하는 휘도(블록 휘도값, BLum)에 기초하여, 상기 디밍 블록에 대응하는 RGB 화상 신호(R, G, B)의 각 서브 픽셀의 휘도 레벨을 조정한다. 지연 회로(58)는, 신호 처리부(5)에 공급된 RGB 화상 신호(R, G, B)에, 블록 휘도값 판정기(50)에서의 블록 휘도값(BLum) 판정에 필요한 시간에 상당하는 지연을 부여한다.
레벨 변환기(56)는, 블록 휘도값 판정기(50)에서 판정된 디밍 블록의 소망하는 휘도(블록 휘도값, BLum)가 낮을수록 상기 디밍 블록에 대응하는 RGB 화상 신호의 각 서브 픽셀의 휘도 레벨을 높게 한다. 단 블록 휘도값(BLum)이 높은 단계일수록 블록 휘도값(BLum)이 낮은 단계보다 각 서브 픽셀의 휘도 레벨의 변화율이 작도록, 레벨 변환기(56)는 RGB 화상 신호의 각 서브 픽셀의 휘도 레벨을 변화시킨다. 또한 레벨 변환기(56)는, 레벨 변환기(56)로부터 출력되는 서브 픽셀의 휘도 레벨이 레벨 변환기(56)에 입력되는 서브 픽셀의 휘도 레벨에 비례하도록, 각 서브 픽셀의 휘도 레벨을 조정한다.
예를 들면 레벨 변환기(56)에 입력되는 R 서브 픽셀의 휘도 레벨이 R이고, 레벨 변환기(56)에 입력되는 G 서브 픽셀의 휘도 레벨이 G이고, 레벨 변환기(56)에 입력되는 B 서브 픽셀의 휘도 레벨이 B이며, 레벨 변환기(56)로부터 출력되는 R 서브 픽셀의 휘도 레벨이 R1이고, 레벨 변환기(56)로부터 출력되는 G 서브 픽셀의 휘도 레벨이 G1이고, 레벨 변환기(56)로부터 출력되는 B 서브 픽셀의 휘도 레벨이 B1인 경우, 레벨 변환기(56)는 하기 식을 따라서 레벨 변환, 즉 조정을 수행한다.
R1 = (Ln/BLum) X R
G1 = (Ln/BLum) X G
B1 = (Ln/BLum) X B
여기서 Ln은, 백라이트 유닛(4)의 각 디밍 블록에 대해서 제어 가능한 휘도의 최대값으로, 상기 예에 따르면, 예를 들면 4095이다.
블록 휘도값(BLum)이 낮을수록 RGB 화상 신호의 각 서브 픽셀의 휘도 레벨이 높아지지만, 블록 휘도값(BLum)이 높으면 백라이트 유닛(4)에 의해 그 디밍 블록의 휘도가 올라간다. 또한 상기 식에 따르면, 출력되는 서브 픽셀의 휘도 레벨은, 입력되는 서브 픽셀의 휘도 레벨에 비례한다. 어느 디밍 블록이 저휘도 영역 내에 있는 경우, 그 블록의 휘도가 낮은 것 및 RGB 서브 픽셀이 LCD 패널에 있어서 black floating이 발생하기 어려운 높은 휘도 레벨인 것에 의해, 어둡게 바래서 계조 특성이 뛰어난 저휘도 영역을 표시할 수 있다.
신호 처리부(5)는, 그레이 컨버터(60)를 더욱 구비한다. 그레이 컨버터(60)는, 레벨 변환기(56)에서 조정된 각 디밍 블록 내의 서브 픽셀의 휘도 레벨(R1, G1, B1)에 기초하여, 후측 LCD 패널(3)의 상기 디밍 블록에 표시되는 그레이 화상의 휘도 레벨을 제어하는 그레이 화상 신호(W1)를 생성한다. 더욱 구체적으로는 그레이 컨버터(60)는, 각 디밍 블록 내의 각 픽셀이 가지는 복수의 서브 픽셀의 휘도 레벨(R1, G1, B1) 중에서 최대 휘도 레벨을, 상기 픽셀(이들 서브 픽셀이 속하는 픽셀)의 그레이 화상의 휘도 레벨로서 결정한다.
신호 처리부(5)는, 지연 회로(62) 및 RGB 계조 변환기(64)를 더욱 구비한다. 지연 회로(62)에는, 레벨 변환기(56)로부터 출력된 RGB 화상 신호(R1, G1, B1)가 공급되고, 지연 회로(62)는 RGB 화상 신호(R1, G1, B1)에 일정 지연 시간을 부여한다. 지연 회로(62)로부터 출력된 RGB 화상 신호(R1, G1, B1)는, RGB 계조 변환기(64)에 공급된다.
RGB 계조 변환기(64)는, 레벨 변환기(56)에서 휘도 레벨이 조정된 RGB 화상 신호(R1, G1, B1)의 계조를 전측 LCD 패널(2)의 출력 특성에 적합하도록 보정한다. 예를 들면 전측 LCD 패널(2)의 표시 특성은 감마 커브로 나타나는 감마 특성이고, RGB 계조 변환기(64)는 RGB 화상 신호(R1, G1, B1)를 감마 보정한다. 단 이 표시 특성은 감마 특성에는 한정되지 않고, 보정도 감마 보정에는 한정되지 않는다. 또한 이 실시형태에 있어서 RGB 계조 변환기(64)는, 후술과 같이 블록 휘도값 판정기(50)에서 판정된 각 디밍 블록의 소망하는 휘도(블록 휘도값, BLum)에 기초하여 RGB 화상 신호의 계조를 보정한다.
