JP2013504089A

JP2013504089A - バックライト・ユニット、ディスプレイ装置及びバックライト・ユニット制御方法

Info

Publication number: JP2013504089A
Application number: JP2012527819A
Authority: JP
Inventors: リー，ホ−ソプ; キム，デ−シク; ファン，ドン−チュン; コ，ヨン−ジ; ムン，ス−ベ
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2009-09-02
Filing date: 2010-09-01
Publication date: 2013-02-04
Also published as: BR112012003508A2; WO2011028009A2; KR20110024524A; WO2011028009A3; MX2012001889A; CN102483534A; EP2473877A4; EP2473877A2; US20110050742A1

Abstract

映像信号から映像深度情報を抽出する映像深度抽出部と、該映像深度情報から明度を算出する明度算出部と、を含み、映像深度に対応するように算出された明度によって、発光素子の明度を制御することによって、映像の立体感を向上させるバックライト・ユニットである。

Description

本発明は、映像の立体感を向上させるバックライト・ユニット、ディスプレイ装置及びバックライト・ユニット制御方法に関する。

ノート型パソコン、デスクトップ・コンピュータ、ＬＣＤ（liquid crystal display）−ＴＶ（television）、移動通信端末機などに使われるディスプレイ装置に、光源としてバックライト・ユニットが備わる。例えば、平板表示装置（flat panel display）のうち一つである液晶ディスプレイ装置（ＬＣＤ）は、それ自体が発光して画像を形成することができず、外部から光が入射されて画像を形成する受光素子型表示装置であり、液晶パネル以外に、バックライト・ユニットが必要である。バックライト・ユニットは、ディスプレイ装置の背面に設置されて光を照射する。

バックライト・ユニットは、光源の配置形態により、液晶ディスプレイ装置の直下に設置された多数の光源からの光を液晶パネルに照射する直下発光型（direct light type）と、導光板（ＬＧＰ：light guide panel）の側壁に設置された光源からの光を液晶パネルに伝達するエッジ発光型（edge light type）とに分類される。バックライト・ユニットには、光源として一般的に、冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ：cold cathode fluorescent lamp）が使われる。一方、ＣＣＦＬの代わりに、発光ダイオード（ＬＥＤ：light emitting diode）が使われもする。

本発明の実施形態は、映像の立体感を向上させるバックライト・ユニットを提供するものである。

本発明の他の実施形態は、映像の立体感を向上させるディスプレイ装置を提供するものである。

本発明のさらに他の実施形態は、映像の立体感を向上させるバックライト・ユニット制御方法を提供するものである。

本発明の一実施形態によるバックライト・ユニットは、光を供給する発光素子と、映像信号から映像深度情報を抽出する映像深度抽出部と、前記映像深度情報から明度を算出する明度算出部と、前記算出された明度によって、前記発光素子の明度を制御する制御部と、を含む。

前記発光素子は、隣接する複数個の発光素子を含むブロック単位で制御することができる。

前記制御部は、前記発光素子に印加される電圧を調節して明度を制御することができる。前記制御部は、ＰＷＭ（pulse width modulation）方式で、前記発光素子の明度を制御することができる。

前記明度算出部は、映像を複数個の領域に分割し、各領域に係わる明度を算出することができる。前記明度算出部は、映像の深度が深くなるほど明度を低く、映像の深度が浅いほど明度を高く算出することができる。

本発明の一実施形態によるディスプレイ装置は、映像信号を生成する映像ボードと、前記映像ボードの映像信号によって映像を表示するディスプレイパネルと、前記ディスプレイパネルに光を供給する発光素子と、前記映像ボードから獲得された映像信号から映像深度情報を抽出する映像深度抽出部と、前記映像深度情報から明度を算出する明度算出部と、前記算出された明度によって、前記発光素子の明度を制御する制御部と、を含む。

本発明の一実施形態によるバックライト・ユニットの制御方法は、映像信号から映像深度情報を抽出する段階と、前記映像深度情報によって、複数個の映像領域に係わる明度を算出する段階と、前記算出された明度に対応させ、発光素子の明度を制御する段階と、を含む。

