(57)【要約】本発明は、複数の光源(104)を有する照明ユニットを含む表示デバイスの照明を行う方法を提案する。所望の光出力は、表示する画像データに応じて光源毎に決定する。所望の光出力を基準光出力と比較し、その差を用いて電力節減率を決定する。そして１つ以上の光源の所望の光出力を、この電力節減率を用いて増加させる。照明ユニットをこれらの増加させた光出力により作動させると、高コントラスト画像が表示スクリーン上に表示され、この画像は視聴者にとって視覚的に特に目立って見える。随意的なステップ(312)〜(316)は、隣接するバックライトセグメント間の光学的クロストークを補償する。
2009540354.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々が表示スクリーンの一部分に対応する少なくとも第１光源及び第２光源を有する照明ユニットを含む表示デバイスの照明を行う方法において、
ビデオ画像データを受信するステップと；
前記第１光源及び前記第２光源の各々の所望の光出力を、前記表示スクリーンの当該光源に対応する部分の前記ビデオ画像データに応じて決定するステップと；
前記所望の光出力を所定の基準光出力と比較することによって電力係数を決定するステップと；
前記所望の光出力の少なくとも１つを、前記電力係数の少なくとも一定割合だけ増加させるステップと
を具えていることを特徴とする表示デバイスの照明方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記所望の光出力の各々を前記電力係数の少なくとも一定割合だけ増加させることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法において、前記所望の光出力の各々を、前記電力係数を用いて直線的に増加させることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項２に記載の方法において、前記所望の光出力の各々を、前記電力係数及びオフセット値を用いて直線的に増加させることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法において、さらに、
前記所望の光出力から生じた実際の光分布を生成するステップと、
前記実際の光分布と要求された光分布との誤差を特定するステップと、
前記所望の光出力を前記誤差に応じて増加させるステップと
を具えていることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法において、前記増加させるステップを、極性依存性の利得係数を用いて実行することを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項５に記載の方法において、前記実際の光分布を生成するステップが、前記表示スクリーンの隣接する部分間のクロストークを補償することを含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法において、さらに、前記増加させた光出力に応じてバックライトユニットの前記光源を動作させるステップを具えていることを特徴とする方法。
【請求項９】
各々が表示スクリーンの一部分に対応する少なくとも第１光源及び第２光源を有する照明ユニットを含む表示デバイスにおいて、
さらにコントローラを具え、このコントローラが、
ビデオ画像データを受信し；
前記第１光源及び前記第２光源の所望の光出力を、前記表示スクリーンの当該光源に対応する部分の前記ビデオ画像データに応じて決定し；
前記所望の光出力を所定の基準光出力と比較することによって電力係数を決定し；
前記所望の光出力の少なくとも１つを、前記電力係数の少なくとも一定割合だけ増加させる
ように構成されていることを特徴とする表示デバイス。
【請求項１０】
請求項９に記載の表示デバイスにおいて、前記光源が蛍光ランプであり、これらの蛍光ランプの各々が、前記表示スクリーンのセグメントに対応する蛍光ランプであることを特徴とする表示デバイス。
【請求項１１】
請求項９に記載の表示デバイスにおいて、前記光源発光ダイオードであり、これらの発光ダイオードの各々が、前記表示スクリーンの範囲にそれぞれ対応することを特徴とする表示デバイス。
【請求項１２】
