(57)【要約】  多数の画素を有する表示装置および画像を表示する方法である。本発明は多数の画素（１３）を有する表示装置（１）に関する。この表示装置は多数の画素（１３）に対して色値および輝度値を生成するための画像信号生成装置（２）と、当該色値および輝度値に基づいて多数の画素（１３）を変調する、前記画像信号生成装置（２）と結合された光変調装置（３）と、当該光変調装置（３）を後方照明するための照明装置（４）を有している。この表示装置は、前記照明装置（４）が、多数の光源（１２）を駆動制御するための駆動制御装置（１１）を有しており、当該駆動制御装置（１１）が前記画像信号生成装置（２）または光変調装置（３）と結合されており、光変調装置（３）の部分領域を後方照明するために設けられた光源（１２）の特定のグループが、駆動制御装置によって、前記輝度値に依存して、コントラスト増強のために駆動制御されることを特徴とする。本発明はさらに、多数の画素（１３）を有する表示装置（１）上に画像を表示する方法に関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の画素（１３）を有する表示装置（１）であって、
当該表示装置は、
・前記多数の画素（１３）に対して色値および輝度値（Ｉｓｏｌｌ）を生成する画像信号生成装置（２）と、
・当該色値および輝度値（Ｉｓｏｌｌ）に基づいて前記多数の画素（１３）を変調する、前記画像信号生成装置（２）と結合された光変調装置（３）と、
・当該光変調装置（３）を後方照明する照明装置（４）を有している形式のものにおいて、
・前記照明装置（４）は、多数の光源（１２）、殊に発光ダイオードを駆動制御する駆動制御装置（１１）を有しており、
・当該駆動制御装置（１１）は前記画像信号生成装置（２）または光変調装置（３）と結合されており、光変調装置（３）の部分領域を後方照明するために設けられた特定の光源グループが、前記駆動制御装置（１１）によって前記輝度値（Ｉｓｏｌｌ）に依存して、コントラスト増強のために駆動制御される、
ことを特徴とする、多数の画素を有する表示装置。
【請求項２】
・前記照明装置（４）と前記光変調装置（３）との間にディフューザ（５）が配置されており、当該ディフューザは光源（１２）の特定のグループの光を、前記光変調装置（３）の部分領域の画素（１３）の特定のグループ（１５）に分配し、
・前記画像信号生成装置（２）は画素グループ（１５）の輝度特性（Ｉｃｈａｒ）を計算し、光源グループは必要に応じて駆動装置（１１）によって駆動制御される、請求項１記載の表示装置。
【請求項３】
・前記多数の光源（１２）の各光源（１２）は個々に前記駆動制御装置（１１）によって駆動制御される、請求項１または２記載の表示装置。
【請求項４】
前記光源（１２）は面発光型の光源であり、殊に有機発光ダイオードである、請求項１から３までのいずれか１項記載の表示装置。
【請求項５】
多数の画素（１３）を有する表示装置（１）上に画像を表示する方法であって、
当該表示方法は、
・前記多数の画素（１３）に対する色値および輝度値（Ｉｓｏｌｌ）を有する画像信号を受信するステップと、
・表示されるべき画像を形成する、画素（１３）の多数の異なる特定のグループ（１５）に対して輝度特性（Ｉｃｈａｒ）計算するステップと、
・前記色値および輝度値（Ｉｓｏｌｌ）に基づいて、光変調装置（３）によって画素（１３）を変調するステップと、
・異なる特定の画素グループ（１５）を、各光源（１２）または特定の光源（１２）のグループによって、各特定の画素グループ（１５）に対して計算された前記輝度特性（Ｉｃｈａｒ）に依存して照明するステップを有する、
ことを特徴とする、多数の画素を有する表示装置上に画像を表示する方法。
【請求項６】
・前記画像信号の前記受信された色値および輝度値（Ｉｓｏｌｌ）に基づいて、前記計算された輝度特性（Ｉｃｈａｒ）を考慮して、修正された色値および輝度値（Ｉｋｏｒｒ）を、画素（１３）の特定のグループを変調するために計算する、請求項５記載の方法。
【請求項７】
・前記特定の画素グループ（１５）に割り当てられた輝度値（Ｉｓｏｌｌ）の最小値、中間値または最大値に基づいて前記輝度特性（Ｉｃｈａｒ）を計算する、請求項５または６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は多数の画素を有する表示装置に関する。ここでこの表示装置は、多数の画素に対して色値および輝度値を生成する画像信号生成装置と、多数の画素をこの色値および輝度値に基づいて変調する、画像信号生成装置と結合された光変調装置と、光変調装置を後方照明する照明装置とを有している。