신호 처리부(5)는 그레이 계조 변환기(66)를 더욱 구비한다. 그레이 계조 변환기(66)는, 그레이 컨버터(60)에서 생성된 그레이 화상 신호(W1)의 계조를 후측 LCD 패널(3)의 출력 특성에 적합하도록 보정한다. 예를 들면, 후측 LCD 패널(3)의 표시 특성은 감마 특성이고, 그레이 계조 변환기(66)는, 그레이 화상 신호(W1)를 감마 특성을 고려하여 보정한다. 단 이 표시 특성은 감마 특성에는 한정되지 않고, 보정도 감마 보정에는 한정되지 않는다. 또한 이 실시형태에 있어서 그레이 계조 변환기(66)는, 후술과 같이 블록 휘도값 판정기(50)에서 판정된 각 디밍 블록의 소망하는 휘도(블록 휘도값, BLum)에 기초하여, 그레이 화상 신호(W1)의 계조를 보정한다.
RGB 계조 변환기(64)는, R 계조 변환기(64R), G 계조 변환기(64G) 및 B 계조 변환기(64B)를 가진다. R 계조 변환기(64R)는, 입력된 신호 R1을 R2로 보정하여 R2를 출력하고, G 계조 변환기(64G)는, 입력된 신호 G1을 G2로 보정하여 G2를 출력하며, B 계조 변환기(64B)는, 입력된 신호 B1을 B2로 보정하여 B2를 출력한다.
더욱이 RGB 계조 변환기(64)는, 입력된 RGB 화상 신호(R1, G1, B1)로부터, 후술하는 색 밸런스 컨트롤러(70)에서 사용되는 색 밸런스 보정 파라미터(LR, LG, LB)를 얻는 역할을 가진다. 따라서 RGB 계조 변환기(64)는, 색 밸런스 보정 파라미터 생성기(64LR), 색 밸런스 보정 파라미터 생성기(64LG) 및 색 밸런스 보정 파라미터 생성기(64LB)를 가진다. 색 밸런스 보정 파라미터 생성기(64LR)는, 입력된 신호(R1)로부터 색 밸런스 보정 파라미터(LR)를 얻어 색 밸런스 보정 파라미터(LR)를 출력하고, 색 밸런스 보정 파라미터 생성기(64LG)는, 입력된 신호(G1)로부터 색 밸런스 보정 파라미터(LG)를 얻어 색 밸런스 보정 파라미터(LG)를 출력하며, 색 밸런스 보정 파라미터 생성기(64LB)는, 입력된 신호(B1)로부터 색 밸런스 보정 파라미터(LB)를 얻어서 색 밸런스 보정 파라미터(LB)를 출력한다.
도 5는 RGB 계조 변환기(64)에 따른 계조 변환 특성의 일례를 실선으로 도시한 그래프이고, 도 6은 그레이 계조 변환기(66)에 따른 계조 변환 특성의 일례를 실선으로 도시한 그래프이다. 도 5 및 도 6에서는 참고를 위해 선형 특성을 파선으로 도시한다. 도 5 및 도 6에 있어서, 횡축은 RGB 계조 변환기(64) 또는 그레이 계조 변환기(66)에 대한 입력 휘도값을 나타내고, 종축은 RGB 계조 변환기(64) 또는 그레이 계조 변환기(66)로부터의 출력 휘도값을 나타낸다.
도 5에 도시한 RGB 계조 변환기(64)에 따른 계조 변환 특성의 일례는, 예를 들면 γ = 0.5인 감마 커브(Y=Xγ)로 실현된다. 이에 비해서, 도 6에 도시한 그레이 계조 변환기(66)에 따른 계조 변환 특성의 일례는, 도 5의 결과를 초래하도록 고정된 RGB의 값에 대하여, LV의 값을 변화시키면서 2장의 LCD 패널(2, 3)의 투과광을 실측하여, 최종적인 합성 결과가 자연계의 선형 휘도 특성에 동등하고 따라서 사람에게 자연스럽게 보이도록, LV의 입출력 특성을 결정한 것이다. RGB 계조 변환기(64) 및 그레이 계조 변환기(66)의 계조 변환에 의해, RGB 화상 신호 및 그레이 화상 신호는, 전측 LCD 패널(2) 및 후측 LCD 패널(3)의 출력 특성에 적합하고, 사람의 눈에서 자연스러운 휘도 계조를 가지도록 보정된다.
도 7을 참조하여 RGB 계조 변환기(64) 및 그레이 계조 변환기(66)에 따른, 블록 휘도값 판정기(50)에서 판정된 각 디밍 블록의 소망하는 휘도(블록 휘도값, BLum)에 기초한 동작을 설명한다. 도 7(A)는, 계조 변환기의 기본 특성(도 5 및 도 6에 상당하는 특성)을 도시한다. 이 기본 특성은, 백라이트 유닛(4)을 최대 휘도(예를 들면 L4)로 발광시켰을 때의 특성(도 7(E)에 도시한 특성)이다.
