JP2019020664A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 色相による高彩度の画像の表示輝度の差を低減することが可能な表示装置を提供することを目的とする。【解決手段】 表示装置は、緑色、赤色および青色に対応する副画素ごとに階調値が画像信号に基づいて画像を表示する表示装置であって、緑色の光、赤色の光、青色の光を含む照射光を発するバックライトユニット１０７と、照射光を透過して画像を表示する表示パネル１０５と、画像信号の各副画素の階調値に基づいて、対応する透過素子の透過率を制御する制御基板１１０と、を備え、制御基板１１０は、階調値が階調閾値Ｔｈ１未満である副画素に対応する透過素子の透過率を階調値に応じて制御し、階調値が階調閾値Ｔｈ１以上である緑色の副画素に対応する透過素子の透過率を階調値によらずに制御し、階調値が階調閾値Ｔｈ１以上である赤色の副画素および青色の副画素に対応する透過素子の透過率を階調値に応じて制御することを特徴とする。【選択図】 図８

Description

本発明は、バックライトと、バックライトから照射された光を変調して画像を表示する表示装置に関する。

白色光を発するバックライトと、多色の画素を備えバックライトから照射された光を変調して画像を表示する液晶パネルと、を有する表示装置がある。このような表示装置において、バックライトから照射された光を変調して画像を液晶パネルが有する画面に直接表示する直視型表示装置と、バックライトから照射された光を変調してスクリーン等の外部の画面に投射して間接的に表示する投射型表示装置がある。

液晶パネルの変調とは、例えば、照射された光の一部を透過、もしくは、反射することである。表示画像に基づいて画素ごとに制御された透過率もしくは反射率によって、バックライトから照射された光が変調されて、画面に画像が表示される。液晶パネルの各画素は、赤色、緑色、および青色のカラーフィルタを備える副画素を有する。このような液晶パネルで各副画素の制御値（階調値）を最大とした場合、バックライトから照射された白色光の色温度が維持されるように、透過もしくは反射し、最大の輝度が得られる。

近年では、輝度、色、コントラスト比の再現性を人間の目のダイナミックレンジにまで高めるものとして、ＨＤＲ（Ｈｉｇｈ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｇｅ）制御と呼ばれる技術が提案されている。

特許文献１には、複数の色の光を発する発光素子を組み合わせて構成される光源を備えるバックライトを用いた表示装置が開示されている。バックライトが赤色の光を発する発光素子と、緑色の光を発する発光素子と、青色の光を発する発光素子と、を備え、各発光素子から発せられた光を混合して白色光を発する。このように複数の異なる色の光を発する発光素子を組み合わせて白色光を得ることによって、変調された光で表される画像の色域を広げることが可能となる。

特開２０１６−１２５５２号公報

しかしながら、複数の発光素子から発せられる光の混合光で白色光を得る場合、各発光素子の発光量の混合光の発光量に対する比率はそれぞれ異なる。例えば、赤色、緑色、および青色の発光素子からなる光源において、赤色の発光量比と青色の発光量比とが、緑色の発光量比よりも低い場合がある。このような光源を用いた場合、赤色および青色の色相において彩度が高い画像において表示できる輝度の最大値が、緑色の色相において彩度が高い画像において表示できる輝度の最大値に比べて、低くなることがある。つまり、色相による高彩度の画像の表示輝度の差が大きい場合があった。

本発明は、複数の発光素子を備えるバックライトから照射される光を変調して画像を表示する表示装置であって、色相による高彩度の画像の表示輝度の差を低減することが可能な表示装置を提供することを目的とする。

本発明の表示装置の第一の形態は、第１の色、第２の色および第３の色のそれぞれに対応する副画素ごとに階調値を有する画像信号に基づいて、画像を表示する表示装置であって、第１の色の光、第２の色の光、第３の色の光を含む照射光を発する発光手段と、各副画素に対応する変調素子を備え、前記発光手段から照射された光を変調して前記画像を表示する表示手段と、前記画像信号の各副画素の階調値に基づいて、対応する変調素子の変調度合を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、階調値が階調閾値未満である前記第１の色の副画素、前記第２の色の副画素、および前記第３の色の副画素のそれぞれに対応する変調素子の変調度合を、当該副画素の階調値に応じて制御し、階調値が階調閾値以上である前記第１の色の副画素に対応する変調素子の変調度合を当該副画素の階調値によらず所定の変調度合で制御し、階調値が階調閾値以上である前記第２の色の副画素および第３の色の副画素のうちの少なくとも一方の副画素に対応する変調素子の変調度合を当該副画素の階調値に応じて制御することを特徴とする。

本発明の表示装置によれば、色相による高彩度の画像の表示輝度の差を低減することが可能となる。

表示装置の構成の一例を示す模式図である。 ＬＥＤ光源の構成の一例を示す模式図である。 青色ＬＥＤと蛍光体とを用いたＬＥＤチップから発せられる光の分光特性を示す模式図である。 ＲＧＢ−ＬＥＤを用いたＬＥＤチップから発せられる光の分光特性を示す模式図である。 表示装置の機能ブロックを示す第１のブロック図である。 ＯＥＴＦの一例を示す模式図である。 画像信号の階調値と制御輝度との関係を示す第１の模式図である。 画像信号の階調値と表示パネルの透過率信号との関係を示す第１の模式図である。 画像信号の階調値と表示輝度との関係を示す模式図である。 表示パネルの透過率の波長特性を示す模式図である。 表示装置の機能ブロックを示す第２のブロック図である。 画像信号の階調値とバックライト輝度信号との関係を示す第２の模式図である。 照射光を固定色とした場合の表示色度点を示す色度図である。 照射光の色を変調した場合の表示色度点を示す色度図である。 画像信号の階調値と液晶パネル透過率信号との関係を示す第２の模式図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

