控制信号生成电路、视频显示装置及控制信号生成方法
【专利说明】控制信号生成电路、视频显示装置及控制信号生成方法
[0001]相关串请的交叉引用
[0002]本申请基于并要求2014年5月27日提交的日本专利申请N0.2014-108654和2015年2月24日提交的日本专利申请N0.2015-034452的优先权，这些日本专利申请的全文通过引用并入本文。
技术领域
[0003]本发明涉及基于视频信号的控制技术，更具体地，本发明涉及通过执行根据从外部输入的视频信号的信号处理来控制亮度的控制信号生成电路、视频显示装置、控制信号生成方法。
【背景技术】
[0004]近年来，关于薄型显示装置中消耗的电力，通过采用LED作为背光源(B/L)等实现低功耗。然而，在这种薄型显示装置中，背光源在总功耗中所占的功耗比例依然很大。因此，对于背光源始终点亮进行使用的液晶，采用根据所输入的视频信号控制背光源的亮度(B/L亮度)来降低装置整体的功耗的技术。
[0005]另外，还已知将上述的亮度控制技术应用于RGBW型液晶显示装置(后文也称作RGBW产品)的结构，在RGBW型液晶显示装置中，一个像素由将W(白色)追加到子像素R(红色)、G(绿色)、以及B(蓝色)所得到的四个子像素构成(以下，各子像素R、G、B和W简单表示为R、G、B和W)。
[0006]即，还存在这样的技术，通过将为了提高亮度而将W追加到R、G和B的RGBW型液晶显示装置涉及的技术与控制背光源的亮度的技术结合构成RGBW型显示装置，并通过将W的追加所提高的亮度量分配给背光源的亮度减小量，来减小背光源的功耗。
[0007]在此，将具体地说明RGBW型液晶显示装置的面板特性。
[0008]当在展现W的最大白色亮度和由RGB产生的最大白色亮度的比率为1:1的面板特性的RGBW型液晶显示面板中进行全白显示时，简单认为其亮度是仅使用RGB的情况的亮度的两倍。
[0009]但是，当将其与相同尺寸和相同分辨率的RGB产品(一个像素由三个子像素R、G和B构成且不包括W子像素的显示面板)进行比较时，由于由三个子像素R、G和B构成一个像素的结构变化为由四个子像素R、G、B和W构成一个像素的结构，因此在RGWB产品中被其他的子像素占据的面积减小追加的W的量，因此每个子像素的面积减小到大约3/4。
[0010]另外，在实际中，由于还存在用于驱动像素的面板内配线等的面积，因此每个子像素的面积通常变得小于3/4。因此，严格来说，需要考虑使来自背光源的光能够透过的开口面积的比率。
[0011 ] 假设构成RGB产品的各像素的三个子像素的开口面积相同并且构成RGBW产品的各像素的四个子像素的开口面积相同，将RGBW产品的子像素的开口的面积与RGB产品的子像素的开口的面积的比率计算为Y，由此获得严格的值。但是，为了方便，在此将比率设为3/4( = 0.75)进行说明。下面将说明“Y”的计算方法和包括该方法的处理。
[0012]如上所述假设产品具有相同尺寸和相同分辨率，RGBW的亮度相对于RGB产品的亮度的比率在全白显示时从“W的白色+RGB的白色=0.75+0.75”变为1.5，并且在原色显示(仅R，仅G，或仅B)成为0.75。
[0013]如上所述，当在RGBW产品中进行全白显示时，相对于RGB产品的亮度，增加50 %的亮度。当进行原色显示时，相对于RGB产品，下降25 %的亮度。
[0014]因此，例如，在像全白显示那样亮度增加的图像的情况下，B/L亮度能够从原亮度(1.5X0.666 ^ 1)的100%减小亮度的增量50%变为66.6%。S卩，通过采用控制B/L亮度的技术的RGBW型显示面板，在全白显示的情况下，能够在保持与原图像的亮度相同亮度的状态下将背光源的功耗减小大约33.3%。
[0015]以上是采用控制B/L亮度的技术的RGBW型显示面板的驱动原理的基础，其设为通过根据视频信号减小B/L亮度来减小使背光源点亮所需的电力，由此实现低功耗。
[0016]在采用这种技术的RGBW型显示装置中，采用如下方法:确定成为决定背光源的亮度减小量时的基准的像素，并与该确定出的像素的特征值相对应地减小B/L亮度。