백라이트 유닛(4)의 제어 가능한 휘도(Lj)의 단계 수(n)가 4이고, Lj ∈ {L1, L2, L3, L4}라면 도 7(B) ~ (E)의 4단계 특성이 사용될 수 있다. 도 7(B)의 특성은, 도 7(A)의 입력이 0부터 L1인 범위를, 입력축 및 출력축 모두(즉 종횡 모두) 확대한 특성이다. 도 7(C)의 특성은, 도 7(A)의 입력이 0부터 L2인 범위를, 입력축 및 출력축 모두 확대한 특성이다. 도 7(D)의 특성은, 도 7(A)의 입력이 0부터 L3인 범위를, 입력축 및 출력축 모두 확대한 특성이다. 단 도 7에 도시한 각 곡선은 예시로서, 이들에 한정되는 것은 아니다.
각 계조 변환기는, 블록 휘도값(BLum)이 L1이면 도 7(B)의 특성에 따라서 화상 신호의 계조를 보정하고, 블록 휘도값(BLum)이 L2, L3 또는 L4라면 그에 대응하는 도 7(C) ~ (E) 중에서 어느 것의 특성에 따라서 화상 신호의 계조를 보정한다.
기본 특성의 입력을 Vinputorg라고 하면, 0 ≤ Vinputorg ≤L4로 표현할 수 있고, 기본 특성의 출력을 Voutputorg라고 하면, Voutputorg = f(Vinputorg)로 표현할 수 있다. f는 함수이다.
다른 특성의 입력을 Vinput이라고 하면, 0 ≤ Vinput ≤ BLum으로 표현할 수 있고, 출력을 Voutput이라고 하면, Voutput은 함수 g를 이용하여 Voutput = g(Vinput) = (1/f(BLum/L4)) X f((BLum/L4) X Vinput)으로 표현할 수 있다.
도 8은, 계조 변환기(64R, 64G, 64B, 66) 및 색 밸런스 보정 파라미터 생성기(64LR, 64LG, 64LB) 각각의 예의 상세를 도시한 블록도이다. 각 계조 변환기 또는 각 색 밸런스 보정 파라미터 생성기는, 복수의 룩업 테이블(LUT1, LUT2, … )과 셀렉터(80)를 가진다. 룩업 테이블(LUT1, LUT2, …)의 개수는, 로컬 디밍을 위해서 백라이트 유닛(4)의 제어 가능한 휘도(Lj)의 단계 수(n)이다. n이 4라면 Lj ∈ {L1, L2, …, Ln} = {L1, L2, L3, L4}이고, 4개의 룩업 테이블(LUT1, LUT2, LUT3, LUT4)이 사용된다. 각 룩업 테이블은, L1, L2, …, Ln 중 어느 것에 대응되어 있다. 즉 룩업 테이블 LUT1은 L1에 대응되고, 룩업 테이블 LUT2는 L2에 대응되고, 룩업 테이블 LUT3은 L3에 대응되며, 룩업 테이블 LUT4는 L4에 대응되어 있다.
셀렉터(80)는 블록 휘도값(BLum)에 따라서, 상기 계조 변환기 또는 상기 색 밸런스 보정 파라미터 생성기에 현재 입력된 신호(RGB 화상 신호(R1, G1, B1) 또는 그레이 화상 신호(W1))에 대하여 사용되어야 할 룩업 테이블을, 룩업 테이블(LUT1, LUT2, …) 중에서 선택한다. 예를 들면 상기 {L1, L2, L3, L4} = {1023, 2047, 3071, 4095}의 예에 의하면, 셀렉터(80)는, BLum = 1023이면 L1에 대응하는 룩업 테이블(LUT1)을 선택하고, BLum = 3071이면 L3에 대응하는 룩업 테이블(LUT3)을 선택한다. 그리고 셀렉터(80)는, 선택한 룩업 테이블에 따라서, 입력된 신호의 휘도값을 보정한다(룩업 테이블의 값으로 휘도값을 보정한다).
이와 같이 해서 R 계조 변환기(64R)는, 입력된 신호 R1을 R2로 보정해서 R2를 출력하고, G 계조 변환기(64G)는, 입력된 신호 G1을 G2로 보정해서 G2를 출력하고, B 계조 변환기(64B)는, 입력된 신호 B1을 B2로 보정해서 B2를 출력하며, 그레이 계조 변환기(66)는, 입력된 그레이 화상 신호 W1을 W2로 보정해서 W2를 출력한다. 또한 색 밸런스 보정 파라미터 생성기(64LR)는, 입력된 신호 R1으로부터 색 밸런스 보정 파라미터 LR을 얻어 색 밸런스 보정 파라미터 LR을 출력하고, 색 밸런스 보정 파라미터 생성기 64LG는, 입력된 신호 G1으로부터 색 밸런스 보정 파라미터 LG를 얻어 색 밸런스 보정 파라미터 LG를 출력하며, 색 밸런스 보정 파라미터 생성기 64LB는, 입력된 신호 B1으로부터 색 밸런스 보정 파라미터 LB를 얻어 색 밸런스 보정 파라미터 LB를 출력한다. 룩업 테이블의 내용은, 상기 계조 변환기 또는 상기 색 밸런스 보정 파라미터 생성기의 종류에 따라서 다르다.
