JP5401827B2 - 表示装置、表示装置の駆動方法および電子機器 - Google Patents
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Description
図1は、本発明による表示装置の構成の一例を示すシステムブロック図である。本発明による表示装置は、光源の光を利用しこの光を変調して画像表示を行う型式の表示装置である。ここでは、当該表示装置として、例えば、それ自身が発光しない液晶素子を変調素子として用いる液晶表示装置を例に挙げて説明するものとする。
図2は、液晶パネル20の構成の一例を示す概略構成図である。図2に示すように、本例に係る液晶パネル20は、透明な2枚の基板(図示せず)が対向して配置され、これら2枚の基板間に液晶材料が封入されて液晶層を形成したパネル構造となっている。この液晶パネル20は、画素21が行列状に2次元配置された画素アレイ部22、垂直駆動回路23、水平駆動回路24およびプリチャージ回路25を有する構成となっている。なお、液晶パネル20は、カラーフィルタを持たないモノクロの表示パネルとなっている。
画素21は、例えば薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor;TFT)からなる画素トランジスタ211と液晶素子(液晶容量)212と保持容量213とを有する構成となっている。画素トランジスタ211は、ゲート電極が走査線221−1,221−2,221−3に接続され、ソース電極が信号線222−1,222−2,222−3に接続されている。
垂直駆動回路23は、例えば、画素アレイ部22の行数(本例では、3行)に対応した段数のシフトレジスタや出力回路などによって構成され、各出力端から走査パルスを順次出力する。垂直駆動回路23の各出力端には、走査線221−1,221−2,221−3の各一端がそれぞれ接続されている。
水平駆動回路24は、例えば、画素アレイ部22の列数(本例では、3列)に対応した段数のシフトレジスタ241とアナログスイッチ(以下、「水平スイッチ」と記述する)HSW1〜HSW3を有する構成となっている。
プリチャージ回路25は、信号線222−1,222−2,222−3に対応して設けられたアナログスイッチ(以下、「プリチャージスイッチ」と記述する)PSW1〜PSW3によって構成されている。そして、プリチャージ回路25は、水平駆動回路24による信号線222−1,222−2,222−3への映像信号Vsigの書き込みに先立って、所定レベルのプリチャージ信号Psigを信号線222−1,222−2,222−3に書き込む。具体的には、映像信号Vsigの書き込み期間以外の期間、例えば水平ブランキング期間においてプリチャージ制御パルスPCGによる制御によってプリチャージ信号Psigを信号線222−1,222−2,222−3に供給する。
図3は、光源部30の構成の一例を示す発光面側から見た概略斜視図である。光源部30は、液晶パネル20の背面側に配置されて当該液晶パネル20を照射するバックライトである。光源部30は、発光素子(光源)として例えばLED(Light Emitting Diode;発光ダイオード)を用いている。ただし、発光素子としてはLEDに限られるものではない。
図1に説明を戻す。表示制御部40には、例えばR,G,Bの画像信号が入力されるものとする。表示制御部40は、R,G,Bの各画像信号に対する各種の信号処理を行うとともに、液晶パネル20に対する表示駆動および光源部30に対する点灯駆動の制御を行う。そして、本実施形態に係る表示制御部40は、液晶パネル20および光源部30の駆動方式として、1フレーム内で同一画素を少なくともRGBを含む3色以上の単位色にて時分割発光させることによってカラー表示を行うフィールドシーケンシャル方式を採用している。
光検知部50は、光源部30の光源31(LED31R,31G,31B)の点灯量/発光量(輝度)を検出する。
図1に示すように、光源駆動部60は、A/D(アナログ/デジタル)変換部61、色度・輝度データ検出部62、定電流回路部63R,63G,63B、駆動回路部64R,64G,64BおよびD/A(デジタル/アナログ)を有する構成となっている。この光源駆動部60は、パルス状のPWM(Pulse Width Modulation;パルス幅変調)信号をLED駆動信号として用いて、各色のLED21R,21G,21BをPWM制御により発光制御する。