[0017]S卩，为了确定背光源的亮度减小量，需要在图像的视频信号中确定成为特征的值(特征值)。视频信号的特征值是改变背光源的亮度时参照的值，因此其对画质有很大影响。
[0018]用于确定特征值的方法和基于特征值的亮度的减小的处理方法存在各种可能的方法。例如，已知以在视频信号的一帧中W的点亮量最小的像素(W最小点亮像素)为基准，在整体上使B/L亮度减小该像素的亮度增加量，并通过灰度转换减小亮度比W最小点亮像素大的其他像素(由于将W最小点亮像素作为基准，其他像素的点亮量当然较大)，来减小B/L亮度的同时显示与原图像相同的图像。
[0019]在该例中作为基准的W最小点亮像素是在一帧中彩度最高的像素。例如，在显示原色的像素(原色像素)中W不点亮(W的点亮量是0)。因此，该像素相当于一帧中彩度最高的像素(W最小点亮像素)。另外，在全白显示中，仅存在彩度低的白色。因此，一帧中彩度最高的像素相当于各白像素。
[0020]例如，在未审查的日本专利公开2007-10753(专利文献1)中披露了下述技术内容:如上所述，将在一帧中彩度最高的像素作为基准，并根据该基准减小B/L亮度。
[0021 ] 专利文献1的RGBW型显示装置设置为通过包括背光源控制(B/L控制)的驱动来实现低功耗。该显示装置被构成为，通过进行使分配给白像素(W)的数据不会最大而各色的数据最大值变得差不多相等的转换来通过各像素的灰度转换尽可能增大灰度延伸率，由此将一个画面中的数据最大值作为背光源的功耗减小量的基准来提高使背光源的功耗减小的效果。
[0022]另外，关于提高使背光源的功耗减小的效果的方法，还可考虑计算一帧中的全体像素(整个画面)的彩度的平均值并将该平均值作为基准来确定B/L亮度的减小量的方法。通过该方法，在几乎全白(白色彩度低)占据一帧的白色画面上部分地显示原色的画面的情况下，整个画面的彩度的平均值变低。因此，亮度放大率变大，因此可增大B/L亮度的减小量。
[0023]作为与RGBW型显示装置相关的其它技术文献，例如，已知下述的专利文献2至4。
[0024]日本未审查专利公开2008-131349(专利文献2)中披露的显示装置采用以下结构:通过使用仅对与待输入的图像数据内的RGB相对应的数据进行彩度扩张(不扩张W值)并通过扩张后的亮度值调整W值的技术，来防止以高亮度被追加W的颜色(黄色等)变得过白。在此为了颜色的转换使用LUT(3DLUT)。
[0025]日本未审查的专利公开2009-210924(专利文献3)披露了作为在采用B/L控制的显示装置中使用的技术的对待输入的RGB信号的彩度/亮度减小处理。具体而言，是以下的技术:通过进行在仅减小彩度能够获得小于或等于期望的背光源值的情况下仅减小彩度、而在仅减小彩度不能获得小于或等于期望的背光源值的情况下将亮度值减小并且彩度减小到0的处理，减小背光源值。
[0026]日本未审查的专利公开2009-217052(专利文献4)披露了采用对所输入的RGB信号进行彩度减小处理并进行减小、增加或不改变亮度的处理的技术的RGBW型显示装置。采用B/L控制的显示装置为了更可靠地减小背光源值，采用通过亮度调整参数的指定来调整彩度和亮度的改变程度的结构。
[0027]然而，在专利文献1中披露的技术那样的根据一个画面中的彩度的最大值来确定成为背光源的功耗减小量的基准的像素的结构的情况下，例如，当整体上彩度为中彩度的画面中即使存在一个高彩度和高灰度(例如，原色)的像素时，不能减小背光源的功耗。
[0028]即，如上所述，当米用将视频?目号的一帧中W的点壳量最小的像素(W最小点壳像素)作为基准来减小B/L控制的方法时，即使存在在画面中W的点亮量为0的一个像素点(W不点亮的像素)的情况下，用于补充背光源的亮度减小量的W也不点亮。因此，可能不能实现基于B/L亮度减小的功耗减小效果。