도 9는, 계조 변환기(64R, 64G, 64B, 66) 및 색 밸런스 보정 파라미터 생성기(64LR, 64LG, 64LB) 각각의 다른 예의 상세를 도시한 블록도이다. 도 8의 예를 대신하여 도 9의 예를 사용해도 된다.
도 9에 도시한 것과 같이, 각 계조 변환기 또는 각 색 밸런스 보정 파라미터 생성기는, 복수의 셀렉터(82a ~ 82m)와, 셀렉터(82a ~ 82m)에 각각 대응하는 복수의 계수값 메모리(84a ~ 84m)와, 변환 연산기(86)를 가진다.
셀렉터(82a ~ 82m)의 각각은, 블록 휘도값(BLum)에 따라서 상기 계조 변환기 또는 상기 색 밸런스 보정 파라미터 생성기에 현재 입력된 신호(RGB 화상 신호(R1, G1, B1) 또는 그레이 화상 신호(W1))에 대하여 사용되어야 할 계수를, 상기 셀렉터에 대응하는 계수값 메모리로부터 선택한다. 예를 들면 셀렉터(82a)는 계수값 메모리(84a)로부터 계수값(A1 ~ An) 중에서 어느 것을 선택하고, 셀렉터(82m)는, 계수값 메모리(84m)로부터 계수값(M1 ~ Mn) 중 어느 것을 선택한다. 변환 연산기(86)는, 셀렉터(82a ~ 82m)에서 선택된 계수값 A(A1 ~ An 중 어느 것) ~ M(M1 ~ Mn 중 어느 것)을 이용하여, 입력된 신호의 휘도값을 보정한다.
예를 들면 변환 연산기(86)는 하기 식을 따라서, 입력된 신호(RGB 화상 신호(R1, G1, B1) 또는 그레이 화상 신호(W1))의 휘도값(Vin)을 출력 휘도값(Vout)으로 보정하고, 출력 신호(R2, G2, B2, W1, LR, LG 또는 LB)를 얻는다.
Vout = A X Vin + B X Vin2 + C X Vin3 + … + M X Vinm
여기서 m은 셀렉터(82a ~ 82m)의 개수이고, 예를 들면 4 이상의 정수이다.
혹은 변환 연산기(86)는 하기 식을 따라서, 입력된 신호의 휘도값(Vin)을 출력 휘도값(Vout)으로 보정하여 출력 신호를 얻어도 된다.
Vout = A X (Vin/BLum) + B X (Vin/BLum)2 + C X (Vin/BLum)3 + … + M X (Vin/BLum)m
여기서 m은 셀렉터(82a ~ 82m)의 개수이고, 예를 들면 4 이상의 정수이다.
이렇게 해서 R 계조 변환기(64R)는, 입력된 신호 R1을 R2로 보정해서 R2를 출력하고, G 계조 변환기(64G)는, 입력된 신호 G1을 G2로 보정해서 G2를 출력하고, B 계조 변환기(64B)는, 입력된 신호 B1을 B2로 보정해서 B2를 출력하며, 그레이 계조 변환기(66)는, 입력된 그레이 화상 신호 W1을 W2로 보정해서 W2를 출력한다. 또한 색 밸런스 보정 파라미터 생성기(64LR)는, 입력된 신호 R1으로부터 색 밸런스 보정 파라미터 LR을 얻어 색 밸런스 보정 파라미터 LR을 출력하고, 색 밸런스 보정 파라미터 생성기(64LG)는, 입력된 신호 G1으로부터 색 밸런스 보정 파라미터 LG를 얻어 색 밸런스 보정 파라미터 LG를 출력하며, 색 밸런스 보정 파라미터 생성기(64LB)는, 입력된 신호 B1으로부터 색 밸런스 보정 파라미터 LB를 얻어 색 밸런스 보정 파라미터 LB를 출력한다. 셀렉터(82a ~ 82m)와 계수값 메모리(84a ~ 84m)와 변환 연산기(86)의 내용은, 상기 계조 변환기 또는 상기 색 밸런스 보정 파라미터 생성기의 종류에 따라서 다르다.
도 4로 돌아가서, RGB 계조 변환기(64)로부터 출력된 RGB 화상 신호(R2, G2, B2) 및 색 밸런스 보정 파라미터(LR, LG, LB)는 색 밸런스 컨트롤러(70)에 공급된다. 그레이 계조 변환기(66)로부터 출력된 그레이 화상 신호(W2)는 엣지 홀드 회로(68)에 공급된다.
엣지 홀드 회로(68)는, 계조 변환 후의 그레이 화상 신호(W2)에 대해서 시야각 보정(국소적 엣지 홀드 처리)을 수행하고, 그레이 화상 신호(W3)를 생성한다. 그레이 화상 신호(W3)는, 후측 LCD 패널(3)의 구동 IC(36)에 공급된다. 2장의 LCD 패널(2, 3)에 대해서, 정면으로부터 봤을 때는 문제없지만, 대각 방향으로부터 봤을 때는 패널 두께에 기인하여, 전측 LCD 패널(2)의 표시 화상과 후측 LCD 패널(3)의 표시 화상의 위치가 각도에 따라서 어긋남으로써, 이중상(double image)과 색어긋남이 보이는 문제가 있다. 이 문제를 해결하기 위해서, 엣지 홀드 회로(68)는, 그레이 화상에 대해서 시야각 보정을 실시하는 역할을 하고 있다.