ここで、光源部30を部分発光領域32ごとに独立して発光駆動する部分駆動化した場合の従来のフィールドシーケンシャル方式について図4を用いて考察する。ここでは、光源部30をRGBの単位色で、例えば120Hzの駆動周波数にて時分割発光させる場合を例に挙げて説明する。
このフィールドシーケンシャル方式での色割れの発生をより確実に防止できるようにしたのが本発明である。以下に、本発明の一実施形態について説明する。
(1) 白色混在部分(RGBが全部点灯しているブロック)
(2) 補色の部分(RGBのうちいずれか2色点灯しているブロック)
(3) 原色の部分(RGBのうちいずれか1色のみ点灯しているブロック)
これら3つの部分の処理について以下に説明する。
白色混在部分については、同一空間内の自分のブロックの別フィールド時間の同一ブロックの他色と自分色との点灯量を合計し、それをRGBが全て同一時間に点灯しているブロックとみなし、基準白色成分と色構成成分とを比較する。基準白色成分については後述する。次に、自分自身のフィールドの基準色以外の他色を含む白色を時間軸に分散する再配分処理を実施する。
補色の部分とは、自分自身のブロックでのRGBの点灯状態が殆ど2色の合成で構成される補色(RGB色度図における色域三角形の辺上や及びやや内側)とみなせる状態の部分である。この補色の部分については、基準白色を構成するRGB比(混合比)から、補色になる所定の一色を消灯して得られる補色を基準補色として用い、この基準補色を下記のクロストーク条件例に応じてフィールド間に比率分配する。その目的は、補色表示部分の色割れ現象を最小化することにある。
原則、表示画像の原色の部分については、ベースとなるそれ専用の色(原色)を主として表示するフィールドを設定し、当該フィールドでその原色光を発光させる。ただし、以下の条件(1)〜(4)のうち、(1)の条件が整った場合は、原則を適用せず、フィールド間に点灯量を分配させる。以下、自分色をR、他色をGBと仮定して説明する。
隣接ブロックの自分色(R)の点灯量が小(所定量よりも少ない)で且つ他色(GB)の点灯量が小
→ この(R)原色部は独立点灯他色(GB)のフィールドに移動もしくは分散可能
・条件(2)
隣接ブロックの自分色(R)の点灯量が大(所定量よりも多い)で且つ他色(GB)の点灯量が小
→ この原色部は自色のフィールドで表示
(そのまま原色ベースのフィールドで点灯する)
・条件(3)
隣接ブロックの自分色(R)点灯量が小で且つ他色(GB)の点灯量が大
→ この原色部は自色のフィールドで表示
(そのまま原色ベースのフィールドで点灯する)
・条件(4)
隣接ブロックの自分色(R)の点灯量が大で且つ他色(GB)の点灯量が大
→ この原色部は自色のフィールドで表示
(そのまま原色ベースのフィールドで点灯する)(補色隣接)
次に、後述する本実施形態に係る表示駆動で用いる基準白色成分・白色差分・基準補色成分・補色差分について定義する。
基準となる白色色温度(いわゆるホワイトバランスの色温度など)に設定したときの光源31の白色をW(ref)とし、基準白色W(ref)と定義する。また、基準白色W(ref)は以下の説明においては、
W(ref)=(1・R)+(1・G)+(1・B) ……式(1)
で示されると考える。式(1)において、R,G,Bはそれぞれ、R,G,Bの強度(点灯量/光量)を表すとする。
続いて、本願の概念に重要な白色差分という量を定義する。白色差分とは、ホワイトバランスとして調整された基準白色からの表示色の基準色の相違レベルのことである。ここで、画面上の水平面内で、n×m画素を抽出したエリアのRGB各々の自他の発光および信号レベル構成比を例として、白色差分という量を以下に説明する。
W(k,j)=α(aR+bG+cB) ……式(2)
で表わされたとする。W(k,j)の(k,j)は、例えば、液晶パネル20内の水平の画素の位置k、垂直画素の位置jなどの座標を示す。そればかりでなく、(k,j)を分割された光源部30のある1ブロック(部分発光領域32)の座標値(画素相当)とみなしても良い。
