(57)【要約】液晶ディスプレイ用のＬＥＤバックライトのサブセクションを制御するためのシステムおよび方法である。例示的な実施形態として、バックライトサブセクションの適正な輝度を生じさせるために、ＬＥＤバックライトの各サブセクションと符合するＬＣＤのサブセクションごとのヒストグラムを解析する。適正な輝度は、一般的なＬＥＤバックライトによって生じる最大輝度または典型的な輝度より低くてもよい。輝度を低減することにより、結果として得られるディスプレイは、電力消費がより低く、寿命がより長く、コントラスト比がより高いものになる。ＬＣＤの元のサブ画素電圧は、バックライトサブセクションの適正な輝度に基づいて再スケーリングされる。各サブ画素における輝度をシミュレートするためのバーチャルバックライトデータが作成されてもよく、バーチャルバックライトデータを使って元のサブ画素電圧が再スケーリングされてもよい。バーチャルバックライトデータは、異なるレベルの輝度を生じさせ得るＬＥＤバックライトの隣接するサブセクション間での混合を行うのに使用され得る。
2012529081.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤバックライトのサブセクションおよび前記サブセクションに対応する液晶ディスプレイのサブセクションを駆動する方法であって、
前記液晶ディスプレイのサブセクションにおける各カラーチャネルの元のサブ画素電圧を含む画像データを受け取る工程と、
前記画像データから各カラーチャネルのヒストグラムを作成する工程と、
前記ヒストグラムを解析して前記バックライトの適正な輝度設定を決定する工程と、
前記決定された適正な輝度設定を達成するように前記バックライトを駆動する工程と、
各サブ画素のバーチャルバックライトデータを作成する工程と、
前記バーチャルバックライトデータに基づいて前記元のサブ画素電圧を再スケーリングする工程と、
前記再スケーリングされた値に基づいて前記液晶ディスプレイのサブ画素を駆動する工程と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ヒストグラムを解析して前記バックライトの適正な輝度設定を決定する前記工程は、
第１のカラーチャネルのヒストグラムから初期輝度値を計算する第１工程と、
前記初期輝度値が２５５以上の場合、２５５を最終輝度設定として選択する第２工程と、
前記初期輝度値が２５５未満の場合、ヒストグラムが双峰であるかどうか判定する第３工程と、
ヒストグラムが双峰でない場合、前記初期輝度値を最終輝度設定として選択する第４工程と、
ヒストグラムが双峰である場合、大津閾値の右側のヒストグラムデータに基づいて最終輝度設定を計算する第５段階と、
前記計算した最終輝度設定が２５５を超える場合、２５５を最終輝度設定として選択する第６工程と、
前記最終輝度設定を前記第１のカラーチャネルにおける最終輝度設定として記憶する第７工程と、
前記第１のカラーチャネル以外の他のカラーチャネルについて前記第１工程から前記第７工程までを繰り返す第８工程と、
前記記憶された最終輝度設定のうち最大の最終輝度設定を前記バックライトの適正な輝度設定として選択する第９工程と、
を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１工程は、前記ヒストグラムの平均値に前記ヒストグラムの標準偏差の１．５倍の値を加えることを含む請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第５工程は、前記平均値に前記標準偏差を加えることを含む請求項２に記載の方法。
【請求項５】
各サブ画素のバーチャルバックライトデータを作成する前記工程は、
任意のサブセクションの末端の領域内にあるサブ画素について、相対輝度値に前記適正な輝度設定を掛け合わせ、この結果得られた値を合算する工程と、
任意のサブセクションの末端の領域内にないサブ画素について、前記決定された適正な輝度設定を選択する工程と、
を含む請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記バーチャルバックライトデータに基づいて前記元のサブ画素電圧を再スケーリングする前記工程は、
前記元のサブ画素電圧を、最大輝度に対する適正な輝度設定の比で割る工程を含む請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記最大輝度は２５５である請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記方法は、更に、
前記バックライトを駆動する前に、前記適正な輝度設定にガンマ補正を適用する工程を含む請求項１に記載の方法。
【請求項９】
ＬＥＤで照らされる背面を有する液晶ディスプレイであって、
個々で制御可能な複数のサブセクションを有するＬＥＤバックライトと、
前記ＬＥＤバックライトから突き出ているとともに、隣接するサブセクションを隔てる隔壁と、
前記隔壁の前に配置されている液晶材料の層と、
前記隔壁と前記液晶材料の層との間に配置されている拡散素子と、
を備えることを特徴とする液晶ディスプレイ。
【請求項１０】
前記隔壁の高さは２インチから３インチの間にある請求項９に記載の液晶ディスプレイ。
【請求項１１】