도 10은, 엣지 홀드 회로(68)에 의한 시야각 보정(국소적 엣지 홀드 처리) 결과를 도시한 개략도이다. 도 10 중 각각의 흰 동그라미는, 그레이 계조 변환기(66)로부터의 출력 화상에 있어서의 각 픽셀의 휘도값에 상당한다. 한편 도 10 중 검은 동그라미는, 엣지 홀드 처리된 픽셀의 휘도값에 상당한다.
도 10에 도시한 것과 같이 국소적 엣지 홀드 처리가 실행됨으로써, 암부와의 경계(엣지)에 있는 화상의 명부 픽셀의 휘도값으로, 그 부근의 암부 픽셀의 휘도값이 치환되어 있다. 이와 같이 명부에 인접한 암부 픽셀의 휘도를 향상시키는 보정을 수행함으로써, 대각 방향으로부터 봤을 때 화상이 어두워지는 것을 방지할 수 있다.
엣지 홀드 회로(68)의 구체적 구성 및 구체적 처리는, 일본특허공개공보 2016-118687호에 기재되어 있는 내용이면 된다. 엣지 홀드 회로(68)는, 어느 문턱값보다 높은 휘도를 가지는 어느 픽셀(주목 픽셀)에 대하여, 상기 주목 픽셀을 포함한 부근의 복수 픽셀의 휘도값의 최대값과 최소값의 차분이 다른 문턱값보다 높은 경우에, 이들 복수 픽셀의 휘도값 중 주목 픽셀의 휘도값보다 낮은 휘도값을, 주목 픽셀의 휘도값으로 치환한다.
도 4로 돌아가서, 엣지 홀드 회로(68)로부터 출력된 그레이 화상 신호(W3)는, 색 밸런스 보정 파라미터(Lw)로서 색 밸런스 컨트롤러(70)에도 공급된다. 색 밸런스 컨트롤러(70)는, RGB 계조 변환기(64)에 의한 계조 변환 후의 RGB 화상 신호(R2, G2, B2) 및 색 밸런스 보정 파라미터(LR, LG, LB), 그리고 엣지 홀드 회로(68)로부터 출력된 색 밸런스 보정 파라미터(Lw)에 기초하여, 색 밸런스 보정을 수행한다. 즉, 색 밸런스 컨트롤러(70)는, 계조 변환된 RGB 화상 신호(R2, G2, B2)에 대해서, 서브 픽셀마다 색 밸런스 보정 계수를 이용하여 색 밸런스를 조정하고, 보정 후의 RGB 화상 신호(R3, G3, B3)를 생성한다. RGB 화상 신호(R3, G3, B3)는, 전측 LCD 패널(2)의 구동 IC(28)에 공급된다.
도 11은, 색 밸런스 컨트롤러(70)의 상세를 도시한 블록도이다. 색 밸런스 컨트롤러(70)는, 3개의 승산기(72R, 72G, 72B) 및 3개의 제산기(74R, 74G, 74B)를 가진다.
색 밸런스 컨트롤러(70)에는 이하의 3종 신호가 입력된다.
RGB 계조 변환기(64)에 의해 계조 변환된 RGB 화상 신호(R2, G2, B2).
RGB 계조 변환기(64)에서 생성된 색 밸런스 보정 파라미터(LR, LG, LB).
엣지 홀드 회로(68)에서 생성된 색 밸런스 보정 파라미터(Lw, 그레이 화상 신호(W3)).
제산기(74R, 74G, 74B)는 대응하는 색의 색 밸런스 보정 파라미터를 색 밸런스 보정 파라미터(Lw)로 나눔으로써 색 밸런스 보정 계수를 산출한다. 승산기(72R, 72G, 72B)는 하기 식을 따라서, 대응하는 색의 RGB 화상 신호에 대해서 색 밸런스 보정 계수를 곱함으로써 색 밸런스 보정 후의 RGB(R3, G3, B3)를 생성한다.
R3 = R2 X (LR/LW)
G3 = G2 X (LG/LW)
B3 = B2 X (LB/LW)
도 12는, 색 밸런스 컨트롤러(70)의 작용에 의한 화상의 암부에 있어서의 색 밸런스 조정에 관한 설명도이다. 도 12(a)에 도시한 것과 같이, RGB가 각각 0이 아닌 혼색(R>G>B)을 표현하는 경우를 예로서 설명한다. 상술한대로 그레이 컨버터(60)는, 각 픽셀이 가지는 복수의 서브 픽셀의 휘도 레벨(R1, G1, B1) 중에서 최대 휘도 레벨을, 상기 픽셀(이들 서브 픽셀이 속하는 픽셀)의 그레이 화상 신호(W1)의 휘도 레벨로서 결정한다. 따라서 최대값인 R 서브 픽셀의 휘도값을 가지는 그레이 화상이 후측 LCD 패널(3)에서 생성되게 된다.
이 경우, 어느 서브 픽셀의 휘도를 확보하기 위한 백라이트가 상기 서브 픽셀과 동일한 픽셀에 속하는 다른 서브 픽셀을 투과함으로써, 색이 어긋날 우려가 있다. 예를 들면 G 및 B 서브 픽셀의 휘도는, 백라이트 유닛(4)으로부터 후측 LCD 패널(LV 패널(3))의 픽셀(PX)을 투과하는 빛샘 때문에 소망하는 휘도보다 커져서, 상기 픽셀(PX) 전체가 어긋난 색을 나타내게 된다.