請求項９に記載のディスプレイ装置において、前記コントローラが、前記表示スクリーンの行ドライバ及び列ドライバに接続されているタイミングコントローラであることを特徴とする表示デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はバックライトを有する液晶表示デバイスのような表示デバイスの照明を行う方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特定種類のパッシブ（受動型）表示デバイスは、画像を表示するために照明ユニットを設ける必要がある。例えば、透過型液晶表示デバイスは一般に、液晶表示（ＬＣＤ）パネルを背面から照射するバックライトが設けられている。ＬＣＤパネルの各画像素子（画素）は光シャッターを構成し、個別に制御して画像素子を通過するバックライトの光学的状態を変化させることができる。適切に配置した偏光板の間にＬＣＤパネルを配置することによって、各画素を通過するバックライトの光量を効果的に制御し、画像を表示パネル上に生成することができる。
【０００３】
従来技術のこの種の表示デバイスはバックライトユニットが設けられ、表示デバイスの動作中に各光源が一定の光強度を表示パネルに与える。しかし、液晶ディスプレイパネルは完全ではなく、画素がブラック（暗）状態である際にパネルを通る光漏れを生じさせる。従って、視聴者は画像のブラック部分をダークグレー（暗灰色）として知覚し、このことは不所望なことである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６６３１９９５号明細書
【０００５】
その改善が特許文献１（米国特許６６３１９９５号明細書）に提案され、ここでは、照明ユニットの表示パネルに向けた出力を、パネル上に表示される画像に応じて制御することができる。従って、暗い画像に対して、バックライトは強度を低減した照明表示パネルに与える。その結果、光漏れはより知覚されず、視聴者はより高い画質を知覚する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、表示デバイスの照明を行う照明ユニットを含む表示デバイスの知覚される画質をさらに改善することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、独立請求項１に記載の本発明によって少なくとも部分的に達成される。他の有利な好適例は従属請求項に規定する。
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、こうした表示デバイスの照明を行う方法を提案する。照明ユニットが少なくとも第１及び第２光源を有し、各々が表示スクリーンの一部に対応する。表示デバイス上に表示するビデオ画像データを受信する。このビデオ画像データを分析し各光源の所望の光出力を導出して、このビデオ画像データを表示する表示スクリーンの対応する部分にバックライトの最適な光量を与える。
【０００９】
例えば、表示パネルの特定領域のみが比較的暗い画像を表示する場合には、この領域に与えるバックライトの光量はこれに応じて低減するが、比較的明るい画像領域に与えるバックライトの光量は維持するか、所望すればさらに増加することができる。
【００１０】
こうして導出した所望の光出力をバックライトユニットの基準光出力と比較し、その差を用いて電力係数を決定する。この基準光出力は、バックライトユニットの公称の光出力に相当することが好ましく、公称の光出力は、表示パネルを公称の光強度、例えば１００％で連続的に照射するバックライトの光出力である。この場合には、電力係数は、光源を基準光出力にして動作させる代わりに所望の光出力にして動作させることによって達成される電力低減に対応する。
【００１１】
その後に、視聴者が特に高画質の画像を知覚することを保証するために、１つ以上の光源の所望の光出力を、この電力係数の少なくともある割合だけ増加させる。光源毎の所望の光出力は増加させることが好ましい。従って、明るい画像部分、あるいは好適には画像全体の輝度が上昇し、これにより画像は視聴者にとって特に目立つ。光出力の最終的な増加は、知覚される画質に予想外に大きくプラスに寄与することが判明している。
【００１２】