以下、本発明の実施例１の表示装置について説明する。

図１は、本実施例の表示装置の構成の一例を示す模式図である。表示装置は、赤色、緑色および青色のそれぞれに対応する副画素を備える画素を複数有し、副画素ごとに階調値が指定された入力画像信号に基づいてカラー画像を表示することが可能なカラー画像表示装置である。バックライトユニット１０７と、表示パネル１０５と、制御基板１１０とを有する。なお、非図示とする。

バックライトユニット１０７は、緑色の光、青色の光、および赤色の光を含む照射光を発し、前面側の表示パネル１０５に照射する照明装置である。バックライトユニット１０７は、光源１０１と、光学シート１０６と、それらを収容するケースとを備える。

光源１０１は、光源基板と、光源基板上に設けられた複数のＬＥＤチップと、ドライバ回路とを備える。光源１０１は、表示パネル１０５の背面に光（照射光）を照射する。

図２は、光源１０１の構成の一例を示す模式図である。光源１０１は、平面内にそれぞれ個別に照射光の輝度を制御可能な複数の発光ブロック１０８を有する。発光ブロック１０８はひとつ以上のＬＥＤチップ１０９で構成する。ＬＥＤチップ１０９は、白色となるＲＧＢの発光輝度比率よりも、ＲＧの発光輝度比率を高くした色（以降ではマゼンタ色と称する）で点灯する。ＬＥＤチップ１０９は、Ｂ−ＬＥＤと、青色の光が照射された場合に赤色の光と緑色の光とを発する蛍光体と、を組み合わせたＬＥＤであるとする。なお、ＬＥＤチップ１０９は、赤色の光を発するＲ−ＬＥＤと、緑色の光を発するＧ−ＬＥＤと、青色の光を発するＢ−ＬＥＤと、を備えるものであってもよい。

ここで、青色の光は、４００ｎｍ以上５００ｎｍ未満の範囲に波長のピークを有する光であるとする。緑色の光は、５００ｎｍ以上６００ｎｍ未満の範囲に波長のピークを有する光であるとする。赤色の光は、６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲に波長のピークを有する光であるとする。

図３は、ＬＥＤチップ１０９から発せられる光の分光特性を示す模式図である。横軸（ｘ軸）は、光の波長を示す。縦軸（ｙ軸）は、発光強度を示す。実線２１０は、青色ＬＥＤから発せられる青色の光の発光強度に対応する。点線２１２は、従来の表示装置で用いられる白色ＬＥＤにおける青色ＬＥＤから発せられる青色の光の発光強度を示す。従来の青色の光の発光強度（点線２１２）のピークに対し、ＬＥＤチップ１０９の青色の光の発光強度（実線２１０）のピークは、約２倍である。例えば、ＬＥＤチップ１０９の青色ＬＥＤの素子サイズを大きくするか、電流量を高めることで約２倍の輝度を得ることが可能である。カーブ２１０の主波長は例えば４５０ｎｍ程度とする。

実線２１１は、ＬＥＤチップ１０９の青色ＬＥＤの素子を覆う蛍光体から発せられた緑色の光および赤色の光を含む光の発光強度を示す。点線２１３は、従来の表示装置で用いられる白色ＬＥＤにおいて青色ＬＥＤから発せられる青色の光で励起されて、蛍光体から発せられる光の発光強度を示す。従来の表示装置で用いられる白色ＬＥＤでは、蛍光体から黄色の光が発せられる。黄色の光は例えば５７０ｎｍ付近に主波長および唯一のピークを持ち、緑〜赤間で連続した分布を描く。ＬＥＤチップ１０９の蛍光体から発せられる光の発光強度（実線２１１）は、従来の白色ＬＥＤの蛍光体から発せられる光の発光強度（点線２１３）に対して、６２０ｎｍ付近に主波長を持つ赤色の光の発光強度が高い。このような特性は、従来の蛍光体に、赤色の光を発する蛍光体を追加することによって得られる。ＬＥＤチップ１０９は、従来の白色ＬＥＤよりも、約２倍の輝度の赤色の光を発する。他にも、黄色の蛍光体では無く、緑色と赤色の蛍光体の組み合わせで、カーブ２１１のように、赤色の輝度が２倍となるよう構成しても良い。

従って、点線２１２と点線２１３とに示す発光強度が重なり白色で点灯する従来の白色ＬＥＤに対して、ＬＥＤチップ１０９は、実線２１０と実線２１１とに示す発光強度が重なり、白色よりも赤色の光と青色の光との輝度が高いマゼンタ色の光を発する。

図４は、ＬＥＤチップ１０９がＲ−ＬＥＤ、Ｇ−ＬＥＤ、およびＢ−ＬＥＤで構成される場合のＬＥＤチップ１０９から発せられる光の分光特性を示す模式図である。実線２２０は、ＬＥＤチップ１０９のＢ−ＬＥＤから発せられる青色の光の発光強度を示す。実線２２１は、ＬＥＤチップ１０９のＧ−ＬＥＤから発せられる緑色の光の発光強度を示す。実線２２２は、ＬＥＤチップ１０９のＲ−ＬＥＤから発せられる赤色の光の発光強度を示す。

点線２２３は、従来のＬＥＤチップのＢ−ＬＥＤから発せられる青色の光の発光強度を示す。点線２２４は、従来のＬＥＤチップのＧ−ＬＥＤから発せられる緑色の光の発光強度を示す。点線２２５は、従来のＬＥＤチップのＲ−ＬＥＤから発せられる赤色の光の発光強度を示す。なお、従来のＬＥＤチップは、混合光として白色を出力するように、各色の光の発光強度があらかじめ調整されている。

ＬＥＤチップ１０９のＢ−ＬＥＤから発せられる青色の光の発光強度（実線２２０）は、従来のＬＥＤチップのＢ−ＬＥＤから発せられる青色の光の発光強度（点線２２３）よりも高い。また、ＬＥＤチップ１０９のＢ−ＬＥＤから発せられる赤色の光の発光強度（実線２２２）は、従来のＬＥＤチップのＢ−ＬＥＤから発せられる赤色の光の発光強度（点線２２５）よりも高い。例えばＬＥＤチップ１０９のＲ―ＬＥＤおよびＢ−ＬＥＤの素子サイズを大きくするか、電流量を高めることで約２倍の輝度を得る。なお、Ｒ−ＬＥＤ、およびＢ―ＬＥＤはＧ―ＬＥＤよりも電力効率が高いことから、ＬＥＤチップ１０９の消費電力量の増加は３割程度となる。