이 경향은, 그레이 계조 변환기(66) 및 RGB 계조 변환기(64)에 의한 처리 후에도 계속된다(도 12(b)). 따라서 예를 들면 전측 LCD 패널(2)을 투과한 R의 빛은 소망하는 휘도를 갖지만, G 및 B의 빛의 휘도가 원하는 것보다 크기 때문에 색 밸런스가 무너지게 된다.
소망하는 G 및 B의 휘도를 얻기 위해서는, 도 12(c)에 도시한 것과 같이 후측 LCD 패널(3)에서 RGB 서브 픽셀마다 다른 휘도를 나타내도록 제어하는 것이 바람직하다. 그러나 후측 LCD 패널(3)에서는, 그레이 화상의 각 픽셀의 휘도를 조정할 수 있지만, 각 서브 픽셀의 휘도를 조정할 수 없다. 따라서 각 서브 픽셀에 대하여 소망하는 합성 투과율을 얻기 위해서는, 전측 LCD 패널(2)의 각 서브 픽셀의 계조 조정을 실시할 필요가 있다.
그래서 도 12(d)에 도시한 것과 같이, 합성 투과율의 사고 방법을 도입하여 소망하는 합성 투과율이 얻어지도록 전측 LCD 패널(2)의 계조를 조정하는 색 밸런스 보정 계수를 구하면, 도 12(e)에 도시한 것과 같은 식으로 보정하면 되는 것을 알 수 있다. 결과적으로 도 12(f)에 도시한 것과 같이 R3, G3, B3가 전측 LCD 패널(2)에 표시되게 되고, W3(=Lw)이 후측 LCD 패널(3)에 표시되어 색 밸런스가 조정된다.
이 원리에 따른 색 밸런스 제어 방법을 실장한 구체적인 구성이, 도 11에 도시된 색 밸런스 컨트롤러(70)이다. 색 밸런스 컨트롤러(70)에 의하면 혼색부에서도 본래 색을 표시할 수 있어, 색 재현성의 개선을 도모하는 것이 가능해진다. 이상, 화상의 암부를 표현하는 경우를 예로 들었지만, 다른 화상을 표현하는 경우에도, 어느 서브 픽셀(SP)의 휘도를 확보하기 위한 백라이트가 상기 서브 픽셀(SP)과 동일한 픽셀(PX)에 속하는 다른 서브 픽셀(SP)을 투과한다. 따라서 색 밸런스 컨트롤러(70)의 효과는, 화상의 암부뿐만 아니라 명부에서도 발휘된다.
도 12에 관한 이상의 설명으로부터 명백한 대로, RGB 계조 변환기(64, 도 4 참조)에서 생성되는 색 밸런스 보정 파라미터(LR, LG, LB)는, RGB 화상 신호(R1, G1, B1)에 따라서 전측 LCD 패널(2)에서만 RGB 화상을 표시하는 경우에, 각 서브 픽셀이 나타내는 휘도를 패널(2, 3)에서 실현하기 위해서, 만일 후측 LCD 패널(3)이 RGB 서브 픽셀마다 다른 휘도를 나타낼 수 있다고 하면, 후측 LCD 패널(3)의 서브 픽셀이 가져야 할 휘도이다. RGB 계조 변환기(64)의 색 밸런스 보정 파라미터 생성기(64LR)는, 입력된 신호(R1)만으로부터 색 밸런스 보정 파라미터(LR)를 생성할 수 있고, 색 밸런스 보정 파라미터 생성기(64LG)는, 입력된 신호(G1)만으로부터 색 밸런스 보정 파라미터(LG)를 생성할 수 있으며, 색 밸런스 보정 파라미터 생성기(64LB)는, 입력된 신호(B1)만으로부터 색 밸런스 보정 파라미터(LB)를 생성할 수 있다.
또한 도 12(b) 및 (c)에 도시한 대로, 엣지 홀드 회로(68, 도 4 참조)에서 생성되는 색 밸런스 보정 파라미터(Lw)는, 그레이 화상 신호(W3)와 동일하면 된다.
도 4로 돌아가서, 지연 회로(62)는, RGB 계조 변환기(64)의 처리와 그레이 계조 변환기(66)의 처리를 동기시키기 위해서 설치되어 있고, RGB 화상 신호(R1, G1, B1)에 그레이 컨버터(60)의 처리에 필요한 시간에 상당한 지연을 부여한다. 또한 지연 회로(52)는, 백라이트 유닛(4)을 구동하는 LED 구동 신호(BD)를, 전측 LCD 패널(2)에 공급되는 RGB 화상 신호(R3, G3, B3) 및 후측 LCD 패널(3)에 공급되는 그레이 화상 신호(W3)와 동기시키기 위해서 설치되어 있으며, 블록 휘도값 판정기(50)로부터 공급되는 블록 휘도값(BLum)에, RGB 화상 신호(R3, G3, B3) 및 그레이 화상 신호(W3)의 생성에 필요한 시간에 상당하는 지연을 부여한다. 도 4에서는 지연 회로(52, 58, 62)가 도시되어 있지만, 다른 목적으로 다른 지연 회로를 설치해도 된다.