前記明度を算出する段階は、前記映像深度情報に対応するルックアップ・テーブルを含んでもよい。

前記映像深度情報を抽出する段階は、映像の深度分布を領域別に分割することを含んでもよい。

前記発光素子の明度を制御する段階は、映像を複数個の領域に分割し、各領域に係わる明度を算出することを含んでもよい。

本発明の実施形態によるバックライト・ユニット及びこれを採用したディスプレイ装置は、映像の深度情報によって発光素子の明度を制御して映像の立体感を向上させる。立体感向上のために、別途の装置を付加せずに、信号処理を介してのみ立体感を向上させることができる。また、遠近によって、発光素子の明度を調節するので、常に明度を一定に維持しなければならない場合に比べて、電力を節約することができる。本発明の実施形態によるバックライト・ユニット制御方法は、映像信号から深度情報を抽出し、深度情報から映像の明度を抽出し、バックライト・ユニットの発光素子を制御する方法を提供する。これにより、遠近による立体感を簡単な方法で具現することができる。

本発明の一実施形態によるディスプレイ装置の層構造を概略的に示した図である。本発明の一実施形態によるディスプレイ装置のブロック図である。本発明の一実施形態によるディスプレイ装置に使われる映像の一例を図示したイメージである。図３Ａに図示された映像から深度情報と明度情報とを抽出するプロセスを説明するための図である。図３Ａに図示された映像から深度情報と明度情報とを抽出するプロセスを説明するための図である。図３Ａに図示された映像から深度情報と明度情報とを抽出するプロセスを説明するための図である。本発明の一実施形態によるバックライト・ユニットを概略的に図示した図である。本発明の一実施形態によるバックライト・ユニットの制御方法を示したフローチャートである。

以下、本発明の実施形態によるバックライト・ユニット、ディスプレイ装置及びバックライト・ユニット制御方法について、添付された図面を参照しつつ詳細に説明する。

本発明の実施形態によるディスプレイ装置１００は、図１及び図２を参照すれば、光を照射するバックライト・ユニット１０と、前記バックライト・ユニット１０からの光を利用して映像を表示するディスプレイパネル７０と、を含む。図１は、本発明の実施形態によるディスプレイ装置の層構造を図示したものであって、図２は、ブロック図で図示したものである。

前記ディスプレイパネル７０としては、例えば、液晶パネルが使われる。液晶パネルは、画素単位に、薄膜トランジスタと電極とが備わり、映像ボード２０から入力された映像信号によって、画素単位で液晶に電界を加え、前記バックライト・ユニット１０から出射された光を変調する方式で映像を表示する。

前記バックライト・ユニット１０は、発光素子１５と、発光素子１５を制御する制御部２８と、を含んでもよい。前記発光素子１５は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）を含んでもよい。前記発光素子１５とディスプレイパネル７０との間に、前記発光素子１５から出射された光をディスプレイパネル７０に均一に入射させるための拡散板４０と、光進路を補正し、光を前記ディスプレイパネル７０に向けるためのプリズムシート５０と、が配置される。前記プリズムシート５０と、ディスプレイパネル７０との間に、偏光特性を向上させ、光効率を高めるための偏光向上フィルム６０がさらに備わってもよい。しかし、図１に図示された構造は一例であり、前記発光素子１５とディスプレイパネル７０と間には、層が多様に備わってもよい。

前記バックライト・ユニット１０は、基板１２に二次元的に配列された発光素子１５と、前記発光素子１５を制御する制御部１８と、を具備することができる。前記基板１２は、ＰＣＢ（printed circuit board）基板を含んでもよい。