光学シート１０６は、拡散板１０２、集光シート１０３、反射型偏光フィルム１０４を備える。光学シート１０６は、拡散板１０２は、照射光を拡散させることにより、バックライトユニット１０７を面光源として機能させる。集光シート１０３は、拡散板１０２で拡散し、様々な角度で入射した光を、正面方向（表示パネル１０５側）に集光することにより、正面輝度を向上させる。反射型偏光フィルム１０４は、入射した光を効率的に偏光することにより、表示パネル１０５で表示する輝度を向上させる。拡散板１０２、集光シート１０３、反射型偏光フィルム１０４は重ねて用い、これらの光学部材をまとめて光学シート１０６と呼ぶ。光学シート１０６には他の部材が含まれてもよい。また、光学シート１０６と表示パネル１０５は一体で形成してもよい。

表示パネル１０５は、画像信号の副画素に対応する変調素子を備え、バックライトユニット１０７から照射された照射光を変調して画像を表示する。表示パネル１０５の各変調素子は、対応する副画素の階調値に応じて変調度合を制御される。例えば、表示パネル１０５は、照射光を透過して画像を表示する透過型の表示パネルである。この場合、変調素子は、各副画素の色に対応した色のカラーフィルタを備え透過率を制御可能な透過素子である。また、変調度合は、透過素子の透過率である。なお、表示パネル１０５は、照射光を反射して、画像を表示する反射型の表示パネルであってもよい。この場合、変調素子は、各副画素の色に対応した色の光を反射する反射素子である。また、変調度合は、反射素子の反射率である。表示パネル１０５は、４Ｋ解像度（４０９６×２１６０）で画像を表示可能であるとする。

制御基板１１０は、画像信号に基づいて、バックライトユニット１０７および表示パネル１０５を制御し、画像を表示させる。制御基板１１０は、表示パネル１０５が照射光を変調する度合（変調度合）を制御（変調制御）する。例えば、制御基板１１０は、表示パネル１０５が照射光を透過する透過率を制御するとする。また、制御基板１１０は、バックライトユニット１０７から表示パネル１０５に照射する光の輝度を制御（光源制御）する。図５は、制御基板１１０の機能ブロックを示すブロック図である。以降、このブロック図を用いて、赤色もしくは青色の彩度が高い表示画像で最大輝度が高まることを説明する。制御基板１１０は、画像処理部１１１、メモリ１１２、バックライト制御部１１３、およびパネル制御部１１４を備える。

画像処理部１１１は、画像信号を取得する。画像信号は、広いダイナミックレンジ（Ｈｉｇｈ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｇｅ：ＨＤＲ）に対応したＨＤＲ画像信号であるとする。ＨＤＲ画像信号において、各副画素に指定される階調値は、人間の目のダイナミックレンジに合わせて最適化されたガンマカーブ（ＯＥＴＦ：Ｏｐｔｉｃａｌ−Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）に基づいて指定される値である。

図６は、輝度と画像信号における階調値との関係を示す特性カーブを示す模式図である。輝度と画像信号における階調値との関係は、ＯＥＴＦと呼ぶ。また、階調値と輝度との関係をＥＯＴＦと呼ぶ。本実施例では、ＯＥＴＦ（もしくはＥＯＴＦ）の規格として、ＳＴ．２０８４で規定されたＰＱカーブが用いられるとする。図６のｘ軸方向は輝度である。ここで、「輝度」とは、画像信号を作成した画像制作者が意図した輝度、もしくは、カメラ等で撮影された実際の輝度である。ＯＥＴＦとして、ＰＱカーブを用いる場合、この輝度はｃｄ／ｍ２やｎｉｔ等の単位で示される輝度値である。なお、輝度を相対輝度（反射率（％）等）で示したＨｙｂｌｉｄ Ｌｏｇ Ｇａｍｍａ（ＨＬＧ）等のＯＥＴＦを用いてもよい。ｙ軸方向は、輝度に対応する階調値である。人間の目が知覚出来る輝度差（バンディング）は、暗部で小さく、明部では大きくなる。ＰＱカーブ等のＨＤＲに対応するＯＥＴＦでは、この人間の目の知覚特性を利用して、暗部に多くの階調を割り当て、階調あたりの輝度さを小さくする。したがって、明部に割り当てられる階調は相対的に減少し、階調当たりの輝度差が大きくなる。ＰＱカーブでは、最大１０，０００ｃｄ／ｍ２までの輝度レンジを、バンディングが知覚されないように１２ビット幅の最大信号階調に収めることが可能になる。ＨＤＲに対して、従来扱っていたダイナミックレンジは、Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｇｅ（ＳＤＲ）と呼ばれる。ＳＤＲは、一般に、１００ｃｄ／ｍ２の輝度レンジに対応する。

このように、ＨＤＲに対応するＯＥＴＦは、ＳＤＲよりも高い輝度が割り当てられる。しかし、表示装置では、電力や部品性能の制限により、ＨＤＲに対応するＯＥＴＦで割り当てられた輝度のすべてを表現することができない場合がある。表示装置では、ＨＤＲに対応したＯＥＴＦで割り当てられた輝度のうち、表示し得る最大輝度を、白色表示時の輝度とする。

従来の表示装置では、赤色もしくは青色の彩度が高い画像の場合の最大輝度は、それを大きく下回る。例えば、最大１，０００ｃｄ／ｍ２で白色表示し得る表示装置では、赤色の彩度が高い場合は最大２００ｃｄ／ｍ２程度、青色の彩度が高い場合は最大１００ｃｄ／ｍ２程度に留まっていた。これは、緑色の最大輝度は７００ｃｄ／ｍ２程度であり、以上のＲＧＢによる加色混合で最大１，０００ｃｄ／ｍ２の白色を表示していたからである。人間の目の明るさに対する感度（比視感度）は波長５５５ｎｍの緑色でピークを持ち、赤色（波長６２０ｎｍ付近）や青色（波長４５０ｎｍ付近）では感度が大きく落ちることが要因となっている。