이상 설명한 것과 같이, 본 발명의 실시형태에 있어서는, RGB 화상을 표시하는 전측 LCD 패널(2)과 그레이 화상을 표시하는 후측 LCD 패널(3)을 구비하는 화상 표시 장치에, 로컬 디밍 기술을 적용하고, 각 디밍 블록의 소망하는 휘도에 기초하여, 상기 디밍 블록에 대응하는 RGB 화상 신호의 각 서브 픽셀의 휘도 레벨을 조정하고, 조정된 각 디밍 블록 내의 서브 픽셀의 휘도 레벨에 기초하여, 후측 LCD 패널(3)의 상기 디밍 블록에 표시되는 그레이 화상의 휘도 레벨을 제어하는 그레이 화상 신호를 생성한다. 이로써 1개의 디밍 블록 내에 고휘도 영역과 저휘도 영역이 혼재해 있어도 black floating을 방지하고, 콘트라스트비를 개선하는 것이 가능하다.
도 13은, 1장의 LCD 패널을 구비한 화상 표시 장치에 로컬 디밍 기술을 적용한 표시 화상의 외견을 모의한 화상의 예를 도시한다. 도 14는 본 발명의 실시형태에 따른 화상 표시 장치에 로컬 디밍 기술을 적용한 표시 화상의 외견을 모의한 화상의 예를 도시한다. 참고를 위해 도 14의 화상에 대한 BLum/BLumMax의 분포를 도 15에 도시한다. 이들 도면의 정사각형 칸은, 디밍 블록에 대응한다. BLum은 상기한 대로 블록 휘도값이고, BLumMax는 최대 BLum이다.
도 13과 도 14의 대비에 따르면, 도 13에서는, 특히 중앙 및 상방 디밍 블록의 휘도가 높은데 비해서, 도 14에서는 이들 디밍 블록의 휘도가 제어된다. 또한 특히 태양을 표시하는 중앙의 디밍 블록에 대해서는, 도 13에서는 고휘도 영역에 영향을 받아서 저휘도 영역의 휘도가 높아지는 black floating이 관찰되는데 비해서, 도 14에서는 black floating이 방지되어 있고, 콘트라스트비가 개선되어 있다.
본 발명의 실시형태에 따르면, HDR 화상을 표시 가능한 화상 표시 장치에 있어서, 최대 휘도 10,000nits, 콘트라스트비 2,000,000:1이 실현되고, 1개의 디밍 블록 내에 고휘도 영역과 저휘도 영역이 혼재해 있어도 black floating이 방지된다.
또한 2장의 LCD 패널(2, 3)을 이용하여 콘트라스트비를 대폭 향상시킨 화상 표시 장치를 HDR용 화상 표시 장치에 적용하는 경우, 패널 전체의 빛의 투과율은, 패널 1장의 화상 표시 장치의 투과율보다 저하되기 때문에 패널 1장의 경우와 동일한 표시 휘도를 얻기 위해서는, 백라이트 유닛의 휘도를 보다 높게 할 필요가 있다. 이 경우에는, 백라이트 유닛에 있어서의 막대한 전력 소비 및 그 발열에 수반되는 냉각 기구 설치가 문제가 될 수 있다.
그러나 본 발명의 실시형태에 따르면, 로컬 디밍 기술을 적용함으로써, 백라이트 유닛(4)에서는 필요한 디밍 블록에 대응하는 LED(42)를 적절한 휘도로 발광시킴으로써, 로컬 디밍 기술을 적용하지 않은 백라이트 유닛에 비교해서, 소비 전력을 대폭 저감할 수 있고, 나아가서는 대규모의 냉각 기구를 필요로 하지 않는다. 따라서 로컬 디밍 기술을 적용하지 않은 백라이트 유닛에 비교해서, 본 발명의 실시형태에 따른 백라이트 유닛(4)의 비용을 삭감할 수 있다. 예를 들면 도 14의 표시 화상을 실현하는 경우, 본 발명의 실시형태에 따른 백라이트 유닛(4)의 소비 전력은, 로컬 디밍 기술을 적용하지 않은 백라이트 유닛의 약 1/3이다.