前記隔壁と前記拡散素子との間の距離は３０ｍｍから４０ｍｍの間にある請求項９に記載の液晶ディスプレイ。
【請求項１２】
前記液晶ディスプレイは、更に、前記液晶材料の層と前記ＬＥＤバックライトとに電気的に通信している第１及び第２の電気アセンブリを備えており、
前記第１及び第２の電気アセンブリの各々は、
ビデオ入力を受け入れるとともにヒストグラムデータを作成するヒストグラムアキュムレータと、
前記ビデオデータを受け入れるフレームバッファと、
前記ヒストグラムアキュムレータからヒストグラムデータを受け取り、バーチャルバックライトデータを作成し、前記液晶材料の層と前記ＬＥＤバックライトとに制御信号を送り出すディジタル信号プロセッサと、
を備える請求項９に記載の液晶ディスプレイ。
【請求項１３】
前記第１および第２の電気アセンブリはピッチ・アンド・キャッチ・モードで動作する請求項１２に記載の液晶ディスプレイ。
【請求項１４】
第１の輝度で駆動されているＬＥＤバックライトの第１のサブセクション内と、第２の輝度で駆動されているＬＥＤバックライトの第２のサブセクションの末端部分の領域内とに位置するＬＣＤサブ画素を駆動するための方法であって、
元のサブ画素電圧を提供する工程と、
前記ＬＥＤバックライトの前記第１および第２のサブセクションのサブ画素位置に対する相対輝度値を提供する相対輝度対サブ画素位置の関係を提供する工程と、
前記相対輝度対サブ画素位置の関係を前記第１の輝度および前記第２の輝度に適用して、各サブ画素のバーチャルバックライトデータを生成する工程と、
前記元のサブ画素電圧を、最大輝度に対するバーチャルバックライトデータの比で割って、再スケーリングされたサブ画素電圧を生成する工程と、
前記再スケーリングされたサブ画素電圧で前記サブ画素を駆動する工程と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１５】
前記相対輝度対サブ画素位置の関係はガウス関係である請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１のサブセクションと前記第２のサブセクションとの共通部分の真上に位置する前記サブ画素の前記バーチャルバックライトデータは前記第１の輝度の半分と前記第２の輝度の半分とを足したものに等しい請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記方法は、更に、
前記ＬＥＤバックライトの前記第１のサブセクションと前記第２のサブセクションとの間に、前記ＬＥＤバックライトから突き出る壁を設ける工程を含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記相対輝度対サブ画素位置の関係は線形の関係である請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記相対輝度対サブ画素位置の関係は指数関数で示される関係である請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、個々に制御されるサブセクションを有するＬＥＤバックライトおよび対応する液晶ディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、組み合わさって可視画像を作成するように働く複数の層を含む。バックライトは一般にＬＣＤスタックと呼ばれるものを通過する光線を生成するのに使用され、ＬＣＤスタックは、通常、基本機能または拡張機能のどちらかを果たす複数の層を含む。ＬＣＤスタック内の最も基礎をなす層は液晶材料であり、液晶材料は、バックライトから発せられるある一定量の光を通過させ、または遮断するために、印加電圧に応答して能動的に構成され得る。液晶材料の層は、通常は画素と呼ばれる多くの小領域に分割されている。フルカラーディスプレイでは、これらの画素は通常、さらに独立に制御可能な赤、緑および青の各サブ画素の領域に分割されており、赤のサブ画素は赤の色フィルタを有し、青のサブ画素は青の色フィルタを有し、緑のサブ画素は緑の色フィルタを有する。これら３色を通常原色と呼ぶ。当然ながら、ディスプレイの中にはさらに別の色フィルタを使用する（黄フィルタを追加するなど）ものもあり、これらも本明細書での実施形態と共に使用することができるはずである。
【０００３】
各サブ画素を通過する光はバックライトから「白色」（または広帯域）光として発せられるが、一般に、この光は、可視スペクトル全体にわたって均一であるというには程遠い。サブ画素色フィルタは、各サブ画素にある一定量の各色（赤、緑または青）を透過させる。遠くから見ると、３つのサブ画素は１つの合成画素のように見え、サブ画素色ごとに通過する光の量を電気的に制御すれば、合成画素は、赤、緑および青の各サブ画素からの光の効果的な混合により非常に広範囲にわたる様々な色を生み出すことができる。
【０００４】