ΔW(ref)=W(k,j)−k・W(ref) ……式(3)
として表すものとする。ここで、kは係数である。
W(k,j)=α(cR+cG+cB)
+α[(a−c)R+(b−c)G+(c−c)B] ……式(4)
で表される。そして、(c−c)Bの項が消えて、
W(k,j)=α[cW(ref)
+(a−c)R+(b−c)G] ……式(5)
となる。これは、色度値W(k,j)が、光源の白色の成分に、RとGの成分をそれぞれ(a−c)倍分と(b−c)倍分足したものに相当する。
また、基準白色W(ref)から一色欠落した補色を基準補色P(ref)と定義し、一色欠落した補色系の色をP(k,j)と定義する。そして、一色不足した色に対して成分比抽出し、白色差分ΔW(ref)と同様に補色差分ΔP(ref)を抽出するものとする。これら、基準白色W(ref)と基準補色P(ref)に比例した点灯量は、後述するアルゴリズムによって各フィールドに分配点灯されることになる。
上記では、加法混色の例として、画面上の水平面内で、m画素×n画素にて区画された領域c1(図6参照)の空間混色の場合を例とし、白色差分ΔW(ref)を定義した場合として説明した。
次に、時間軸方向に色光を分解して合成される時間加法混色の場合についても白色差分ΔW(ref)は表現できることを説明する。
W(k,j)=α(aR+b”0”+c”0”) ……式(6)
であり、G=B=0である。
W(k,j)=α(a”0”+bG+c”0”) ……式(7)
であり、R=B=0である。また、時刻t3においては、B表示のBフィールド画面であるため、色度値W(k,j)は、
W(k,j)=α(a”0”+b”0”+cG) ……式(8)
であり、
R=G=0である。
これにより、全て積分されると(R,G,B)は、余分な成分を持つ(R+R2+R3,G+G1+G3,B+B1+B2)となる。すなわち、(R2+R3,G1+G3,B1+B2)の成分が増加混入したものであって、式(10)−式(9)=W(add)となることが自明である。
次に、本発明の最大の特徴である時間空間混在の表示について述べる。以上では、任意のあるフレーム上の静止画表示で同一画像平面内での白色差分を定義したが、同様に、この場合も、あるフレーム画像をn枚(nは3以上の整数)の単位色のフィールド画面に分解した場合を例として説明する。
W(k,j)=α[cW(ref)+(a−c)R+(b−c)G]……式(11)
となる。よって、基準白色W(ref)は、
図14(A)に示すように、所定の強度のRGBの各色が同一時間、同一画面で加法混合されることで肌色が得られる。図14(A)において、rgbは、ベースの色温度の白色を得るためのRGB比である。この加法混色によって得られる肌色は、図14(B)に示すように、最も発光レベル(強度)の低い色に、ホワイトバランスのレベル比を一定にした(1)基準白色W(ref)の発光と(2)余剰成分R1,G1の発光との合成で表わされる。
図17(A)に示すように、所定の強度のRBの各色が同一時間、同一画面で加法混合されることで、マゼンタ(Mg)系の補色主体色が得られる。図17(A)において、rgbは、ベースの色温度の白色を得るためのRGB比である。この加法混色によって得られるマゼンタ系補色主体色は、図17(B)に示すように、最も発光レベルの低い色に、ホワイトバランスのレベル比を一定にした(1)基準補色Mg(ref)の発光と(2)余剰成分R1,G1の発光との合成で表わされる。
図20(A)に示すように、所定の強度のRGBの各色が同一時間、同一画面で加法混合されることで、マゼンタ(Mg)系の補色主体色に緑が少々混合された色が得られる。図20(B)において、rgbは、ベースの色温度の白色を得るためのRGB比である。Gのレベルが極端に小さいが0ではない。
色割れを最小化するためには、原色以外の混色はなるべく同一時間に画像空間内で処理すれば良い。このためには、空間分割が必要であるため、光源部(バックライト)30を使って空間分割をするのが本発明の主旨である。しかし、バックライトは液晶パネル20に比較して非常に分割数が粗いため解像度が低い。画素が粗いのでそのまま単独でディスプレイとしての表示品位までは持たない。