【０００２】
上述した様式の表示装置、殊にフラットディスプレイスクリーンは多方面で公知であり、殊に、コンピュータモニタとしての使用または特に平面的なテレビジョン装置用のディスプレイスクリーンとしての使用に適している。光源から放射された光は、多数の画素を有する光変調装置（通常は液晶ディスプレイ（liquid crystal display-LCD）を後方照明するために使用される。光変調装置の個々の画素を、画像信号生成装置から生成された色値および輝度値で駆動制御することによって、放射された光の一部分のみが光変調装置を透過し、明るい画素および暗い画素ないしは異なった色の画素が作成される。これらの画素は組み合わされ、観察者にとって１つの全体画像になる。
【０００３】
殊に、娯楽電子機器の分野における表示装置の場合には、特に高いコントラストレンジが望まれる。映画フィルムはしばしば大きいコントラストレンジを伴うシーンを含むので、コントラストは最高輝度と最低輝度の差と、表示可能な最低輝度グラデユエーションとの比である。
【０００４】
従って現実に忠実な結像のためには一方では、非常に微細な輝度グラデュエーションが重要であり、他方では白い画素の完全な照明強度と照明強度が無い（黒い画素）間の全領域を表現することが可能であることが重要である。これは例えば、非常に不均一な照明を伴うシーンの場合であり、例えば室内撮影と室外撮影を同時に表示する場合、または光の領域と影の領域を同時に表示する場合である。
【０００５】
市販されている表示装置はしばしば、１：１０００よりも格段に劣るコントラスト比を有している。しかし人間の目は、格段に大きいコントラストレンジを解像することができる。従ってフィルムを現実に忠実に再現するためには、１：１０００を越えるコントラストレンジを有する表示装置が望まれる。
【０００６】
ＵＳ６８９１６７２Ｂ２号から、高いコントラストレンジを有するディスプレイスクリーンが公知である。光源から放射された光は、はじめに、第１の変調装置によって変調され、次に第２の変調装置によって変調される。これによって非常にコントラストの高い画像を表示することが可能になり、従って例えば暗い画像領域をさらに細かい輝度グラデュエーションで表示することができる。
【０００７】
２つの光変調装置を使用することの欠点は特に、光変調装置のコストが高くなることである。これによってディスプレイスクリーンのコストが大きく影響されてしまう。付加的に第２の変調装置およびそのために必要な画像信号生成装置は付加的なエネルギーを必要とする。さらに２つの光変調装置の直列接続は、入射光の大部分を吸収してしまう。従って、自身の側で大きいエネルギーを必要とする特に高出力の光源を使用しなければならない。
【０００８】
本発明の課題は、冒頭に記載した様式の、特に高いコントラストレンジを有する表示装置を開示することである。ここでこの表示装置は低コストで製造され、かつ消費エネルギーが低い。
【０００９】
上述の課題は、冒頭に記載した様式の表示装置を次のように構成することによって解決される。すなわち、照明装置が多数の光源を駆動制御する駆動制御装置を有し、この駆動制御装置が画像信号生成装置または光変調装置と結合されており、これによって、光変調装置の部分領域の後方照明のために設けられた光源の特定グループを駆動制御装置によって、コントラスト増強のために輝度値に依存して駆動制御することを可能にすることによって解決される。
【００１０】
光変調装置の部分領域を後方照明するために設けられた光源の特定グループを所期のように駆動制御することによって、特に暗い画像領域の照明を低減することができる。これによって表示可能な画像全体のコントラストレンジが増大する。光源グループを暗くすることによって、付加的に、効率的な光利用によるエネルギー節約が実現される。
【００１１】
本発明では有利には、高いコントラストが１つの光モジュレータだけで得られる。これは、照明装置、すなわち特定の光源グループが部分的に減光されることによって行われる。減光によって、暗く設定された表示領域がより強く暗くされ、これによって、結果としてより高いコントラストが得られる。
【００１２】
本発明の有利な構成では、多数の光源の各光源は個々に駆動制御装置によって駆動制御可能である。このようにして小さい画像領域も個別に暗くすることができる。
【００１３】
本発明の表示装置は有利には、以下のステップを有する、多数の画素を有する表示装置上に画像を表示する方法に従って作動する：