現在のところ、ＬＣＤバックライトアセンブリのための一般的な照明光源は蛍光灯であるが、業界は発光ダイオード（ＬＥＤ）へと移行しつつある。ＬＣＤ業界がバックライトにＬＥＤを広範に使用し始めている理由の中には、環境問題、小型化要件、低エネルギー消費、および長寿命が含まれる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＬＣＤは、家庭用娯楽機器の用途に普及しつつあるのみならず、今では、屋内と屋外両方での情報／広告用ディスプレイとしても使用されている。情報／広告用途で使用されるとき、ディスプレイは長期間にわたって「オン」の状態のままとされることがあり、よって、従来のホームシアターでの使用よりはるかに多く使用されるはずである。さらに、ディスプレイは、周囲光レベルが相当に高い場所で（特に屋外で）使用されるときには、適切な画像の明度を維持するために非常に明るくなければならない。長期間にわたって、かつ／または屋外で使用されるときには、全体のエネルギー消費が問題となり得る。よって、画像忠実度を維持しながらこれらのディスプレイの電力消費を可能な限り抑えることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
例示的実施形態は、個別制御されるサブセクションを有するバックライトを提供する。サブセクションごとの輝度は、ＬＣＤに送られる画像データに基づいて制御することができる。入ってくる画像データは、サブセクションごとの要件を判定するために解析することができ、ある部分がバックライトの全輝度出力を必要としない画像の部分に対応する場合には、その部分を選択的に「減光」することができる。バックライトの選択的減光部分は、それだけに限らないが、低電力消費、長製品寿命、高コントラスト比を含むいくつかの利益を可能にする。
【０００７】
上記およびその他の目的は、以下の詳細な説明で説明する機器によって達成される。
【０００８】
以下の詳細な説明および添付の図面を読めばより良い理解が得られるであろう。図面において同一の参照符号は同一の部分を指す。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】個別制御されるサブセクションを有するバックライトを示す正面図である。
【図２】画像が複数の部分画像に分割されているＬＣＤ画像データを示す正面図である。
【図３】部分画像のヒストグラムを示す図である。
【図４】部分画像ヒストグラムデータを解析するための一実施形態を示す流れ図である。
【図５】各サブセクションが対応する部分画像についてのヒストグラムデータに基づいて適切な輝度レベルで駆動されるバックライトを示す正面図である。
【図６】再スケーリングされたＬＣＤ画像データを示す正面図である。
【図７】拡散後の図４のバックライトを示す正面図である。
【図８】図７の拡散バックライトと図６の再スケーリングされたＬＣＤ画像との組み合わせから得られる画像を示す図である。
【図９】ガウスフィルタを用いて畳み込まれたバックライトの全照明サブセクションの表面プロットを示す図である。
【図１０】バーチャルサブセクション法を使用するときの１対の隣接するサブセクション上の物理的位置に対する相対輝度を示すグラフである。
【図１１】バックライトの隣接するサブセクション間の光の「滲み（bleeding）」を制御するための一実施形態を示す斜視図である。
【図１２】所定の明度プロファイルを使用するときのサブセクション上の物理的位置に対する相対輝度を示すグラフである。
【図１３】動的バックライト制御の物理的アーキテクチャのための一実施形態を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１に、複数の個別制御可能なサブセクション１５に分割されているバックライト１０を示す。バックライト１０は、バックライト１０の前面に取り付けられている複数のＬＥＤ（不図示）によって光を発生する。この例では、８×８配列のサブセクション１５が示されている。しかし、任意の数、形状、およびサイズのサブセクションが様々な実施形態と共に使用されてもよい。実際のサブセクションの数は、ディスプレイのサイズ、費用、所望の制御回路の複雑さ、および求められる省電力化の最大限度に左右され得る。理想的には、サブセクションの数が大きいほど、システムによって、より高レベルの制御および性能が提供されることになる。線１６は、サブセクション１５の制御に関する区分を表すために使用されているにすぎず、バックライト１０の実際の線または物理的区分として必要とされるものではないことに留意されたい。
【００１１】
図２にはＬＣＤ画像データ２０が示されており、この画像は、（図１に示す）バックライト１０のサブセクション１５と符合する部分画像２２に分割されている。この場合もやはり、線２６は部分画像の区分を表すのに使用されているにすぎず、ＬＣＤの物理的区分ではなく、ＬＣＤアセンブリを通しては見えないはずである。
【００１２】
図３に、図２に示す部分画像２２のうちの１つについてのヒストグラムデータのグラフを示す。明度指数値がｘ軸に沿って示されており、対応する明度指数値を有する部分画像内の画素数がｙ軸に沿って示されている。図において、明度指数値は０（無彩色（no saturation））から２５５（純色（fully saturated））までの範囲に及ぶ。図３には３つの別々のグラフ、すなわち、赤のサブ画素３７、青のサブ画素３０、および緑のサブ画素３５が示されている。このグラフを見ると、赤のサブ画素のヒストグラムデータが緑３５および青３０のデータの右側に偏っており、赤のサブ画素がバックライトのこのサブセクションについての明度要件を支配することを確認することができる。さらに、青のデータ３０は双峰である、すなわち、青のデータには２つのピークがあり、第１のピーク３１は０に近く、第２のピーク３２は６０に近いことも確認することができる。この双峰特性について以下でさらに論じる。