図２を参照すれば、映像ボード２０で映像信号が出力され、前記映像信号がディスプレイパネル駆動部２２と、映像深度情報抽出部２４とに入力される。前記ディスプレイパネル駆動部２２は、映像信号によって、ディスプレイパネル駆動信号を生成し、ディスプレイパネル７０を駆動する。前記ディスプレイパネル駆動信号によって、ディスプレイパネル７０が各画素ごとにオン／オフ・スイッチング駆動される。前記ディスプレイパネル駆動部２２は、ディスプレイパネル７０の各画素に印加される電圧情報を含んでもよい。例えば、ディスプレイパネル７０の各画素に印加される電圧の強度を調節し、バックライト・ユニットの発光素子１５から提供される光の透過量を調節することによって、階調を表現することができる。

前記映像深度情報抽出部２４は、前記映像ボード２０からの映像信号から映像深度情報を抽出する。前記映像深度情報抽出部２４は、例えば、映像信号が二次元映像と、映像深度情報とを含むとき、別途に深度を計算せずに、映像深度情報だけを抽出することができる。ステレオスコピック映像の場合には、深度をこの映像信号から算出する。例えば、二次元映像で深度情報を抽出する方法は、設定された深度モデル（depth model）を、入力映像のカラー情報によってブレンディング（blending）し、最終深度を抽出する方式を使用することができる。このような方式は、Pseudo ３Ｄ Image Generation width Simple Depth Models，２００５ＩＥＥＥに公知されている。ステレオスコピック映像の場合には、映像のedge、line、cornerなどのfeature pointを比較し、ディスパリティ・マップ（disparity map）を算出する方式を使用することができる。このような方式は、Edge-Preserving Directional Regularization Technique For Disparity Estimation of Stereoscopic Images，IEEE Transaction on Consumer Electronics，Vol．45，No 3，August 1999，pp．804~810に公示されている。

例えば、図３Ａに図示されているような映像を表示するとき、この映像のための映像信号から深度情報を抽出すれば、図３Ｂのように示される。映像の深度が浅いほど白色に、映像の深度が深くなるほど黒色に表示される。言い換えれば、観測者と映像との距離が近いほど白色に、観測者と映像との距離が遠いほど黒色に表示される。図３Ｃは、深度情報によって、複数個の領域、例えば第１領域Ｌ１、第２領域Ｌ２及び第３領域Ｌ３に分割された例を示している。図３Ａに図示された映像と、図３Ｃの映像深度分布とを比較するとき、観測者と近くところにある湖の部分が第１領域Ｌ１、中間部分にある第２領域Ｌ２、最も遠くある空の部分Ｌ３が第３領域Ｌ３に対応する。例えば、前記第１領域Ｌ１、第２領域Ｌ２、第３領域Ｌ３は、それぞれ同じ深度情報を有することができる。ここで、深度を示す解像度をbitとするとき、第１領域、第２領域、第３領域は、グレイスケールで表示されてもよい。例えば、各領域の深度情報が、ホワイト（white）は２５５、ブラック（black）は０であり、その間のグレイスケールで表示されてもよい。

このような深度分布領域は、発光素子の個数によって、複数領域に分割される。例えば、前記映像深度情報抽出部２４は、図３Ｄに図示されているように、映像を複数個の明度（brightness）分布領域Ａに分割し、各領域Ａ別に深度情報を平均演算を介して抽出することができる。

前記映像深度情報抽出部２４から深度情報が抽出されば、明度算出部２６が各深度情報に対応する明度を算出する。明度算出部２６は、各深度情報に対応するルックアップ・テーブルを含んでもよい。前記明度算出部２４は、深度情報によって明度を算出するための基準値を含んでもよい。この基準値を基に、明度の調節が必要な領域を抽出することができる。

前記明度算出部２６から獲得された明度によって、制御部２８は、前記発光素子１５の明度を制御する。前記発光素子１５は、電気的にそれぞれ独立して駆動可能なように構成され、明度分布によって、各発光素子１５の明度が制御される。例えば、ある映像が図３Ｃに図示された明度分布を有するとき、第１領域Ｌ１に対応する領域にある発光素子の明度をＬ１ｂ、第２領域Ｌ２に対応する領域にある発光素子の明度をＬ２ｂ、第３領域Ｌ３に対応する領域にある発光素子の明度をＬ３ｂに調節する。ここで、各領域の深度が、第１領域Ｌ１の深度＜第２領域Ｌ２の深度＜第３領域Ｌ３の深度であるとき、各領域に対応する発光素子の明度は、Ｌ１ｂ＞Ｌ２ｂ＞Ｌ３ｂを満足するように制御される。