追加的な利点は、本発明による方法を用いた表示デバイスでは、照明ユニットが消費する電力の量を、表示パネル全体の一定光強度の照明を行う（即ち、各光源を１００％の光出力レベルで連続的に動作させる）従来技術の照明ユニットに比べて低減することができる、ということにある。
【００１３】
これらの光源は、各々が表示デバイスのセグメントに対応する蛍光ランプであることが好ましい。各蛍光ランプの輝度は個別に調整することができ、これにより、表示デバイスの各セグメントは、セグメント上に表示するビデオ画像データに対して最適化されたバックライトの光量を受けることができる。
【００１４】
従って、本発明による方法の好適例では、まずビデオ画像データを受信する。このビデオ画像データは、セグメント単位で分析することが好ましい。次に、蛍光ランプ毎の最適な光出力を、例えば画像の対応するセグメントの平均輝度に応じて決定する。これらの光出力を合計し、すべての蛍光ランプをまとめた合計の基準光出力と比較する。
【００１５】
この基準光出力は、例えば、従来のバックライトに用いられている公称光出力であり、１００％のランプ光強度で表示デバイスの連続照明を行う。この例では、上記比較が電力低減率に相当する利得係数を生じさせる。そして、この利得係数を用いて、すべての蛍光ランプの光出力を同時に上昇させる。１つの好適例では、各ランプの光出力を等量だけ直線的に上昇させる。他の好適例では、比較的明るい画像セグメントに対応する蛍光ランプの光出力を、比較的暗い画像セグメントに対応する蛍光ランプの光出力よりも上昇させる。このことは、光出力をあるオフセットレベルに対して直線的に上昇させるか、光出力を非直線的に上昇させるかのいずれかによって達成される。
【００１６】
結果的な画像は、特に後者の好適例では比較的高いコントラストを有し、画像の明るい部分では比較的高い輝度を有し、画像の暗い部分では（光漏れを低減する）比較的低い光出力を有する。さらに、バックライトをより効率的に使用して、表示される画像の画質向上に加えて電力を節減することができる。
【００１７】
他の好適例では、上記光源が発光ダイオード（ＬＥＤ）またはＬＥＤ群であり、各ダイオードまたはダイオード群は表示パネルのある領域に対応する。各ＬＥＤまたはＬＥＤ群の輝度は個別に制御することができ、これにより、表示デバイスの各領域が、当該領域上に表示されるビデオ画像データに対して最適化されたバックライトの光量を受ける。
【００１８】
同様に、ビデオ画像データ中の各画像領域を分析し、ＬＥＤまたはＬＥＤ群毎の最適な光出力を、例えば画像の対応する領域の平均輝度に応じて決定することが好ましい。そして、電力係数を決定し、一部または全部のＬＥＤの光出力を、この電力係数の少なくともある割合だけ増加させる。
【００１９】
本発明による方法は、比較的多数の光源を有する表示デバイスに適用する際に最も効果的であり、これにより、各光源に対応する領域またはセグメントが比較的小さくなる。上記表示領域が良好に区分され、これにより、隣接領域またはセグメント間に大きなオーバラップ（重複）が存在しないことが理想的である。しかし、実際には、いくらかのオーバラップが発生し、従って、本発明による方法の好適例は、いわゆるクロストーク補償を提供する。即ち、所望の光出力及び／または電力係数を決定するに当たり、所定セグメントまたは領域の光出力の、隣接する領域またはセグメントに対する寄与（「クロストーク」）を考慮する。例えば、比較的暗い画像領域またはセグメントを比較的明るいセグメントまたは領域が包囲する場合には、この比較的暗いセグメントに対応する光源の光出力はさらに低減することができる。
【００２０】
本発明による方法は、走査型バックライトシステムを有する表示デバイスに適用することが好ましく、各光源は、画像リフレッシュ時間の一部分中に、当該光源に対応する表示領域またはセグメントのみを照射する。この一部分をデューティサイクルと称し、例えば画像リフレッシュ時間の３０％または４０％である。走査型バックライトシステムは、比較的高い光出力を有するＨＣＦＬのような明るいランプを使用し、１つ以上の光源のデューティサイクルを増加させることによって、本発明の方法の最終的な増加ステップにおいて必要となり得る追加的照明を容易に行うことができる。
【００２１】