【００１３】
各部分画像に対応するバックライトサブセクションについての適正な輝度レベルを決定するために部分画像ごとのヒストグラムデータが解析される。図４に、チャネル（この例では、赤、緑および青）ごとのヒストグラムデータを解析してバックライトサブセクションについての適正な輝度設定を決定するための一実施形態を示す。
【００１４】
ヒストグラムデータが作成された（ステップ４０）後で、第１の平均値μ１と標準偏差σ１とが計算される（ステップ４１）。以下は、これらの値を計算し、解析するための一方法である。
Ｎ＝部分画像内の総画素数（赤、緑、または青）とする。
ヒストグラムを、ｉを０から２５５までの範囲とするＨ（ｉ）で表す。
次式から平均値を計算する。
【数１】
2012529081.tif 000003
【００１５】
次式で標準偏差を計算する。
【数２】
2012529081.tif 000004
【００１６】
次いで、バックライトのこのサブセクションについての初期輝度値が、平均値に１．５標準偏差を加えたもの、Ｙ＝μ１＋１．５・σ１として計算され得る（ステップ４２）。１．５標準偏差は一実施形態に有効であるものとして選択されたことに留意されたい。いくつかの要因に応じて、システムが適切なシステム性能を得るために必要とし得る標準偏差は１．５より多くても、少なくてもよい。この変数はディスプレイごとに調整することができるはずである。
【００１７】
バックライト輝度は、「オフ」から「全開」までの範囲とすることができ、これらの点は、その間にあるすべての設定と共に、やはり０（オフ）から２５５（全開）まで変動し得るヒストグラムからの明度指数値と照応させる必要がある。よって、初期輝度値は、それが計算された後で、最大値２５５と比較され得る（ステップ４３参照）。初期輝度値が２５５より大きい場合には、このサブセクションのバックライト輝度は単に全開（２５５）に設定され、このチャネルのために記憶される（ステップ４３からステップ４７に直接進む）。本明細書で「チャネル」を使用する場合、それは、ＬＣＤ内の画像を作成するのに使用される原色のうちの１つを表す。前述のように、典型的なＬＣＤは３つのチャネル（赤、緑および青）を含むが、ＬＣＤ設計によってはさらに別の色（黄など）を使用する場合もあり、よって４つ以上のチャネルを含む場合もある。
【００１８】
次に、このチャネルのヒストグラムデータが双峰分布であるかどうか検査され得る（ステップ４４）。この段階が実行され得るのは、分布が複数のピークを含む場合、単に、平均し、ある量の標準偏差を加えるだけでは、より高いバックライトレベルを必要とするはずのピークを完全に見落とすおそれがあるからである。例えば、図３を参照すると、前述のように、青の曲線３０は双峰とみなされ得る。青の曲線３０の初期輝度Ｙｉはピーク３１とピーク３２との間のどこかに該当する可能性があり、よって、最高量のバックライトを必要とするピーク３２を見落とす場合もある（すなわち、青の曲線がバックライトレベルを制御している場合、最小限の輝度レベルは、ピーク３２がその必要な照明を達成するように、７０により近くなければならないはずである）。しかしこの特定の事例では、これは解析の結果に影響を及ぼさないはずである。というのは、３チャネル間の最高輝度値がこのサブセクションのために最終的に使用される値だからである（図４のステップ４８参照）。しかし、双峰分布の検査は、中心的な色（この事例では、赤のチャネルが実際には中心的な色である）が複数のピークを含まないために１つが適切に照明されないことにならないように、やはり実行され得る。
【００１９】
以下は、ヒストグラムが双峰であるかどうか判定する（ステップ４４）ための一方法である。大津法（Otsu's algorithm）を使って、ヒストグラム中の分布間の最適な分離点を見つける。
Ｃ＝ｎＢ（Ｔ）ｎＯ（Ｔ）［μＢ（Ｔ）−μＯ（Ｔ）］（大津法）
式中、
Ｔは閾値であり、０から２５５までの範囲に及び、
ｎＢ（Ｔ）は閾値より下に該当する画素数であり、
ｎＯ（Ｔ）は閾値より上に該当する画素数であり、
μＢ（Ｔ）は閾値より下にある画素の平均値であり、
μＯ（Ｔ）は閾値より上にある画素の平均値である。
ヒストグラム内のＴの値ごとに大津法を実行し、Ｃの最大値に対応するＴを求める（これをＴｍａｘと呼び、大津閾値ともいう）。
Ｔｍａｘを第１の平均値μ１と比較する。
｜Ｔｍａｘ−μ１｜≦Δの場合には、ヒストグラムデータは双峰ではなく、サブセクションの輝度値は初期輝度値と等しい、すなわち、Ｙｆ＝Ｙｉである。
Δはディスプレイセットアップごとに選択されてもよく、ディスプレイの種類、およびディスプレイ上に何が表示されるかに応じて調整される必要が生じ得ることに留意されたい。許容できる結果が、１０に近いΔ値を有するいくつかのディスプレイについて見出されている。
｜Ｔｍａｘ−μ１｜＞Δの場合には、ヒストグラムデータは双峰であり、以下の段階が実行される必要がある。
大津閾値Ｔｍａｘの右側にあるヒストグラムデータに基づいて、第２の平均値および第２の標準偏差を計算する（図４のステップ４５参照）。
ｊ＝Ｔｍａｘに設定する。
【数３】
2012529081.tif 000005
【００２０】
Ｎを新しいサンプルサイズに設定する。次式から第２の平均値を計算する。
【数４】
2012529081.tif 000006