前記発光素子１２は、それぞれ独立して制御されてもよい。または、図４に図示されているように、隣接する複数個の発光素子を含むブロックＢ単位で制御されてもよい。

前記発光素子１５は、図４に図示されているように、基板１２に二次元的に配列され、複数個のブロックＢに分割され、各ブロックＢ別に制御されるように構成される。前記複数個のブロックＢは、例えば、図３Ｄに図示されているように、明度算出部２６の明度分布領域Ａに対応するように構成されてもよい。前記ブロックＢに含まれた発光素子の個数は、多様に構成され、図４では、ブロックＢが４個の発光素子を含んだ例を示している。

前記発光素子１５は、例えば、ＰＣＢ基板１２上に、それぞれ独立して電流が供給されるように回路が構成され、前記制御部２８が発光素子１５それぞれに対して、Ｄ／Ａ（digital-to-analog）コンバータを利用して、電流または電圧の強度を調節することができる。または、各ブロックにある発光素子に対して、Ｄ／Ａコンバータを利用して、電流または電圧の強度を調節し、明度を制御することができる。例えば、明度が高い領域に対応する領域にある発光素子に対して、明度が低い領域にある発光素子に比べて、相対的に多くの電流あるいは少ない電流を供給することによって、遠近感を高め、それにより、映像の立体感を向上させることができる。

または、前記制御部２８は、ＰＷＭ（pulse width modulation）方式で、前記発光素子の明度を制御することも可能である。

一方、前記発光素子１５は、少なくとも２つの波長範囲の光を照射する複数個の発光ダイオードチップが、１つのパッケージに構成されたマルチチップ発光素子であってもよい。発光ダイオードチップから照射された互いに異なる波長の光を発光素子内部で全反射させて混合させることによって、白色光にする。各波長範囲別発光ダイオードチップの個数または配列形態は、各波長別発光ダイオードチップから出射される光量を考慮し、所望の色温度範囲によって適切に構成される。このように、発光素子をマルチチップを有する構造で構成しても、単一チップを有する発光素子に比べて、そのサイズが大きく変わらないので、嵩（volume）増加に対する心配はない。それだけではなく、白色光への混色が発光素子内部でなされるので、混色のための空間が大きく減り、バックライト・ユニットの厚さを大きく低減させることができる。

発光素子を単一チップで構成し、互いに異なる波長の光を照射する発光素子を交互に配列することも可能である。例えば、ＰＣＢ基板に、第１波長の光を照射する第１発光素子、第２波長の光を照射する第２発光素子、及び第３波長の光を照射する第３発光素子を周期的に配列する。ここでは、第１発光素子、第２発光素子及び第３発光素子を一つずつ交互に配列した構成について説明したが、他の波長の光に比べてさらに多くの光量が必要になる波長の光であるならば、その波長の光を放出するチップを連続して二つ配列することも可能である。例えば、赤色発光素子、緑色発光素子、緑色発光素子、青色発光素子の順で配列することによって、緑色光の量を補充することができる。

または、前記発光素子１５は、蛍光物質を含む単一チップで構成することができる。単一チップから発光された光と、単一チップから発光された光とによって励起された蛍光物質から発光される光が混合され、白色光が出射される。白色光を作るための発光素子用蛍光物質は、すでに広く公示されているので、ここでは詳細な説明を省略する。