本実施例において、画像信号は、４Ｋ解像度（４０９６×２１６０）で配置された画素を備え、各画素は、Ｒ、Ｇ、もしくはＢに対応する副画素を備え、各副画素に対して１２ビット（０〜４０９５）で表された階調値が指定されているとする。

また、画像処理部１１１は取得した画像信号に対して、画像変換処理を行う。画像変換処理の一例としては、表示パネル１０５の表示解像度に合わせた解像度変換処理、シャープネス処理、ノイズリダクション処理、ユーザー設定に応じた画質変換処理などが挙げられる。次に、表示装置において、画像信号のメタデータ等で指定されたＥＯＴＦに基づいた輝度で表示するため、以降の制御を行う。

画像処理部１１１ではメモリ１１２に保持されたルックアップテーブル１４１（以降ＬＵＴと称する）に基づき、制御輝度情報を生成する。制御光輝度情報は、バックライトユニット１０７の発光ブロックが発する光の輝度に対応する値である。つまり、画像処理部１１１は、光源制御のためのパラメータを生成する。

図７は、画像信号の階調値と制御輝度との関係を示す模式図である。ｘ軸は画像信号の階調値の代表値、ｙ軸は制御輝度情報が示す輝度である。画像処理部１１１は、各発光ブロックに対応する画像信号の部分領域に含まれる画素の副画素に指定された階調値の代表値に基づいて、各発光ブロックの輝度を決定する。各発光ブロックに対応する画像信号の部分領域は、各発光ブロックの照射光が照射される表示パネル１０５の領域に表示される画像信号の領域である。画像信号の部分領域における階調値の代表値は、当該部分領域に含まれる副画素に指定された階調値の最大値であるとする。例えば、部分領域に含まれる画素のうち、最大の階調値が指定された画素の各副画素の階調値がＲ，Ｇ，Ｂ＝（１０００，３００，３００）の場合、当該部分領域の代表値は、１０００となる。

画像処理部１１１は、代表値が階調閾値Ｔｈ１未満である場合、代表値に応じて制御輝度が増減するように制御輝度情報を決定する。また、画像処理部１１１は、代表値が階調閾値Ｔｈ１以上である場合、代表値によらず制御輝度があらかじめ決定された輝度となるように制御輝度情報を決定する。例えば、予め決定された輝度は、バックライトユニット１０７の各発光ブロックの最大の発光輝度であるとする。また、階調閾値Ｔｈ１は、３０７９とする。画像信号のすべての副画素の階調値が階調閾値Ｔｈ１である場合、つまり、Ｒ，Ｇ，Ｂ＝（３０７９，３０７９，３０７９）である場合に、表示装置の輝度は１，０００ｃｄ／ｍ２に達する。これが白色表示時の最大輝度となる。一般的に、最大輝度はバックライトの電力な制限、バックライトを構成する部品の温度や電流量の最大定格等で制限される。バックライトの故障に繋がらないよう、最大輝度が予め設定され、これ以上の輝度が出ないよう制限する。

代表値が階調閾値Ｔｈ１未満である場合、輝度は代表値に対し加速度的に増加するものとしたが、これに制限されるものではなく、例えば一次関数的に増加するものでも良い。代表値が階調閾値Ｔｈ１以上である場合、輝度は上限に達し、飽和する。

メモリ１１２は、画像処理部１１１が用いる対応関係等を示すテーブルやパラメータを記憶する記憶媒体である。例えば、メモリ１１２は、不揮発性の記憶媒体であり、ハードディスクであるとする。

バックライト制御部１１３は、制御輝度情報に基づいて、各発光ブロックのＬＥＤチップ１０９に印加する駆動電流を制御するためのＰＷＭ信号を生成して、バックライトユニット１０７に出力する。ＰＷＭ制御は、ＬＥＤチップ１０９に電流もしくは電圧を印加する期間と、そうでない期間とを、パルス状の信号で周期的に制御するものである。制御周期に対する電流を印加する期間の比であるデューティ比が高いほど、ＬＥＤチップ１０９から発せられる光の輝度が高まる。なお、ここで、バックライト制御部１１３およびバックライトユニット１０７は、各発光ブロックから発せられる光の色を画像信号に応じて変化させない。具体的には、図３もしくは図４の実線で示したような波長に対する発光強度の比率が、照射光全体の輝度値の増減に応じて変化しないように制御する。つまり、発光ブロックの照射光の色は、マゼンタ色である。

バックライトユニット１０７は、取得したＰＷＭ信号で各ＬＥＤチップ１０９を駆動させる。つまり、バックライト制御部１１３は、ＰＷＭ信号を生成することにより、バックライトユニット１０７を制御する制御回路であるといえる。画像信号の階調値に応じた輝度で各発光ブロックが光を発するように制御することは、バックライトユニット１０７を輝度変調するということもできる。バックライトユニット１０７から発せられた光は、表示パネル１０５の背面に照射する。

なお、発光ブロック毎ではなく、全ての発光ブロックに対し一律に決定しても良い。発光ブロック毎に決定する場合はローカルディミング制御、全ての発光ブロックに対し一律に決定する場合は、グローバルディミング制御と呼ばれる。また、ＬＥＤの劣化や温度特性等により、意図せず色の変化が発生する場合がある。このような意図しない色の変化に対しては、センサ等を用いた補正処理を行ってもよい。