【００２１】
次式から第２の標準偏差を計算する。
【数５】
2012529081.tif 000007
【００２２】
次いで、このチャネルについての最終輝度値（Ｙｆ）を、平均値に１標準偏差を加えたもの、Ｙｆ＝μ２＋１．０・σ２として計算することができる（ステップ４６）。この場合もやはり、許容できる結果が１標準偏差を使用することにより見出されているが、異なるディスプレイセットアップは異なる数の標準偏差を必要とし得る。この最終輝度値は、可能な最大限の輝度値（２５５）と比較される必要があり、この値より大きい場合には、輝度値は単に最大輝度値２５５として記憶される（Ｙｆ＞２５５の場合には、Ｙｆ＝２５５）。次いで、このチャネルの最終輝度値が記憶され（ステップ４７）、ステップ４０〜ステップ４７が残り２つのチャネルについて繰り返される。最後に、３チャネルすべて（Ｒ、Ｇ、およびＢ）の最終輝度値が決定されると、それらの輝度値が相互に比較され、最大の最終輝度値Ｙｆが、バックライトサブセクションのための適正な輝度値として記憶される（ステップ４８）。
【００２３】
図５に、各輝度値が記憶され、対応するサブセクションがそれぞれの適正な輝度値で駆動された後で（必要な場合には、ガンマ補正が行われた後で−ガンマ補正の詳細については以下を参照）バックライト１０がどのように見えるかを示す。これは、輝度値の電流／電圧レベルへの変換を伴ってもよく、当業者はこれを、輝度レベル０が０アンペア（またはボルト）に対応し、輝度レベル２５５が、ＬＥＤからの最大輝度を生成する電力レベルを表すｘアンペア（またはボルト）に対応する直線関係を生じさせることによって容易に実現することができる。図５から、あるサブセクションは完全にオン（白色）であり、あるサブセクションは淡灰色から濃灰色であることが容易に確認できる。バックライトのこれらのセクションを減光することができるため、バックライトが液晶材料を通して最大輝度で照らさないので、電力が節約されると共に、より深みのある黒／濃色が提供される。
【００２４】
しかし、ＬＣＤサブ画素電圧は通常、「全開」バックライトに基づいて決定され、バックライトのセクションが減光されるときには、画像忠実度が高いままに留まり、ディスプレイによって適正な色が生成されるように、サブ画素電圧が再スケーリング（「調整」）される必要が生じ得る。ＬＣＤサブ画素電圧を再スケーリングするための一方法は、サブ画素電圧を、適正な輝度レベルと最大輝度の比で割るものである。図６に、ＬＣＤ画像データが、計算されたバックライト輝度レベルに基づいて再スケーリングされた後に結果として得られる（バックライトレベルの調整なしの）ＬＣＤ画像データを示す。
【００２５】
例えば、図５に示すサブセクション５０は輝度レベル１２８を有し得る。これは、可能な２５５（最大輝度）のうちの１２８であり、１２８／２５５＝約１／２になるはずである。一例として、サブセクション５０のサブ画素電圧のうちの１つが元は１ｍＶであったと仮定する。このサブ画素電圧を再スケーリングするために、１ｍＶを１／２で割る。すると、サブ画素電圧は２ｍＶになるはずである。通常は黒のＬＣＤスタック（結晶に光を通すよう配向させるのに電圧が必要とされる）を扱っているものと仮定すると、バックライトレベルを下げているため、このサブ画素電圧の増加が必要である。そこで図５を見ると、バックライトはサブセクション５０において約５０％低下し、よって、画像において元の色を生じさせるために、サブ画素電圧を上げて液晶により多くの光を通さなければならないことが分かる。結果として得られるサブセクション５０のＬＣＤ画像がより明るく見えることを図６で確認することができる。図６では、画像データだけが示され、ＬＣＤを照明している実際のバックライトレベルを考慮に入れておらず、そのため、サブセクション５０はより明るく見えるが、これは、新しいバックライトレベルが適用された後で対処されることに留意されたい。
【００２６】
第２の例として、図５に示すサブセクション５５は輝度レベル２５５（最大輝度）を有し得る。これは２５５／２５５、すなわち１になるはずである。よって、サブセクション５５に任意の元のサブ画素電圧、例えばＶを仮定すると、結果として得られるスケーリングされたサブ画素電圧は、バックライトサブセクションが全開のまま、Ｖ／１＝Ｖであるため、同一になるはずである。これは、図５において、サブセクション５５が白色に見えるものとして確認することができる。また、図６のサブセクション５５は、バックライトが「全開」のままであり、サブ画素電圧がその元の設定から変更されていないため、図２の元の画像と同一に見えることにも留意されたい。
【００２７】
ＬＣＤアセンブリにおいては、ディスプレイを通る光がより均一に見えるように、バックライトと液晶材料の間に光拡散／散乱素子（本明細書では「ディフューザ（diffuser）」という）を配置するのが一般的である。ディフューザがないと、ＬＥＤ点光源が最終的なディスプレイを通して目に見える可能性がある。よって、図５のバックライトがディフューザの背後に配置されるときに結果として得られる輝度パターンを図７に示す。さらに、図７の拡散されたバックライトが図６の再スケーリングされたＬＣＤ画像データの背後に配置されるときに結果として得られるＬＣＤからの画像を図８に示す。
【００２８】