以下、本発明のこれら及び他の態様を、次の図面を参照しながら説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】表示パネル及び照明ユニットの概略図である。
【図２】本発明による方法の好適な実施例を示すブロック図である。
【図３Ａ】本発明による方法の好適な実施例の詳細を表すブロック図である。
【図３Ｂ】本発明による方法の好適な実施例の詳細を表すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１に、ＬＣＤ（液晶表示）パネル１００を示し、パネル１００は、その幅方向に延在する４つのセグメント１０２に分割される。表示パネル１００の背後には、表示パネルを背面から視聴者の向きに照射するバックライトユニットが設けられている。このバックライトユニットは多数の光源、本実施例では蛍光管１０４を具えている。各蛍光管１０４は表示パネルのセグメント１０２に対応する。
【００２４】
このパネルは画像素子（画素、図示せず）を設けられ、各画像素子は光シャッターを構成し、個別に制御して当該画像素子を通過するバックライトの光学的状態を変化させることができる。こうして、表示パネル１００上に画像を形成することができる。ＬＣＤテレビジョンにおいて使用される実際の表示パネルは、例えば、水平（幅）方向に１３６０画素×垂直（高さ）方向に７６０画素、あるいは１９２０×１０８０画素を有する。一般に、蛍光ランプ１０４の数、従ってパネルセグメント１０２の数は、図に示す４個より多く、例えば実際のバックライトユニットは８個または１２個の蛍光ランプを有し、従って表示パネル１００は、これに対応するそれぞれ８個または１２個のセグメントを有する。
【００２５】
蛍光灯は冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）または熱陰極蛍光ランプ（ＨＣＦＬ）であり、後者の場合には、バックライトユニットは走査型バックライトとして構成することが好ましく、走査型バックライトでは、各蛍光ランプが特定デューティサイクル、例えば画像リフレッシュ時間の３０％または４０％に従って続けて作動する。こうしたバックライト方式は、液晶表示システムにおいて有益であり、液晶表示システムでは、このバックライト方式は、画像の連続照射による動きのぼやけを視聴者が知覚する効果（「サンプル−ホールド効果」）を解消することができる。
【００２６】
一般に、表示デバイスのセグメント化（セグメンテーション）は理想的ではなく、セグメント１０２間にいくらかのオーバラップが存在する。例えば、図１では、第２ランプ１０４’が作動し、その照射領域（斜線）は、対応する第２セグメントのエッジ外に及んでいることがわかる。
【００２７】
本発明は、ディスプレイパネルを照射する方法に関する。この方法の好適な実施例を以下に説明する。
【００２８】
この好適な実施例は、図２のブロック図に示す。
【００２９】
ブロック２１０の第１ステップでは、パネル１００上に表示する画像データを分析して、ランプ１０４毎の所望の光出力を決定する。所望の光出力は、標準的な技術を用いて決定し、例えば、ランプ毎に、表示セグメントに対応する画像データのヒストグラム解析を行って、セグメント画像データの平均輝度と一致するように光出力を選定する。走査型バックライトユニットを有する好適な実施例では、実際の電力レベルは用いず、ランプのデューティサイクルの指標である光レベル信号を用いる。即ち、これらのランプは一般に同じ電力レベルで駆動され、光出力はデューティサイクルを増加または減少させることによって変化させる。一般に、非常に短いデューティサイクルでは。ＨＣＦＬの効率が低下し、その影響を補償しなければならない。
【００３０】
ブロック２２０の第２ステップでは、所望の光出力を基準光出力と比較し、両者の比率を好適に表現する電力係数を決定する。基準光出力は、公称のランプ出力またはデューティサイクルでの表示パネルの連続照射に相当する１００％にとることが好ましい。この場合には、所望の光出力は一般に基準光出力よりも低く、電力係数が電力節減率を表す。
【００３１】
ブロック２３０の最終ステップでは、各ランプの光出力を概ね、計算した電力係数を用いて上昇させる。ブロック２１０及び２２０における最適な光ランプ出力の決定によって節減された電力の少なくとも一部を再利用して、視覚的により目立つ画像を表示スクリーン上に生成することが好ましい。