次に、画像処理部１１１は、メモリ１１２に保持されたＬＵＴに基づき、透過率情報を生成する。透過率情報は、パネル制御部１１４において、表示パネル１０５の透過率を制御するための電圧信号を生成する為に用いられる。つまり、画像処理部１１１は、画像信号の各副画素の階調値に基づいて、対応する透過素子の透過率を制御するための透過率情報を生成する。画像処理部１１１は、指定された階調値が階調閾値未満である各色の副画素に対応する透過素子の透過率が、階調値に応じた透過率で制御されるように、透過率情報を生成する。画像処理部１１１は、指定された階調値が階調閾値以上である緑色の副画素に対応する透過素子の透過率が、階調値によらず最大の透過率で制御されるように透過率情報を生成する。また、画像処理部１１１は、指定された階調値が階調閾値以上である赤色および青色の副画素に対応する変調素子の透過率が階調値に応じた透過率で制御されるように透過率情報を生成する。

図８は、画像信号の階調値と表示パネルの透過率信号との関係を示す模式図である。ｘ軸は階調値、ｙ軸は透過率を示す。透過率情報は、表示パネル１０５の副画素毎に決定する。

副画素の階調値と透過素子の透過率との対応関係は、赤色、緑色、および青色のうち、緑色と赤色および青色とで異なる。対応関係Ｇ１は、Ｇの階調値に対し液晶パネル透過率が加速度的に増加するが、階調値が階調閾値Ｔｈ１以上である場合、透過率は上限の透過率となり、飽和する。階調閾値Ｔｈ１は、図７でも示したように、バックライト輝度が飽和する階調でもある。

対応関係ＲＢ１は、ＲＢの階調値の増加に応じて増加するが、対応関係Ｇ１と比較すると、階調閾値Ｔｈ１の透過率は上限の約半分に過ぎず、飽和しない。画像信号のＲＧＢ３色すべての階調値が階調閾値Ｔｈ１である場合、つまりＲ，Ｇ，Ｂ＝（３０７９，３０７９，３０７９）の白色である場合、表示装置は１，０００ｃｄ／ｍ２に達し、これが白色表示時の最大輝度となる。これは、図７で示したように、階調閾値Ｔｈ１の時にバックライト輝度は上限に達してマゼンタ色で点灯し、また図８で示したように、Ｇの液晶パネル透過率は上限に達し、ＲＢの液晶パネル透過率はＧの約半分となるからである。

対応関係ＲＢ１は所定階調（階調閾値Ｔｈ１）で変曲点Ｐ１を持ち、階調閾値Ｔｈ１以上の階調値でも透過率が増加する。階調値が階調閾値Ｔｈ２を超えると、ＲＢの液晶パネル透過率は上限に達し、飽和する。この時の透過率は、階調閾値Ｔｈ１における透過率の約２倍となる。階調閾値Ｔｈ２は、例えば１２ビット幅（０〜４０９５）の３３８９とする。階調閾値Ｔｈ１から階調閾値Ｔｈ２までの増加分、具体的には３０７９から３３８９までの増加分の３１０階調で、ＲＢの透過率が２倍に達する。その結果、赤色もしくは青色の階調値が階調閾値Ｔｈ２である場合の表示輝度は、階調閾値Ｔｈ１である場合の２倍となる。

パネル制御部１１４は、透過率情報に基づいて、表示パネル１０５の各素子の透過率を制御する。

図９は、画像信号の階調値と表示輝度との関係を示す模式図である。表示パネル１０５を透過して、最終的に表示される輝度は、照射光の輝度と表示パネル１０５の透過率との乗算で決定される。具体的には、図９は、図７のグラフで決定されるバックライト輝度と、図８のグラフで決定される液晶パネル透過率との乗算結果をグラフにまとめたものに相当する。ＢＲ１は、赤色の副画素の階調値と表示輝度との関係を示す。ＢＧ１は、緑色の副画素の階調値と表示輝度との関係を示す。ＢＢ１は、青色の副画素の階調値と表示輝度との関係を示す。各色の表示輝度は、指定された階調値が階調閾値Ｔｈ１以下である場合、階調値の増加に応じて表示輝度が上がる。例えば、階調閾値Ｔｈ１でそれぞれＲ，Ｇ，Ｂ＝（２００ｃｄ／ｍ２，７００ｃｄ／ｍ２，１００ｃｄ／ｍ２）となる。また、これらの足し合わせにより、階調閾値Ｔｈ１で１，０００ｃｄ／ｍ２の白色を表示出来る。さらに、指定された階調値が階調閾値Ｔｈ１以上であり階調閾値Ｔｈ２以下である場合、赤色および青色の表示輝度が上がり、階調閾値Ｔｈ２の時にＲ，Ｇ，Ｂ＝（４００ｃｄ／ｍ２，７００ｃｄ／ｍ２，２００ｃｄ／ｍ２）となる。

したがって、最大１，０００ｃｄ／ｍ２で白色表示し得る表示装置において、従来技術の構成では、赤色の彩度が高い場合は２００ｃｄ／ｍ２程度、青色の彩度が高い場合は１００ｃｄ／ｍ２程度に留まっていたが、これらが各２倍に高まったことが分かる。

以上の説明により、本発明によれば、ＨＤＲ制御を行うカラー画像表示装置において、彩度が高い表示画像での最大輝度を高めることが可能と示された。特に、赤色もしくは青色の彩度が高い表示画像における最大輝度が高まる。したがって、色相による高彩度の画像の表示輝度の差を低減することが可能となる。

高輝度かつ赤色の彩度が高い画像としては、朝日、夕焼け、火山のマグマ、赤く燃える炎が一例として挙げられる。高輝度かつ青色の彩度が高い画像としては、海中の光、青く燃える炎、レーザー光が一例として挙げられる。以上のような画像において、カラー画像表示装置の表現力が高まる。

実施例１では、図３もしくは図４で示した分光特性のＬＥＤチップ１０９を用いて、彩度が高い表示画像での最大輝度を高められることを説明した。本実施例では、一般的に用いられている略白色で点灯するＬＥＤチップ１０９を用いて、同様の効果を得る構成について説明する。なお、各図面や手順において、実施例１と同じ部材には同じ符号を付し、その説明は割愛する。