容易に確認できるように、拡散特性は、特に各サブセクションのエッジ付近においてバックライトの実際の輝度レベルを変更する。例えばサブセクション５０を見ると、中央部５１の輝度は許容できるが、エッジ５２付近の輝度は、より明るい隣接するサブセクション６０からの「滲み（bleed over）」により増大している。
【００２９】
この現象に対応するために発見された方法の１つは、隣接するサブセクションの「滲み」挙動を数学的にモデル化し、ＬＣＤサブ画素電圧の再スケーリングの間に対応することができる「仮想（バーチャル）バックライト」即ち「ＶＢ」の作成である。ＶＢを作成するために所与のバックライトを数学的にモデル化するための多くの方法がある。
【００３０】
ＶＢを作成するための一方法は「仮想（バーチャル）サブセクション」と呼ぶことができ、ディフューザを通して見えるバックライトアセンブリ内の単一の全照明サブセクションの外観を表す記憶されたデータの行列を使用することに基づくものである。図９に、ガウスフィルタを用いて畳み込まれた全照明サブセクション９０の表面プロットを示す。サブセクション９０は、幅（Ｗ）９３、高さ（Ｈ）９２、および末端（Ｔ）９５を有し、Ｗ、Ｈ、およびＴはそれぞれ画素単位で測定される。末端９５は、バックライトの隣接するサブセクションからの輝度による影響を被り得るサブ画素を表す。言い換えると、サブセクション９０の物理的エッジを越えて延在するサブセクションの照明である。よって、サブセクションについて記憶される行列の寸法は（２Ｔ＋Ｗ）×（２Ｔ＋Ｈ）になるはずである。バーチャルサブセクションは実際のサブセクションより大きいため、隣接するサブセクションは重なり合ってもよく、光の加法混色（principle of additive light）の原理を使ってサブセクションのエッジが混合されてもよい。
【００３１】
図１０に、１対の隣接するサブセクション上の物理的位置に対する相対輝度を示す。この図のｘ軸は画素位置を表し、ｙ軸はバックライトサブセクションの相対輝度を表す。相対輝度は、図４のサブセクション（サブセクション）について決定されたバックライト輝度Ｙの割合を指す。よって、０．５は輝度の１／２を表すはずであり、０．２５は輝度の１／４を表すはずであり、以下同様である。第１のサブセクション１００および隣接する第２のサブセクション１０１についてのグラフが示されている。線１０５はサブセクション間の物理的分割線を表す。第１のサブセクション１００を見ると、画素０において全輝度レベルが記録されている。相対輝度は画素位置が増加するに従って（サブセクション間の区分１０５に接近するに従って）減少する。画素９０では、全輝度レベルの半分だけが記録されている。画素位置が増加し続けるに従って（サブセクション間の区分１０５から遠ざかるに従って）相対輝度も減少し続け、ついには画素１８０において０に達する。よって、この例では、各サブセクションの末端Ｔは９０画素の長さとすることができる。隣接するサブセクション１０１のグラフでは、対称的に逆の傾向を確認することができる。
【００３２】
隣接するサブセクション１００および１０１のグラフは線１０５および相対輝度０．５について対称であるため、これらのサブセクションが同じバックライト輝度レベルまで駆動された場合には、これらが混ざり合って、サブセクション間の線１０５にまたがって１００％の輝度を作り出すはずであることに留意されたい。明らかに、線１０５において、サブセクションごとのＶＢデータは、当該サブセクションのバックライト輝度の０．５または５０％であり、そのため、各サブセクションが同じバックライト輝度まで駆動された場合には、これらが合算され、線１０５にまたがって同じ輝度レベルを作り出すはずである。サブセクションが異なる輝度レベルまで駆動された場合には、ＶＢデータが入力される際に、これがその異なる輝度レベル間で混合される。例えば、サブセクション１００内の画素位置３８では、ＶＢデータは、サブセクション１００の輝度の９０％にサブセクション１０１の輝度の１０％を加えたものになるはずである。
【００３３】
当然ながら、図１０に示す関係は、隣接するサブセクションのエッジと、隣接するサブセクションの「末端」部分内にあるサブ画素とにだけ適用される。よって、他のどんなサブセクションにも隣接していない（すなわち、ディスプレイ全体の外周に沿った）サブセクションエッジはこの関係を示さなくてよく、当該サブセクションのＶＢデータとして単にその輝度レベルの１００％を使用してもよい。
【００３４】
バックライトサブセクションごとの輝度値を、サブセクションエッジに沿ったバックライト輝度のモデルと一緒に使用することにより、サブセクションごとのＶＢデータの配列を記憶し、次いでそれらを組み合わせて、ディスプレイ内の画素ごとのＶＢデータを含むより大きな配列を作り出すことができる。前述のように、その場合には、元のＬＣＤ画像データを適正に再スケーリングするために、元のサブ画素電圧をＶＢデータと最大バックライト値の比で割ることができる。
【００３５】
図１０では、隣接するサブセクション間の関係を表すためにガウス曲線が使用されているが、これは必須ではないことに留意されたい。実施形態によっては、直線関係または指数関数が、拡散されたバックライトを用いて実際に発生する現象のより適切な数学的表現を提供する場合もある。以下で他の数学モデルを論じる。これは、この種のシステムを設計するときに留意すべき興味深いポイントを提示する。数学的システムが既存の物理的バックライトをモデル化するために導出されてもよく、物理的バックライトが選択される数学モデルと同様に機能するように設計されてもよい。