β ∝ G(白色差分が低い)且つ(色のフレーム間相関が高い)
という条件の場合に大きくなる関数値とすることが出来る。
続いて、以上説明した本発明の概念を具現化するための具体的な実施例について説明する。この実施例に係る表示パネル20および光源部(バックライト)30の駆動制御は、図1の表示制御部40、特に演算アルゴリズム回路41による制御の下に実行されることになる。
図24は、ステップS1の具体的な処理の一例、即ちバックライト表示色の白色度・補色度判断・仕分けの処理の一例を示すフローチャートである。
次に、ステップS17の具体的な処理の一例、即ち白色の時間空間処理の一例について図27の説明図を参照しつつ、図28のフローチャートに沿って説明する。図27の説明図では、図面の簡略化のために、バックライトの分割ブロック数を3×4としている。
続いて、ステップS21の具体的な処理の一例、即ち補色の時間空間処理の一例について図29の説明図を参照しつつ、図30のフローチャートに沿って説明する。図29の説明図でも、バックライトの分割ブロック数を3×4としている。
以上説明したように、全ての色を例えばRGBの合成で表わすのではなく、全ての色を「基準白色成分」と「補色成分」と「原色成分」の3要素に分解し、白色成分または補色成分をフィールド方向に均等分配を原則として振り分ける、即ち分配する。より具体的には、RGB比(RGBの配合比/混合比)で決まる色の中から白色成分または補色成分を抜き出し、当該白色成分または補色成分を各フィールドに均等配分する手法を採る。
・補色表示量を各フィールドに振り分ける場合
図31に示すように、合成フレーム画像S1として、グレー背景に文字“A”を赤で、文字“B”を緑で、文字“C”を青で、文字“D”をイエローで、文字“E”をマゼンタで、文字“F”をシアンでそれぞれ表示する場合を例に挙げる。
ここでも、図32に示すように、合成フレーム画像S1として、グレー背景に文字“A”を赤で、文字“B”を緑で、文字“C”を青で、文字“D”をイエローで、文字“E”をマゼンタで、文字“F”をシアンでそれぞれ表示する場合を例に挙げる。
なお、上記実施形態では、光源の光を変調して画像表示を行う変調素子として液晶素子わ用いた液晶表示装置に適用した場合を例に挙げたが、本発明は液晶表示装置への適用に限られるものではなく、光源の光を利用しこの光を変調して画像表示を行う表示装置全般に適用可能である。
以上説明した本発明による表示装置は、電子機器に入力された映像信号、若しくは、電子機器内で生成した映像信号を、画像若しくは映像として表示するあらゆる分野の電子機器の表示装置に適用することが可能である。一例として、図33や図34に示す様々な電子機器、例えば、テレビジョンセットやノート型パーソナルコンピュータなどの表示装置に適用することが可能である。
Claims (7)
- 光の三原色を含む複数の発光色にて発光する光源が平面状に複数配置された光源部と、
前記光源部からの光を変調して白黒にて画像表示を行う表示部と、
1フレーム内で前記光源の発光色をフィールドごとに切り換えることによってカラー表示を行うフィールドシーケンシャル方式にて前記光源部と前記表示部とを駆動する表示制御部とを備え、
前記光源部は、前記光源が配置されてなる発光領域が複数の部分発光領域に分割されており、
前記表示制御部は、
表示するカラー画像信号の前記複数の発光色ごとの画像信号により前記表示制御部が決める、前記部分発光領域内の前記光源の前記複数の発光色個々の点灯量を基に、前記点灯量と基準白色に基づいた点灯量からの余剰点灯量である前記光源の白色度、または前記点灯量と基準補色に基づいた点灯量からの余剰点灯量である前記光源の補色度を判断する判断手段と、
前記判断手段の判断結果を基に前記複数の発光色の混合比で決まる色の白色成分または補色成分を設定する設定手段と、
前記設定手段で設定された前記白色成分または前記補色成分を各フィールドに分配することにより、前記各フィールドにおける前記部分発光領域内の前記光源の前記複数の発光色個々の点灯量を制御する分配手段とを有し、
前記表示制御部は、表示画像の原色の部分について当該原色を主として表示するフィールドを設定し、当該フィールドでその原色光を発光させ、制御対象の前記部分発光領域に隣接する部分発光領域の前記原色の点灯量が所定値よりも小さく且つ他の原色の点灯量が所定値よりも小さいとき、フィールド間に前記原色の点灯量を分配する、