実施例１と同様に、本実施例においても図５で示したブロック図の構成を用いる。また、こちらも実施例１と同様に、図７で示したＬＵＴを用いて制御輝度情報を生成し、図８で示したＬＵＴを用いて透過率情報を生成する。

本実施例と実施例１の違いは、ＬＥＤチップ１０９の光の分光特性と、液晶パネル透過率の分光特性である。以降ではこれらを中心に説明する。

本実施例で用いる略白色で点灯するＬＥＤチップ１０９の一例は、青色ＬＥＤによる青の光を励起光として、黄色の蛍光体から黄色の光を得るものである。分光特性は、例えば図３の点線２１２の青色、点線２１３の黄色で示される。別の一例は、ＲＧＢ３原色のＬＥＤの組み合わせによるものである。分光特性は、例えば図４の点線２２３の青色、実線２２１の緑色、点線２２４の赤色の光で示される。

図１０は、本実施例の表示パネルの透過素子の透過率の分光特性を示すグラフである。ｘ軸方向は透過光の波長、ｙ軸方向は透過率を示す。実線３００は、表示パネル１０５の青色の光を透過する素子の透過特性である。実線３０１は、表示パネル１０５の緑色の光を透過する素子の透過特性である。実線３０２は、表示パネル１０５の赤色の光を透過する素子の透過特性である。点線３０３は、従来の表示パネルの青色の光を透過する素子の透過特性である。点線３０４は、従来の表示パネルの赤色の光を透過する素子の透過特性である。実線３００および実線３０２で示した表示パネル１０５の透過率のピークは、点線３０３および点線３０４で示した従来の表示パネルの透過率のピークの約２倍となる。本実施例のカラー液晶パネルでは、ＲＧＢの副画素全ての透過率が上限となる時に、白色の光をマゼンタ色で透過する。

本実施例のように、青色および赤色の透過率が約２倍となる分光特性は、例えば青色および赤色の副画素の開口面積を大きくするか、カラーフィルタの損失、濃度を低減することで実施する。

以降では、図８のＬＵＴを用いて、入力画像信号階調に対する液晶パネル透過率と、表示される色と輝度の関係を説明する。液晶パネル透過率を決定するカーブの形は、ＲＧＢのうちＧとＲＢで異なる。対応関係Ｇ１に示すように、緑色の副画素の階調値が階調閾値Ｔｈ１未満である場合、階調値の増加に応じて、対応する緑色の光を透過する素子の透過率が増加する。また、緑色の副画素の階調値が階調閾値Ｔｈ１以上である場合、液晶パネル透過率は上限に達し、飽和する。階調閾値Ｔｈ１は図７でも示したように、バックライト輝度が飽和する階調でもある。

対応関係ＲＢ１は、赤色または青色の副画素の階調値が階調閾値Ｔｈ１未満である場合、階調値の増加に応じて透過率が増加するが、対応関係Ｇ１と比較すると、階調閾値Ｔｈ１に対応する透過率は上限の約半分に過ぎず、飽和しない。ただし、図１０の液晶パネル透過率の分光特性でも示したように、実施例１に対して青色および赤色の透過率が約２倍であるため、バックライトユニット１０７からの白色の光を白色で透過する。

例えば、入力画像信号のＲＧＢ３色が全て階調閾値Ｔｈ１のとき、具体的にはＲ，Ｇ，Ｂ＝（３０７９，３０７９，３０７９）の白色の時に、表示装置は１，０００ｃｄ／ｍ２に達し、これが白色表示時の最大輝度となる。

対応関係ＲＢ１は階調閾値Ｔｈ１で変曲点Ｐ１を持ち、階調閾値Ｔｈ１以上において透過率がさらに増加する。階調値が階調閾値Ｔｈ２を超えると、ＲＢの液晶パネル透過率は上限に達し、飽和する。この時の透過率（上限）は、階調閾値Ｔｈ１における透過率の約２倍となり、その結果赤色と青色の表示輝度が２倍となる。

以上の説明により、本発明によれば、略白色で点灯するＬＥＤチップ１０９を用いた場合においても、彩度が高い表示画像での最大輝度を高めることが可能となることが示された。

実施例１および実施例２では、図３もしくは図４で示した分光特性のＬＥＤチップ１０９を用いて、輝度によらず色を固定してバックライトユニット１０７を点灯していた。本実施例では、一定以上の輝度においてはバックライトユニット１０７の色を可変とし、同様の効果を得る構成について説明する。なお、各図面や手順において、実施例１および実施例２と同じ部材には同じ符号を付し、その説明は割愛する。

本実施例で用いるＬＥＤチップ１０９の一例は、図４の分光特性のグラフに示すようなＲＧＢ３原色のＬＥＤの組み合わせによるものである。一定以上の輝度においてＲＧＢ３原色の輝度の比率を変えるが、詳細については後述する。

実施例３の表示装置は、バックライトユニット１０７、表示パネル１０５、および制御基板１１１０を備える。

図１１は、制御基板１１１０の機能ブロックを示すブロック図である。図５で示した実施例１および実施例２の制御基板１１０との違いは、バックライトユニット１０７のＬＥＤチップ１０９が備えるＲ−ＬＥＤ、Ｇ−ＬＥＤ、およびＢ−ＬＥＤの輝度を個別に制御するための発光制御部を備える点である。制御基板１１１０は、制御基板１１０の各機能ブロックに加えて、輝度制御部１１１１、輝度制御部１１１２、輝度制御部１１１３をそれぞれ備える。輝度制御部１１１１は、画像処理部１１１から赤色制御輝度情報を取得して、Ｒ−ＬＥＤの輝度を制御するためのＰＷＭ信号を出力する。輝度制御部１１１２は、画像処理部１１１から緑色制御輝度情報を取得して、Ｇ−ＬＥＤの輝度を制御するためのＰＷＭ信号を出力する。輝度制御部１１１３は、画像処理部１１１から青色制御輝度情報を取得して、Ｂ−ＬＥＤの輝度を制御するためのＰＷＭ信号を出力する。