【００３６】
図１０に示すガウス関係を使用する場合には、この種の関係が実際に存在するように物理システムを設計することが有益となり得る。例えば、バックライトおよびディフューザは、各サブセクションの重なり合うエッジにおいて５０％だけの輝度が存在するように設計されるべきである。図１１に、バックライトＬＥＤ１２５と拡散素子（不図示）との間に隔壁１２０の配列が使用されているこの特定の実施形態を実現するための一方法を示す。図１１には、３×３配列だけを示す簡略化された図が示されており、この図はあらゆるサブセクションにＬＥＤを示すものではない。しかし、前述のように、バックライトサブセクションの数は、多くの異なる要因に応じて変化させることができ、当業者は、簡略化された図１１を、あらゆるサブセクションにＬＥＤを有する８×８配列（または他の任意の構成）へと容易に変更することができる。
【００３７】
好ましくは、隔壁１２０の端部とディフューザの間には間隙があるはずである。これは、隔壁１２０のいずれかが最終的なディスプレイを通して目に見えるのを防ぐはずである。隔壁１２０の正確な幾何学的形状およびそのディフューザに対する関係は、ディスプレイごとに微調整を必要とし得る。許容できる結果が、隔壁１２０が高さ約２〜３インチであり、隔壁１２０とディフューザとの間の間隙が３０〜４０ｍｍである７０インチＬＣＤディスプレイについて見出されている。
【００３８】
前述のように、他の数学モデルを使って、ディフューザを通したバックライトがシミュレートされてもよい。他の一方法は、点像分布関数（ＰＳＦ：point spread function）を使用するものである。ディフューザが光学的低域フィルタのように扱われる場合には、バーチャルバックライトに対して２Ｄフィルタ操作を実行することができる。また、拡散されたバックライトに必要なのはサブセクション間の境界に沿ったぼかし操作だけであることに留意してＰＳＦを修正することもできるはずである。
【００３９】
全照明サブセクションと、ガウス点像分布関数によって構築される隣接するより暗いサブセクションとの間のエッジを検査すると、一連の共通の曲線が明らかになる。図１２に、１から０．５まで（曲線１３０）、１から０．２５まで（曲線１３２）、および１から０まで（曲線１３４）の相対照明の変化を示す。Ｚ（ｘ）で１から０までに至る曲線を表す場合には、ｙ０を開始サブセクションの明度とし、ｙ１を終了サブセクションの明度とする式、ｆ（ｘ）＝ｙ１＋Ｚ（ｘ）・（ｙ０−ｙ１）を用いて、隣接するサブセクション間の明度の変化を再現することが可能である。
【００４０】
よって、この方法の２段階工程は、（１）上記式を使って各サブセクションの中央を縦方向に下に向かって通る一連の変化する明度線を作成することを含むはずである。サブセクションが矩形である場合には、「より長い」明度関数がこの操作のために必要とされることになり、（２）ＶＢの最上部から開始して、段階１からのデータを曲線ごとの終点として使って一連の横方向の明度曲線を作成する。
【００４１】
バーチャルバックライトを生成するための最終的な技法は、ベジエ曲線の使用によるものになるはずである。この手法では、３次スプラインを使ってサブセクション中心間に補間し、よって、拡散をシミュレートすることができるはずである。バーチャルバックライト内の点ごとに、以下の式が計算されるはずである。
Ｂ（ｔ）＝（１−ｔ）３Ｐ０＋３ｔ（１−ｔ）２Ｐ１＋３ｔ２（１−ｔ）Ｐ２＋ｔ３Ｐ３，ｔ∈［０，１］
【００４２】
前述のように、ＶＢのためのデータが生成された後で、そのデータは、ＬＣＤビデオ画像を適正に再スケーリングするために、対応するサブ画素電圧に分割され得る。これは多くの方法で実現することができる。分割は通常は時間を要する操作であるため、一例示的実施形態では、８ビット倍率の２５６バイトのルックアップ表を使用することができる。これらに各画素が掛け合わされ、続いて８ビットシフトが行われるはずである。積の上位バイトだけが使用される場合には８ビットシフトを省くことができる。オーバフローが発生する場合には、結果として得られる画素値は２５５になるはずである。
【００４３】
適切な輝度値を用いてバックライトサブセクションを駆動する前に、ガンマ補正が適用されてもよい。この段階は、コントラストを補正するのに役立ち、またさらなる省電力化を実現することもできる。０から２５５までのバックライト強度を仮定すると、ガンマ補正の一方法は、Ｉ＝２５５・（Ｙ／２５５）Ｙとすることができ、式中、Ｙは典型的には２．２である（が、これは用途に応じて変化させてもよい）。例えば、サブセクションの輝度値（Ｙ）が１２８であると計算されたものと仮定する。この値が上記のガンマ式で使用されると、バックライトの実際の強度（Ｉ）は５６であると計算される。次にこのバックライト強度（Ｉ）を実際の電圧／電流に変換し、適切なバックライトサブセクションに送ることができる。また次に、再スケーリングされた画像データを、バックライトが更新される際にＬＣＤに送ることもできる。
【００４４】
次に、前述のような操作を実行することができるはずの物理アーキテクチャの一例を提示する。このアーキテクチャは一例にすぎず、当業者はこの例を変更することもでき、本明細書で論じる操作を実行することのできる別の種類の物理アーキテクチャを作成することもできるはずであることに注意すべきである。