・多数の画素に対する色値および輝度値を有する画像信号を受信するステップ
・多数の種々異なる特定の画素グループに対して輝度特性を計算するステップ、ここでこれらの画素を組み合わせて、表示されるべき画像が得られる
・色値および輝度値に基づいて光変調装置によって画素を変調するステップ
・画素の種々異なる特定のグループを、各光源または特定の光源グループによって、各特定の画素グループのために計算された輝度特性に依存して照明するステップ
本発明の有利な構成では、画像信号の受信された色値および輝度値に基づいて、計算された輝度特性を考慮して、画素の特定グループを変調するために、修正された色値および輝度値が計算される。
【００１４】
光変調のために使用される色値および輝度値を、計算された輝度特性に基づいて修正することによって、特定の画素グループの弱い後方照明を変調時に考慮することができ、これによって例えば暗い画像領域における細部を特に良好に表示することが可能になる。
【００１５】
本発明の別の有利な詳細および構成並びに発展形態を従属請求項に示す。
【００１６】
別の利点、有利な構成および発展形態を以降で図面を参照して詳細に説明される実施例に示す。
【００１７】
図１は本発明の実施例によるディスプレイスクリーンの概略的な構造であり、
図２は画像を表示する方法のフローチャートであり、
図３Ａは表示されるべき輝度値の例であり、
図３Ｂは従来技術に従って示された実際の輝度値であり、
図３Ｃは輝度値の例に対する輝度特性であり、
図３Ｄは修正された輝度値であり、
図３Ｅは本発明の構成に従った、実際に表示される輝度値である。
【００１８】
図１は概略的に、本発明の構成による表示装置１の構造を断面で示している。表示装置は実施例ではフラットディスプレイスクリーンである。
【００１９】
ディスプレイスクリーン１は画像信号生成装置２、光変調装置３並びに照明装置４を有している。照明装置４と光変調装置３との間にオプションでディフューザ５が配置される。ディフューザは照明装置４の光を、光変調装置３を後方照明するために分配する。光変調装置３の前に、付加的にマットガラスプレート６が配置されている。このマットガラスプレートは、光変調装置３を透過した光を散乱させ、同時に光変調装置３を接触から保護する。マットガラスプレート６またはディフューザ５を、特定の偏光方向の光を選択するために用いることもできる。
【００２０】
画像信号生成装置２は画像信号デコーダ７、画像メモリ８、処理ユニット９並びに選択手段１０を有している。照明装置４は駆動制御装置１１並びに、実施例では発光ダイオードである多数の光源１２を有している。光変調装置３は多数の画素１３を有している。これらの画素は入射光を変調するのに適している。ここで個々の画素１３はサブ画素１４が組み合わされたものである。例えば各サブが画素１４は３つの基本色である赤、緑および青用のものである。これらは、相応のフィルターによって、各基本色の光のみを通過させる。
【００２１】
照明装置４の駆動制御装置１１は、各光源１２を個別に駆動制御するために設けられており、これによって個々の光源１２に空間的に割り当てられた画素グループ１５Ａ、１５Ｂおよび１５Ｃは異なる強さで後方照明される。モジュレータ５は相互に区切りが付けられた３つの領域を有しており、光源１２の光はそれぞれ画素グループ１５Ａ、１５Ｂまたは１５Ｃのみを後方照明することができる。択一的に、区切られたグループ１５Ａ、１５Ｂまたは１５Ｃの照明を処理ユニット９によって考慮することもできる。
【００２２】
実際には表示装置１は当然、図１に示されているよりも格段に多くの画素１３およびその照明に使用される光源１２を有するだろう。例えば数十万の画素１３を有する３２''ディスプレイスクリーンを照明するために、約２００個の発光ダイオードを光源１２として有する照明装置４が使用される。光源１２はここで、例えばストリップ状またはタイル状に配置される。
【００２３】
図２は、本発明の構成に相応した表示装置１上に画像を表示するための方法を示している。
【００２４】
この実施例では、第１のステップ２１においてはじめに画像信号、例えばテレビ信号が画像信号デコーダ７によって受信される。この画像信号デコーダ７は内部に含まれている、色値および輝度値Ｉｓｏｌｌを画素１３に対して有している。デコードされた画像値および輝度値Ｉｓｏｌｌは、さらなる処理のために画像メモリ８内に格納される。
【００２５】