画像処理部１１１ではメモリ１１２に保持されたＬＵＴに基づき、赤色制御輝度情報、緑色制御輝度情報、および青色制御輝度情報を生成して、各輝度制御部に出力する。また、バックライトユニット１０７は、各輝度制御部から取得したＰＷＭ信号を用いて、ＲＧＢの各ＬＥＤを駆動する。画像処理部１１１は、画像信号の副画素のうち、少なくとも１つの副画素に指定された階調値が階調閾値以上である場合に、照射光の赤色の光および青色の光の発光比率が、そうでない場合よりも高くなるように各制御輝度情報を生成する。

図１２は、本実施例の赤色制御輝度情報、緑色制御輝度情報および青色制御輝度情報を生成するためのＬＵＴを示すグラフである。ｘ軸は画像信号の階調値、ｙ軸は各色の制御輝度情報が示す輝度である。

階調閾値Ｔｈ１までは、カーブ４００ＲＧＢに示すように、ＲＧＢのカーブの形は変えずに発光強度を一律に変調し、略白色の固定色で点灯する。有意な色の変調を行わないが、ＬＥＤの劣化や温度特性等により、意図せず色の変化が発生する場合がある。また、バックライト輝度はＲＧＢ３色の階調のうち、最大となる色の入力画像信号階調で決定する。実施例１および実施例２と同様に、入力画像信号のＲＧＢ３色が全て階調閾値Ｔｈ１の白色の時に、カラー画像表示装置の輝度は１，０００ｃｄ／ｍ２に達する。これが白色表示時の最大輝度となる。

入力画像信号階調が階調閾値Ｔｈ１を超えると、カーブ４０１Ｇに示すように、緑色のバックライト輝度は上限に達し、飽和する。一方で、カーブ４０１ＲＢに示すように、青色および赤色のバックライト輝度は、階調閾値Ｔｈ１で変曲点４０２を持ち、階調閾値Ｔｈ１を超えると加速度を上げて輝度が上がる。入力画像信号階調が階調閾値Ｔｈ２を超えると、青色および赤色のバックライト輝度は上限に達し、飽和する。この時の輝度は、階調閾値Ｔｈ１における輝度の約２倍となる。階調閾値Ｔｈ１を超えた入力画像信号階調においては、ＲＢのそれぞれの入力画像信号に応じて、個別に青色および赤色のバックライト輝度を変調し、可変色とする。例えば、ＲＧＢのうちＲＧが階調閾値Ｔｈ１、Ｂが階調閾値Ｔｈ２の時は、Ｂの輝度が約２倍となり、バックライトは青み掛って点灯する。

ここで、図１２のグラフで示したように、階調閾値Ｔｈ１までは略白色の固定色でバックライト輝度を変調し、階調閾値Ｔｈ１を超えた時に可変色で輝度を変調する理由を説明する。

図１３は、照射光を固定色とした場合の表示色度点を示す色度図である。ｘ軸およびｙ軸はそれぞれｘｙ色度図上の座標点を示す。ベクトル４５０Ｒ、ベクトル４５０Ｇおよびベクトル４５０Ｂは、ＲＧＢ副画素の液晶パネル透過率の比率で決定されるベクトルである。例えば、液晶パネル透過率の比率がＲ，Ｇ，Ｂ＝（１，０，０）の場合は、ベクトル４５０Ｒが最大となる。この時に色度点はベクトル４５０Ｒの先端で示される点になり、色純度の高い赤色で表示される。また、例えば、液晶パネル透過率の比率がＲ，Ｇ，Ｂ＝（１，１，１）の場合は、各ベクトルが相殺される。この時に色度点は各ベクトルの原点４６０になり、白色で表示される。以上のように、表示色度点は液晶パネル透過率の比率で一意に決まるため、精度の高い色表示制御が可能となる。具体的には、マクベスカラーなどの指定された色を、表示輝度によらず正しく表示制御可能となる。

図１４は、照射光の色を変調した場合の表示色度点を示す色度図である。ｘ軸およびｙ軸はそれぞれｘｙ色度図上の座標点を示す。ベクトル４５１Ｒ、ベクトル４５１Ｇおよびベクトル４５１Ｂは、ＲＧＢ副画素の液晶パネル透過率の比率で決定されるベクトルである。固定色で変調した時のベクトル４５０Ｒ、ベクトル４５０Ｇおよびベクトル４５０Ｂとは異なり、ベクトルの方向が定まらない。これは、液晶パネル透過率の比率とは別に、バックライトの色がベクトルの方向に影響を与えるからである。例えば、バックライトの色が緑色掛っている時はベクトル４５１Ｒの方向が緑色寄りに引っ張られ、バックライトの色が青色掛っている時はベクトル４５１Ｒの方向が青色寄りに引っ張られる。以上のように、バックライト輝度を可変色で変調する場合、一般的に精度の高い色表示制御が困難になる。本実施例では、階調閾値Ｔｈ１までは略白色の固定色でバックライト輝度を変調することで高精度な色表示を可能とし、階調閾値Ｔｈ１を超えた時には可変色でバックライト輝度を変調して高輝度表示を可能とする。

図１５は、画像信号の階調値と液晶パネル透過率信号との関係を示す第２の模式図である。ｘ軸は入力画像信号階調、ｙ軸は透過率情報によって設定される液晶パネル透過率である。液晶パネル透過率を決定するカーブの形はＲＧＢで変わらず、入力画像信号階調が階調閾値Ｔｈ１を超えると、液晶パネル透過率は上限に達し、飽和する。また、液晶パネル透過率の分光特性は実施例１と同様であり、ＲＧＢの副画素全ての透過率が上限となる時に、白色の光を白色で透過する。