【００４５】
図１３に、物理アーキテクチャの一例の概略図を示す。この具体例では以下を仮定する。入力は２４ビット幅データバス上のＲＧＢデータであり、８×８バックライト配列が使用され、出力は２４ビット幅データバス上のＲＧＢデータであり、外部画素クロックが使用でき、最大ＬＣＤ解像度は合計２，０７３，６００画素で１０８０×１９２０であり、想定されるＬＣＤはＳａｍｓｕｎｇ  ＬＴＩ７００ＨＤ０１であり、設計は１４８．５Ｍｈｚの画素クロックをサポートするはずである。
【００４６】
入ってくるフレームを記憶し、出て行くフレームを処理し、出力するために２つのフレームバッファ２００が使用され得る。各フレームバッファは、２，０７３，６００ＲＧＢ値を記憶する必要があり、フレームバッファの幅は少なくとも２４ビットとする必要がある。８個の３チャネル・ヒストグラムアキュムレータ２１０が統計処理のために使用され得る。各アキュムレータ２１０は２５６個の１５ビットカウンタからなるはずである。（ＲＧＢ型ＬＣＤを使用する場合には）３つのカラーチャネルのそれぞれについてのアキュムレータがあってもよい。各カウンタの出力は二重バッファされる必要がある。２つのバーチャルバックライトバッファ２１５を使って、入ってくる画像データに基づいて新しく作成されるバックライトが記憶され、出て行くＬＣＤデータの利得が再スケーリングされ得る。
【００４７】
本明細書で説明したアーキテクチャのための実施形態は、「ピッチ・アンド・キャッチ」法を使って上記各段階を実施するはずである。一方のブロックが入ってくるビデオデータを「キャッチ」し、解析している間に、他方のブロックがビデオデータをスケーリングし、出力に「ピッチ」する。図１３に示すように、システムの上半分は「キャッチ」モードである。この段階において、入ってくるＲＧＢデータが、フレームバッファ２００に記憶される間に、ヒストグラムアキュムレータ２１０によってサンプリングされる。１３５本の線がバッファされた後で、２４個のヒストグラムアキュムレータ２１０の内容がディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）２２０に提供される。次いでＤＳＰ２２０は対応するサブセクションのそれぞれの明度を計算し、バーチャルバックライトバッファ２１５を更新する。この工程は、残りのビデオデータについてさらに７回繰り返される。バーチャルバックライトに配置される最後の８つのサブセクションは「垂直回帰」期間の間に計算される必要があり得ることに留意されたい。
【００４８】
システムの下半分は「ピッチ」モードで動作している。この段階において、入力バッファ２００からの各画素は、バーチャルバックライトバッファ２１５内の対応する画素によって除算され、ビデオ出力ＭＵＸに送られる。実行を速め、ハードウェアの除算器の使用を回避するために、ルックアップ表を使って倍率が決定されてもよい。次いでこの倍率を使って、３つの８×８乗算器でＲＧＢデータを再スケーリングすることができる。再スケーリング操作と同時に、バックライト行列の個別サブセクションは「キャッチ」段階の間に計算された値を使って同期的に更新される。
【００４９】
本明細書で説明したシステムおよび方法は、各「フレーム」を参照して説明されており、一例示的実施形態では、バックライトサブセクションは「フレーム」ごとに更新されるはずであることに留意されたい。しかし、ビデオには多くの異なるフレーム率が存在し、ＬＣＤディスプレイにも様々なリフレッシュ速度がある（例えば、６０Ｈｚ、１２０Ｈｚ、２４０Ｈｚなど）。本明細書で使用する場合「フレーム」という用語は、画素電圧がＬＣＤディスプレイのために更新される各時間を表す。よって、バックライトサブセクションは、好ましくは、新しいサブ画素データのセットがＬＣＤディスプレイに送られる都度更新される（またＬＣＤサブ画素電圧が再スケーリングされる）べきである。
【００５０】
以上、好ましい実施形態を示し、説明したが、当業者は、説明した実施形態に影響を及ぼし、しかも特許請求の範囲内に含まれる多くの変形および改変が行われ得ることを理解するであろう。よって、上記の各要素の多くは、同じ結果をもたらし、特許請求される実施形態の趣旨に含まれる異なる要素で変更され、または置き換えられてもよい。したがって、本発明は特許請求の範囲の指示通りにのみ限定されるものである。
【図１】
2012529081.tif 000008
【図２】
2012529081.tif 000009
【図３】
2012529081.tif 000010
【図４】
2012529081.tif 000011
【図５】
2012529081.tif 000012
【図６】
2012529081.tif 000013
【図７】
2012529081.tif 000014
【図８】
2012529081.tif 000015
【図９】
2012529081.tif 000016
【図１０】
2012529081.tif 000017
【図１１】
2012529081.tif 000018
【図１２】
2012529081.tif 000019
【図１３】
2012529081.tif 000020
【国際調査報告】
2012529081.tif 000021
2012529081.tif 000022