図５は、本発明の一実施形態によるバックライト・ユニット制御方法について説明するためのフローチャートである。

映像ボード２０（図１）で映像信号が生成され（Ｓ１０）、前記映像信号から映像深度情報を抽出する（Ｓ１５）。

映像深度情報から映像の明度を算出する（Ｓ２０）。映像の深度が深くなるほど暗く、映像の深度が浅いほど明るい明度情報を得ることができる。明度情報を算出するために、明度算出部２６は、ルックアップ・テーブルや、映像深度情報に対応する基準値を含んでもよい。前記明度算出部２６は、映像を複数個の明度分布領域に分割することができる。前記複数個の明度分布領域に対応する領域にある発光素子の明度を、算出された映像明度によって制御する（Ｓ２５）。このように、映像の深度によって明度を制御して立体感を向上させることができる。発光素子の明度を制御するとき、発光素子をそれぞれ制御する方法と、ブロック単位の発光素子を制御する方法とがある。

前記実施形態は、例示的なものに過ぎず、当技術分野の当業者であるならば、それらから多様な変形及び均等な他実施形態が可能であろう。従って、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲に記載された発明の技術的思想によってのみ決まるものである。

Claims

光を供給する発光素子と、
映像信号から映像深度情報を抽出する映像深度抽出部と、
前記映像深度情報から明度を算出する明度算出部と、
前記算出された明度によって、前記発光素子の明度を制御する制御部と、を含むバックライト・ユニット。
前記発光素子は、隣接する複数個の発光素子を含むブロック単位で制御されることを特徴とする請求項１に記載のバックライト・ユニット。
前記制御部は、前記発光素子に印加される電圧を調節して明度を制御することを特徴とする請求項１に記載のバックライト・ユニット。
前記制御部は、ＰＷＭ（pulse width modulation）方式で、前記発光素子の明度を制御することを特徴とする請求項１に記載のバックライト・ユニット。
前記明度算出部は、映像を複数個の領域に分割し、各領域に係わる明度を算出することを特徴とする請求項１ないし請求項４のうち、いずれか一項に記載のバックライト・ユニット。
前記明度算出部は、映像の深度が深くなるほど明度を低く、映像の深度が浅いほど明度を高く算出することを特徴とする請求項１ないし請求項４のうち、いずれか一項に記載のバックライト・ユニット。
映像信号を生成する映像ボードと、
前記映像ボードの映像信号によって映像を表示するディスプレイパネルと、
前記ディスプレイパネルに光を供給する発光素子と、
前記映像ボードから獲得された映像信号から映像深度情報を抽出する映像深度抽出部と、
前記映像深度情報から明度を算出する明度算出部と、
前記算出された明度によって、前記発光素子の明度を制御する制御部と、を含むディスプレイ装置。
前記発光素子は、隣接する複数個の発光素子を含むブロック単位で制御されることを特徴とする請求項７に記載のディスプレイ装置。
前記制御部は、前記発光素子に印加される電圧を調節して明度を制御することを特徴とする請求項７に記載のディスプレイ装置。
前記制御部は、ＰＷＭ（pulse width modulation）方式で、前記発光素子の明度を制御することを特徴とする請求項７に記載のディスプレイ装置。
前記明度算出部は、映像を複数個の領域に分割し、各領域に係わる明度を算出することを特徴とする請求項７ないし請求項１０のうち、いずれか一項に記載のディスプレイ装置。
前記明度算出部は、映像の深度が深くなるほど明度を低く、映像の深度が浅いほど明度を高く算出することを特徴とする請求項７ないし請求項１０のうち、いずれか一項に記載のディスプレイ装置。
映像信号から映像深度情報を抽出する段階と、
前記映像深度情報によって、複数個の映像領域に係わる明度を算出する段階と、
前記算出された明度に対応させ、発光素子の明度を制御する段階と、を含むバックライト・ユニット制御方法。
前記明度を算出する段階は、映像の深度が深くなるほど明度を低く、映像の深度が浅いほど明度を高く算出することを含むことを特徴とする請求項１３に記載のバックライト・ユニット制御方法。
前記明度を算出する段階は、前記映像深度情報に対応するルックアップ・テーブルを含むことを特徴とする請求項１３に記載のバックライト・ユニット制御方法。