第２のステップ２２では、画像メモリ８内に格納された色値および輝度値Ｉｓｏｌｌに基づいて、特定の画素グループ１５に対する輝度特性Ｉｃｈａｒが計算される。図１に概略的に示された実施例では、ディスプレイスクリーン１は３つの画素グループ１５Ａ、１５Ｂおよび１５Ｃを有している。上方、中央および下方のグループ１５Ａ、１５Ｂないし１５Ｃはここでそれぞれ光源１２のうちの１つに割り当てられており、この割り当てられた光源によって照明される。
【００２６】
実施例では、第２のステップ２２において処理ユニット９によって次のことが識別される。すなわち、下方のディスプレイスクリーン領域が下方の画素グループ１５Ｃに相応して特に暗い画像領域であることが識別される。このような情報はグループ１５Ｃ用に生成された輝度特性Ｉｃｈａｒ内に格納される。
【００２７】
第３のステップ２３において、多数の画素１３が光変調装置３によって、デコードされた色値および輝度値Ｉｓｏｌｌを考慮して変調される。例えば異なる電圧を、光変調装置３の個々の画素１３に印加することによって、画素１３ないしサブピクセル１４の、個々の色に対する透過性が影響され、観察者にとって全体画像が生じる。通常はこのために液晶ディスプレイの結晶が、電界形成によって変位され、特定の偏光の光が透過されるか、または吸収されるように、その偏光方向が変えられる。
【００２８】
本発明の有利な構成では、処理ユニット９は、画素１３の実際の目下の変調時に事前に計算された輝度特性Ｉｃｈａｒを考慮する。このために、受信された色値および輝度値Ｉｓｏｌｌから、計算された輝度特性Ｉｃｈａｒを考慮して、修正された色値および輝度値Ｉｋｏｒｒが計算される。この修正された色値および輝度値は、光変調装置３の画素１３を変調するために使用される。
【００２９】
並行して第４のステップ２４において、属する駆動制御装置１１を備えた照明装置４が処理装置９によって次のように駆動制御される。すなわち、個々の画素グループ１５Ａ、１５Ｂおよび１５Ｃの照明が事前に特定された輝度特性Ｉｃｈａｒに相当するように駆動制御される。このために、ディスプレイスクリーン１の下方領域が特に暗い画像部分を含んでいるこの実施例では、画素グループ１５Ｃが、属する下方の光源１２を暗くすることによって暗くされる。
【００３０】
表示されるべき画像の画像再生率に依存して、上述した行程は特定の時間の後に繰り返され、光変調装置３の画素１３も照明装置４の光源１２も継続して、各目下の画像信号の要求に相応して駆動制御される。
【００３１】
図３Ａは、各画素１３に対する輝度値Ｉｓｏｌｌを示している。これはディスプレイスクリーン１によって表示される。分かりやすくするために、図３Ａおよび後続の図において輝度値Ｉｓｏｌｌのみが考察され、色情報は考察されていない。実際には後述する計算が表示される各色、例えば赤、緑および青に対して行われる。
【００３２】
図示の例では、第１の画素グループ１５Ａの３つの第１の画素１３は非常に明るい画像領域を表示する。第２の画素グループ１５Ｂの次の３つの画素１３は中間の明るさの画像領域を表示する。最後の画素グループ１５Ｃの最後の３つの画素１３は非常に暗い画像領域を表示する。ここで図３Ａ内には、表示されるべき各画素１３に対する輝度値Ｉｓｏｌｌがパーセントで示されている。
【００３３】
図３Ｂは、例としてコントラスト比１：１０を有する従来技術に相応して、ディスプレイスクリーン１の実際に表示される輝度強度ＩｓｄＴを示している。この例の場合には、光変調装置３は異なる輝度段階を１０個しか表現できない。
【００３４】
図３Ａに示された輝度値は、第１の画素グループ１５Ａの領域と第２の画素グループ１５Ｂの領域においてしか正しく表示されない。第３の画素グループ１５Ｃの領域における非常に低い輝度はもはや、信号に忠実な、ひいては現実に忠実な表示を可能にしない。図３Ｂではこのような画像領域は完全に暗くされ、この画像領域内に含まれた細部はもはや表示されない。
【００３５】
図３Ｃでは、本発明の構成に従って求められた輝度特性Ｉｃｈａｒが示されている。図示の例では、輝度特性として、画素グループ１５Ａ、１５Ｂまたは１５Ｃの各最大値が使用されている。
【００３６】
これに相応して、この例では、第１グループ１５Ａの第１の光源１２は、可能な出力の１００％で駆動制御され、第２の光源１２は可能な出力の６０％で駆動制御され、第３の光源１２は可能な出力の１％でのみ駆動制御されている。実施例で光源１２として使用されている発光ダイオードの照明強度は、実質的には動作電流とともに一次的に上昇するので、個々の光源１２は例えば、電流制御によって、必要に応じて駆動制御される。
【００３７】