表示装置。 - 前記判断手段は、前記部分発光領域内の前記複数の発光色個々の点灯量のうち一番低い点灯量の発光色を基準とする前記基準白色を基に前記光源の白色度を判断し、前記部分発光領域内の前記複数の発光色個々の点灯量のうち点灯量が0である発光色が存在する場合は、次いで低い点灯量を有する発光色を基準とする前記基準補色を基に前記光源の補色度を判断する
請求項1記載の表示装置。 - 前記表示制御部は、前記白色成分または前記補色成分の各フィールドへの配分に当たって、前記光源部を前記部分発光領域単位で部分駆動する
請求項1または2記載の表示装置。 - 前記表示制御部は、前記複数の発光色がいずれも点灯している前記部分発光領域については、前記基準白色を各フィールドに分配する
請求項3記載の表示装置。 - 前記表示制御部は、前記基準白色を構成する前記複数の発光色から、所定の一色を消灯させて得られる補色を前記基準補色とする
請求項3記載の表示装置。 - 光の三原色を含む複数の発光色にて発光する光源が平面状に複数配置された光源部と、
前記光源部からの光を変調して白黒にて画像表示を行う表示部と
を備える表示装置を、1フレーム内で前記光源の発光色をフィールドごとに切り換えることによってカラー表示を行うフィールドシーケンシャル方式にて駆動するに当たって、
前記光源部は、前記光源が配置されてなる発光領域が複数の部分発光領域に分割されており、
表示するカラー画像信号の前記複数の発光色ごとの画像信号により決められた前記部分発光領域内の前記光源の前記複数の発光色個々の点灯量を基に、前記点灯量と基準白色に基づいた点灯量からの余剰点灯量である前記光源の白色度、または前記点灯量と基準補色に基づいた点灯量からの余剰点灯量である前記光源の補色度を判断し、
この判断結果を基に前記複数の発光色の混合比で決まる色の白色成分または補色成分を設定し、
この設定した白色成分または補色成分を各フィールドに分配することにより、前記各フィールドにおける前記部分発光領域内の前記光源の前記複数の発光色個々の点灯量を制御し、
表示画像の原色の部分について当該原色を主として表示するフィールドを設定し、当該フィールドでその原色光を発光させ、制御対象の前記部分発光領域に隣接する部分発光領域の前記原色の点灯量が所定値よりも小さく且つ他の原色の点灯量が所定値よりも小さいとき、フィールド間に前記原色の点灯量を分配する、
表示装置の駆動方法。 - 光の三原色を含む複数の発光色にて発光する光源が平面状に複数配置された光源部と、
前記光源部からの光を変調して白黒にて画像表示を行う表示部と、
1フレーム内で前記光源の発光色をフィールドごとに切り換えることによってカラー表示を行うフィールドシーケンシャル方式にて前記光源部と前記表示部とを駆動する表示制御部とを備え、
前記光源部は、前記光源が配置されてなる発光領域が複数の部分発光領域に分割されており、
前記表示制御部は、
表示するカラー画像信号の前記複数の発光色ごとの画像信号により前記表示制御部が決める、前記光源の前記複数の発光色個々の点灯量を基に、前記点灯量と基準白色に基づいた点灯量からの余剰点灯量である前記光源の白色度、または前記点灯量と基準補色に基づいた点灯量からの余剰点灯量である補色度を判断する判断手段と、
前記判断手段の判断結果を基に前記複数の発光色の混合比で決まる色の白色成分または補色成分を設定する設定手段と、
前記設定手段で設定された前記白色成分または前記補色成分を各フィールドに分配することにより、前記各フィールドにおける前記部分発光領域内の前記光源の前記複数の発光色個々の点灯量を制御する分配手段とを有し、
前記表示制御部は、表示画像の原色の部分について当該原色を主として表示するフィールドを設定し、当該フィールドでその原色光を発光させ、制御対象の前記部分発光領域に隣接する部分発光領域の前記原色の点灯量が所定値よりも小さく且つ他の原色の点灯量が所定値よりも小さいとき、フィールド間に前記原色の点灯量を分配する、
表示装置を具備する電子機器。
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