1: 화상 표시 장치 2: 전측 LCD 패널(RGB 패널)
3: 후측 LCD 패널(LV 패널) 4: 백라이트 유닛
20: 컬러필터 기판 22: TFT 기판
24, 26: 편광 필름 28: 구동 IC
30: 유리 기판 32: TFT 기판
34: 편광 필름 36: 구동 IC
40: 기판 42: LED
44: 측벽 46: LED 구동부
5: 신호 처리부 50: 블록 휘도값 판정기
52, 58, 62: 지연 회로
54: LED 구동 신호 발생기(백라이트 구동 신호 발생기)
56: 레벨 변환기 60: 그레이 컨버터
64: RGB 계조 변환기 64R: R 계조 변환기
64G: G 계조 변환기 64B: B 계조 변환기
64LR: 색 밸런스 보정 파라미터 생성기
64LG: 색 밸런스 보정 파라미터 생성기
64LB: 색 밸런스 보정 파라미터 생성기
66: 그레이 계조 변환기 68: 엣지 홀드 회로
70: 색 밸런스 컨트롤러 80: 셀렉터
82a ~ 82m: 셀렉터 84a ~ 84m: 계수값 메모리
86: 변환 연산기 72R, 72G, 72B: 승산기
74R, 74G, 74B: 제산기

Claims (8)

  1. RGB 화상을 표시하는 전측 LCD 패널;
    상기 전측 LCD 패널의 후방에 배치되고, 상기 전측 LCD 패널에 중첩되며, 그레이 화상을 표시하는 후측 LCD 패널;
    상기 후측 LCD 패널의 후방에 배치되고, 상기 전측 LCD 패널과 상기 후측 LCD 패널에 빛을 조사하여, 복수의 블록 각각의 휘도를 조정 가능한 백라이트 유닛;
    입력된 RGB 화상 신호로부터 상기 블록 각각의 블록 휘도값을 판정하는 블록 휘도값 판정기;
    상기 블록 휘도값 판정기에서 판정된 상기 블록 각각의 상기 블록 휘도값에 따라서, 상기 블록의 휘도를 조정하도록 상기 백라이트 유닛을 구동하는 백라이트 구동 신호 발생기;
    상기 블록 휘도값 판정기에서 판정된 상기 블록 각각의 상기 블록 휘도값이 낮을수록, 상기 블록에 대응하는 상기 RGB 화상 신호의 각 서브 픽셀의 휘도 레벨을 높게 조정하는 레벨 변환기; 및
    상기 레벨 변환기에서 조정된 각 블록 내의 서브 픽셀의 휘도 레벨에 기초하여, 상기 후측 LCD 패널의 상기 블록에 표시되는 그레이 화상의 휘도 레벨을 제어하는 그레이 화상 신호를 생성하는 그레이 컨버터를 구비하는 화상 표시 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 블록 휘도값 판정기는, 입력된 RGB 화상 신호의 각 블록 내의 서브 픽셀의 휘도 중 최대 휘도에 기초하여, 상기 블록 각각의 상기 블록 휘도값을 판정하는 화상 표시 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 그레이 컨버터는, 각 블록 내의 각 픽셀이 가지는 복수의 서브 픽셀의 휘도 레벨 중에서 최대 휘도 레벨을, 상기 픽셀의 그레이 화상의 휘도 레벨로서 결정하는 화상 표시 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 레벨 변환기에서 휘도 레벨이 조정된 상기 RGB 화상 신호의 계조를 상기 전측 LCD 패널의 출력 특성을 고려하여 보정하는 RGB 계조 변환기를 더욱 구비하고,
    상기 RGB 계조 변환기는, 상기 블록 휘도값 판정기에서 판정된 상기 블록 각각의 상기 블록 휘도값에 기초하여, 상기 RGB 화상 신호의 계조를 보정하는 화상 표시 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 그레이 컨버터에서 생성된 상기 그레이 화상 신호의 계조를 상기 후측 LCD 패널의 출력 특성을 고려하여 보정하는 그레이 계조 변환기를 더욱 구비하고,
    상기 그레이 계조 변환기는, 상기 블록 휘도값 판정기에서 판정된 상기 블록 각각의 상기 블록 휘도값에 기초하여, 상기 그레이 화상 신호의 계조를 보정하는 화상 표시 장치.
  7. RGB 화상을 표시하는 전측 LCD 패널과,
    상기 전측 LCD 패널의 후방에 배치되고, 상기 전측 LCD 패널에 중첩되며, 그레이 화상을 표시하는 후측 LCD 패널과,
    상기 후측 LCD 패널의 후방에 배치되고, 상기 전측 LCD 패널과 상기 후측 LCD 패널에 빛을 조사하여, 복수의 블록 각각의 휘도를 조정 가능한 백라이트 유닛을 구비하는 화상 표시 장치에 있어서 실행되는 화상 표시 방법으로서,
    입력된 RGB 화상 신호로부터 상기 블록 각각의 블록 휘도값을 판정하는 단계;
    판정된 상기 블록 각각의 상기 블록 휘도값에 따라서, 상기 블록의 휘도를 조정하도록 상기 백라이트 유닛을 구동하는 단계;
    판정된 상기 블록 각각의 상기 블록 휘도값이 낮을수록, 상기 블록에 대응하는 상기 RGB 화상 신호의 각 서브 픽셀의 휘도 레벨을 높게 조정하는 단계; 및
    조정된 각 블록 내의 서브 픽셀의 휘도 레벨에 기초하여, 상기 후측 LCD 패널의 상기 블록에 표시되는 그레이 화상의 휘도 레벨을 제어하는 그레이 화상 신호를 생성하는 단계를 포함하는 화상 표시 방법.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 레벨 변환기는 하기 식에 따라 상기 블록에 대응하는 상기 RGB 화상 신호의 각 서브 픽셀의 휘도 레벨을 조정하는 화상 표시 장치.
    R1 = (Ln/BLum) X R
    G1 = (Ln/BLum) X G
    B1 = (Ln/BLum) X B
    (R1, G1, B1은 각각 상기 레벨 변환기로부터 출력되는 R, G, B 서브 픽셀의 휘도 레벨,
    Ln은 상기 백라이트 유닛의 상기 블록에 대해서 제어 가능한 휘도의 최대값,
    BLum은 상기 블록 휘도값,
    R, G, B는 각각 상기 레벨 변환기에 입력되는 R, G, B 서브 픽셀의 휘도 레벨)
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