図３Ｄは、変調装置３を駆動制御するための修正された輝度値Ｉｋｏｒｒを示している。これは例えば処理ユニット９によって計算される。実施例では、修正された輝度値Ｉｋｏｒｒは、図３Ａの表示されるべき輝度値Ｉｓｏｌｌを、図３Ｂの計算された輝度特性Ｉｃｈａｒで除算することによって得られる。
【００３８】
図３Ｅには、観察者によって、マットガラスプレート６上で認識される輝度値Ｉｉｓｔが示されている。マットガラスプレート６上で見える輝度値Ｉｉｓｔは、実質的に、図３Ｃに示された輝度特性Ｉｃｈａｒに相応して、照明強度を、図３Ｄの変調に使用される修正された輝度値Ｉｋｏｒｒと乗算することによって得られるので、各画素１３に対する、実施例に相応して示された輝度値Ｉｉｓｔは、画像信号内に含まれる輝度値Ｉｓｏｌｌに正確に相応する。従って、画像信号を実物どおりに再現することができる。
【００３９】
本発明の別の構成では、個々の画像領域を選択手段１０によって所期のように暗くする、または明るくすることもできる。例えば、画素１３のグループ１５を有する画像領域をユーザ設定によって明るくすること、または暗くすることが可能である。これによって例えば、下方の画像領域に挿入された字幕を読みやすくすることができる、または暗くすることによって消失させることができる。
【００４０】
例えば映画フィルムの下方画像領域において、白色の字幕が、画像情報が含まれていない黒色の背景上に挿入される場合には、画素グループ１５Ｃの属する光源１２を下方調整するまたはスイッチオフすることによって、マットガラスプレート６上で邪魔になる字幕の表示が阻止される。
【００４１】
図示された実施例においてディスプレイスクリーン１が画像信号を表示するために使用されるのにもかかわらず、当然ながら本発明の方法は、別の表示方法および表示装置、例えばプロジェクターまたは背景映写器にも、例えばビデオプロジェクターまたはいわゆるデータビーマ（Datenbeamer）によって使用可能である。このような場合には、液晶ディスプレイ等のフィルタリングする光変調装置３の代わりに、制御可能なミラーのマトリクス（Digital Mirror Device-DMD）等の反射性変調装置９を使用することも可能である。
【００４２】
同じように、実施例において使用された発光ダイオードの代わりに、個々の画素グループ１５を照明するのに適している、別の、殊に小面積の光源１２を使用することができる。ここで有利には、光源１２は次のように構成される。すなわち、その照明面積ないし放射特性が、後方照明されるべき画素１３に空間的に割り当てられるように構成される。例えば、５ｍｍ２よりも小さい照明面積を有する面発光型有機発光ダイオード（OLEDs）を使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施例によるディスプレイスクリーンの概略的な構造
【図２】画像を表示する方法のフローチャート
【図３Ａ】表示されるべき輝度値の例
【図３Ｂ】従来技術に従って示された実際の輝度値
【図３Ｃ】輝度値の例に対する輝度特性
【図３Ｄ】修正された輝度値
【図３Ｅ】本発明の構成に従った、実際に表示される輝度値
【符号の説明】
【００４４】
１  ディスプレイスクリーン、  ２  画像生成装置、  ３  光変調装置、  ４  照明装置、  ５  ディフューザ、  ６  マットガラスプレート、  ７  画像信号デコーダ、  ８  画像メモリ、  ９  処理ユニット、  １０  選択手段、  １１  駆動制御装置、  １２  光源、  １３  画素、  １４  サブ画素、  １５  画素グループ、  ２１〜２４  ステップ、  Ｉｓｏｌｌ  表示されるべき輝度値、  Ｉｓｄｔ  表示された輝度値（従来技術）、  Ｉｃｈａｒ  輝度特性、  Ｉｋｏｒｒ  修正された輝度値、  Ｉｉｓｔ  表示された輝度値（本発明による）
【図１】
2009519478.tif 000003
【図２】
2009519478.tif 000004
【図３Ａ】
2009519478.tif 000005
【図３Ｂ】
2009519478.tif 000006
【図３Ｃ】
2009519478.tif 000007
【図３Ｄ】
2009519478.tif 000008
【図３Ｅ】
2009519478.tif 000009
【国際調査報告】
2009519478.tif 000010
2009519478.tif 000011
2009519478.tif 000012
2009519478.tif 000013