入力画像信号階調に対する表示輝度を示すグラフは、実施例１の図９のグラフと同様になる。図１２のグラフで決定されるバックライト輝度と、図１５のグラフで決定される液晶パネル透過率との乗算結果をグラフにまとめたものに相当する。表示輝度は例えば階調閾値Ｔｈ１でそれぞれＲ，Ｇ，Ｂ＝（２００ｃｄ／ｍ２，７００ｃｄ／ｍ２，１００ｃｄ／ｍ２）となる。また、これらの足し合わせにより、階調閾値Ｔｈ１で１，０００ｃｄ／ｍ２の白色を表示出来る。階調閾値Ｔｈ１を超えて階調閾値Ｔｈ２までは、ＲＢのみ図１２のグラフで示したように、バックライト輝度の変調により表示輝度が上がり、階調閾値Ｔｈ２の時にＲ，Ｂ＝（４００ｃｄ／ｍ２，２００ｃｄ／ｍ２）となる。

以上の説明により、一定以上の輝度においてバックライトユニット１０７の色を可変とした場合であっても、彩度が高い表示画像での最大輝度を高めることが可能であると示された。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１０１ 光源
１０５ 表示パネル
１０７ バックライトユニット
１１０ 制御基板
１１１ 画像処理部
１１２ メモリ
１１３ バックライト制御部
１１４ パネル制御部

Claims (13)

1. 第１の色、第２の色および第３の色のそれぞれに対応する副画素ごとに階調値を有する画像信号に基づいて、画像を表示する表示装置であって、
   第１の色の光、第２の色の光、第３の色の光を含む照射光を発する発光手段と、
   各副画素に対応する変調素子を備え、前記発光手段から照射された光を変調して前記画像を表示する表示手段と、
   前記画像信号の各副画素の階調値に基づいて、対応する変調素子の変調度合を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、
   階調値が階調閾値未満である前記第１の色の副画素、前記第２の色の副画素、および前記第３の色の副画素のそれぞれに対応する変調素子の変調度合を、当該副画素の階調値に応じて制御し、
   階調値が階調閾値以上である前記第１の色の副画素に対応する変調素子の変調度合を当該副画素の階調値によらず所定の変調度合で制御し、
   階調値が階調閾値以上である前記第２の色の副画素および第３の色の副画素のうちの少なくとも一方の副画素に対応する変調素子の変調度合を当該副画素の階調値に応じて制御することを特徴とする表示装置。
2. 各副画素の階調値が前記階調閾値である場合、前記表示手段が表示する前記画像の色は、前記照射光の色と異なることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記照射光の色は、白色よりも前記第２の色及び前記第３の色の光の輝度比率が高いことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の表示装置。
4. 前記表示手段は、前記照射光を透過して前記画像を表示するものであり、
   前記変調素子は、対応する副画素の色に対応する色の光を透過する透過素子であり、
   前記変調度合は、前記変調素子の光の透過率であり、
   前記制御手段は、各副画素の階調値に基づいて、対応する変調素子が備える透過素子の透過率を制御することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の表示装置。
5. 階調値が前記階調閾値である前記第１の色の副画素に対応する変調素子の透過率は、階調値が前記階調閾値である前記第２の色の副画素および前記第３の色の副画素に対応する変調素子の透過率よりも高いことを特徴とする請求項４に記載の表示装置。
6. 前記表示手段は、前記照射光を反射して前記画像を表示するものであり、
   前記変調素子は、対応する副画素の色に対応する色の光を反射する反射素子であり、
   前記変調度合は、前記変調素子の光の反射率であり、
   前記制御手段は、各副画素の階調値に基づいて、対応する変調素子の反射率を制御することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の表示装置。
7. 前記照射光は白色であり、
   前記表示手段の各変調素子の変調度合を最大とした場合の前記画像の色は、白色よりも、前記第２の色および前記第３の色の赤色と青色の比率が高いことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の示装置。
8. 前記発光手段は、個別に照射光の輝度を制御可能な複数の発光ブロックを備え、
   各発光ブロックの照射光の輝度を、対応する前記画像信号の部分に含まれる副画素の階調値に応じて制御する発光制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の表示装置。
9. 前記発光制御手段は、
   対応する前記画像信号の部分に含まれる副画素の階調値の最大値が前記階調閾値より小さい場合に、各発光ブロックの輝度を前記階調値の最大値に応じた輝度で制御し、
   対応する前記画像信号の部分に含まれる副画素の階調値の最大値が前記階調閾値以上である場合に、各発光ブロックの輝度を所定の輝度で制御することを特徴とする請求項８に記載の表示装置。
10. 第１の色、第２の色および第３の色のそれぞれに対応する副画素ごとに階調値を有する画像信号に基づいて、画像を表示する表示装置であって、
    第１の色の光、第２の色の光、第３の色の光を含む照射光を発する発光手段と、
    各副画素に対応する変調素子を備え、前記発光手段から照射された光を変調して前記画像を表示する表示手段と、
    前記画像信号の各副画素の階調値に基づいて、対応する変調素子の変調度合を制御する変調制御手段と、
    前記画像信号の各副画素の階調値に基づいて、前記発光手段の照射光の輝度および色を制御する発光制御手段と、
    を備え、
    前記発光制御手段は、
    前記画像信号の副画素のうち、少なくとも１つの副画素の階調値が前記階調閾値以上である場合に、前記照射光のうち前記第２の色の光および前記第３の色の光の発光輝度比率が、そうでない場合よりも高くなるように制御することを特徴とする表示装置。
11. 前記第１の色は、緑色であり、
    前記第２の色は、赤色であり、
    前記第３の色は、青色である
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の表示装置。
12. 前記第１の色の光は、４００ｎｍ以上５００ｎｍ未満の範囲に波長のピークを有する光であり、
    前記第２の色の光は、５００ｎｍ以上６００ｎｍ未満の範囲に波長のピークを有する光であり、
    前記第３の色の光は、６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲に波長のピークを有する光である
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の表示装置。
13. 前記発光手段は、
    前記第１の色の光を発する第１ＬＥＤと、
    前記第２の色の光を発する第２ＬＥＤと、
    前記第３の色の光を発する第３ＬＥＤと、を有することを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の表示装置。

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