【００３２】
例として、１２個のセグメントを有する表示システムにおける特定画像について、第１分析ステップが、６個の画像セグメントについては、所望のランプ出力が公称ランプ出力の８０％であり、他の６個の画像セグメントについては、所望のランプ出力が２０％であることを明らかにしている。このことは２の電力係数をもたらし、従ってすべてのランプを２の倍率だけ出力上昇させることができる。その結果、６個のランプが公称光出力の１６０％を供給し、他の６個のランプが公称光出力の４０％を供給する。システムが消費する電力の総量は、すべてのランプが公称光出力を供給した際と同じであるが、輝度分布は画像データに最適に適応している。画像の暗部の光漏れは低減されるのに対し、画像の明るい部分についは画像輝度が特に高く、視覚的に快適である。
【００３３】
この方法は画像データのフレーム毎に反復することが好ましく、即ち、ビデオストリームの各画像を分析し、これに続いてバックライトのランプの光出力を本発明により計算する。
【００３４】
この方法は、タイミングコントローラ（ＴＣＯＮ）及び／またはバックライトコントローラで具体化することが好ましい。タイミングコントローラは、ＬＣＤパネルの背面側に配置されるＩＣであり、ＬＣＤパネルの画素をアドレス指定する行ドライバ及び列ドライバに接続されている。タイミングコントローラは既に画像データを受信し、従って画像データ分析を実行して電力係数を計算するのに適している。所望かつ上昇させた電力レベルをバックライトコントローラに供給することが好ましく、バックライトコントローラは、これらの電力レベルに応じて光源毎の制御信号を発生し、これに応じてランプを制御するように構成されている。
【００３５】
図３Ａ及び３Ｂに、本発明の方法の他の好適な実施例を示す。
【００３６】
この他の好適な実施例では、セグメント毎に画像データを分析して、対応するランプ毎の所望の光出力を決定する第１ステップ３１０の後に、所望の光出力に対して多数の修正を実行してさらに最適化した輝度分布を得る。
【００３７】
まず、ブロック３１２では、あるセグメントとこれに隣接するセグメントとの負の差を限定する。あるセグメントの所望の光出力を隣接するセグメントの所望の光出力の所定割合と比較し、あるセグメントの所望の光出力の方が低ければ、この所望の光出力を最高の隣接レベルの上記所定割合にクリップ（上限設定）する。
【００３８】
次のブロック３１４では、表示パネル上の実際の光分布を、ブロック３１２からの修正した光出力及びセグメント間のクロストークを考慮に入れて計算する。光分布に対するクロストークの影響はルックアップテーブル（ＬＵＴ：早見表）３１５より得られ、ルックアップテーブル３１５は、この特定のパネルについて、画像のラインまたは画素に対する光レベルのマップを位置の関数として含む。例えば、第３セグメント中の特定ラインについて、ルックアップテーブルは、照射の７０％がランプ３から発生し、２５％がランプ２から生じており、そして５％がランプ４から発生することを明示することができる。
【００３９】
ブロック３１６では、好適には実際の光レベルをブロック３１０からの所望の光レベルと比較することによってクロストーク補償を実行する。両者間のあらゆる誤差をフィードバックして、ブロック３１２からの所望の光レベルを修正することが好ましい。この修正は、極性依存の利得係数（ゲインファクタ）を用いることがより好ましい（非対称の修正）。即ち、正の誤差（過大な光量）よりも負の誤差（光量不足、即ち所望の光レベルが必要なレベルより低い）に対して、より大きな修正を用いる。こうした非対称のエラーの利得なしでは、比較的暗いセグメントに隣接する明るいセグメントの領域が過度に暗く見える。
【００４０】
実際には、このクロストーク補償は、より暗いセグメントに囲まれた比較的明るいセグメントのレベルを上昇させ、さらに、より明るいセグメントに囲まれた比較的暗いセグメントのレベルを落とす。適切に調整されると、クロストーク補償、特に非対称クロストーク補償は、画像スクリーン上に表示された画像のコントラストをさらに強調する。
【００４１】
図３Ｂに、第１の好適な実施例におけるブロック２２０に相当するブロック３２０のより詳細な実現の好適な具体例を示す。
【００４２】
まず、ブロック３２２では、すべてのセグメントの電力係数を合計し、この合計をバックライトの公称光出力レベルで除算する。こうして電力係数が得られる。そして、ブロック３２４では、電力係数を最高許容電力係数にクリップ（上限設定）する。最高許容電力係数はユーザーが制御可能であることが好ましく、そして約２〜３に設定することができる。この最高値は、バックライトユニットによって過剰な光が供給されないことを保障するように与え、非常に暗い画像は高い輝度で表示可能にすべきでない。随意的に、ブロック３２６は電力係数の一時的なローパスフィルターを提供する。即ち、電極率の修正を、急速に上昇及び／または下降し得ないように行うことができる。光出力を非常に劇的に低減することができるが、バックライトの光出力の増加は煩わしいフリッカーを生じさせないように徐々に行うべきである。
【００４３】
ブロック３２６からの修正した電力係数は最終的に、ブロック３１６からのクロストーク補償された光出力を増加させるためにブロック３３０で使用される。その利得は直線的にすることができ、即ち、すべてのランプを電力係数に応じて同量だけ出力上昇させる。しかし、ランプ出力はオフセット値に対して増加させることが好ましく、このことは、最も暗いレベルを保ち、かつ画像のコントラスト全体を拡大させるように光特性を拡張する。
【００４４】
線形利得は次式で表される：
【数１】
2009540354.tif 000003
ここに、ＣＬＯはブロック３１６からのクロストーク補償された光出力、ＰＦはブロック３２６からの修正した電力係数、そしてＢＬＯは上昇させた光出力であり、バックライトコントローラはＢＬＯを用いてランプの駆動レベルを決定する。
【００４５】
従って、オフセット値を伴う線形利得は次式で表される：
【数２】
2009540354.tif 000004
ここに、ＯＦはオフセット値である。
【００４６】
次の表は、電力係数を１．５と仮定し、上昇ステップ中に２０％のオフセット値を用いることによって達成することのできるコントラスト強調を例示する：
ＣＬＯ      ＢＬＯ（オフセットなし）      ＢＬＯ（オフセット）
２０％        ３０％                        ２０％
６０％        ９０％                        ８０％
１００％      １５０％                      １４０％
【００４７】
この表からわかるように、クロストーク補償された、公称光出力の１００％の光出力と２０％の光出力との「元の」コントラスト比は５：１である。オフセット値なしの線形利得後は、このコントラスト比は同じままである。しかし、オフセット値は、これら２つの輝度レベル間のコントラスト比の７：１への増加をもたらす。
【００４８】
コントラスト比を上昇させる代替オプションはブロック２３０で線形利得を用いない。
【００４９】
本発明は、ランプを例えば３０％のデューティサイクルで順に動作させる走査型バックライトシステム内で実現することが好ましい。そしてこのことは、１００％の公称光出力に相当する。こうしたシステムでは、ランプの光出力は、デューティサイクルを増加させることによって容易に１００％以上に増加させることができる。ランプレベルは２００％まで、さらには８０％までのデューティサイクルを用いて多大な労力なしに２５０％まで上昇させることができる。さらに高いデューティサイクルは可能であるが、動きのぼやけの知覚が増加するため望ましくない。
【００５０】
以上では、蛍光ランプを光源として含むバックライトを有するＬＣＤパネルを参照しながら本発明を説明している。しかし、ＬＥＤのアレイを用いたバックライトも、本発明を実施するために同等に適している。この場合には、以上ではランプに対応する表示パネルセグメントを参照した所を、単一のＬＥＤに対応する表示パネルの比較的小さい領域に置き換えることが理想的である。あるいはまた、ＬＥＤ群に対応するより大きい領域を用いることができる。
【図１】
2009540354.tif 000005
【図２】
2009540354.tif 000006
【図３Ａ】
2009540354.tif 000007
【図３Ｂ】
2009540354.tif 000008
【国際調査報告】
2009540354.tif 000009
2009540354.tif 000010
2009540354.tif 000011