[0029]另外，将一帧中的彩度的平均值作为基准来确定B/L亮度的减小量的方法具有在画质中容易产生不适感的问题。例如，当在全白背景中部分地显示原色时，几乎全白(白色的彩度低)所占据的画面全体的彩度的平均值是非常小的值。因此，虽然能够增大背光源的亮度减小量，但原色显示部的颜色的灰暗感增加。因此，相对于原图像产生画质的不适感。
[0030]当在全白色显示部中W的点亮量增大并且在原色显示部中W的点亮量变为“0” (W不点亮)时，引起这种灰暗感。
[0031]S卩，对于高亮度的显示部包围原色显示部的周围的状态下的图像，人眼识别到原色显示部的亮度比本来的亮度更暗(同时对比效果)。其结果，在原色显示部的颜色中感觉到的这种灰暗感增大。
[0032]如上所述，在RGBW驱动中，当尝试增大背光源的功耗减小效果时，在画质中可能感觉到不适感。然而，当尝试抑制画质的不适感时，背光源的功耗减小效果减小。
[0033]另外，专利文献2的技术当计算W值时不使用RGB的最小值，因此W过度点亮的可能性提高。因此，产生对于原图像变得发白这样的画质不适感。另外，由于未进行B/L控制，因此不能实现功耗减小效果。
[0034]在专利文献3中披露的显示装置中，当背光源值没有达到期望的减小量时，如上所述，进行将彩度强制设为“0”的处理操作。因此，针对这些原图像大幅改变各像素的色度，由此产生画质的不适感(具体地变得发白的问题)。
[0035]专利文献4的显示装置为了可靠地减小背光源值，进行减小RGB信号的彩度的处理。因此，存在对于这些原图像各像素的色度大幅变化的可能性，因此画质产生不适感。
[0036]日本未审查的专利公开2009-47775(专利文献5)的显示装置为了减小背光源的电力，通过忽视输入图像数据的RGB信号的高灰度侧进行减小彩度的处理。因此，相对于这些原图像，各像素的色度改变，因此画质可能产生不适感。
[0037]本发明旨在改善上述相关技术的缺点。更具体地，本发明的示例性目的是提供根据视频信号通过背光源的亮度控制减小功耗并保持原图像的画质、同时尽可能减小不适感的控制信号生成电路、视频显示装置、以及控制信号生成方法。
【发明内容】
[0038]为了实现上述目的，根据本发明的控制信号生成电路采用如下结构，其包括:第一电路单元，其根据所输入的视频信号，控制配置有通过包括白色子像素而构成的多个像素的显示面板的各像素的点亮量；以及第二电路单元，其控制从背面照亮所述显示面板的背光源的亮度，其中:所述第二电路单元包括:各像素彩度计算电路，其计算各像素的彩度值；特征值/亮度减小量计算电路，其通过使用各像素的彩度值来计算一帧中的彩度特征值，并基于此计算背光源的亮度减小量；PWM信号生成电路，其基于背光源的亮度减小量来生成用于控制背光源亮度的信号，并将该产生的信号向背光源发送；以及各像素亮度增加率计算电路，其通过使用各像素的彩度值和彩度特征值来计算各像素的亮度增加率，其中:所述第一电路单元包括:彩度补充电路，其根据白色子像素的点亮量补充各像素的彩度；以及各像素亮度减小电路，其根据亮度增加率进行各像素的亮度减小处理。
[0039]另外，根据本发明的视频显示装置采用如下结构，其包括:配备有通过包括白色子像素而构成的多个像素的显示面板；从背面照亮所述显示面板的背光源；以及所述控制信号生成电路，其包括根据所输入的视频信号控制所述显示面板的各像素的点亮量的第一电路单元、以及控制所述背光源的亮度的第二电路单元。
[0040]另外，根据本发明的控制信号生成方法是通过使用控制信号生成电路实现的控制信号生成生成方法，所述控制信号生成电路包括:第一电路单元，其根据输入的视频信号控制配置有包括白色子像素而构成的多个像素的显示面板的各像素的点亮量；以及第二电路单元，其控制从背面照亮所述显示面板的背光源的亮度，其中，所述第一电路单元根据所述白色子像素的点亮量补充所述各像素的彩度；所述第二电路单元计算各像素的彩度值；所述第二电路单元通过使用各像素的彩度值来计算一帧中的彩度特征值；所述第二电路单元基于该彩度特征值计算背光源的亮度减小量；所述第二电路单元基于该背光源的亮度减小量生成用于控制所述背光源的亮度的信号，并将所产生的信号向所述背光源发送；所述第二电路单元通过使用所述各像素的彩度值和所述彩度特征值计算各像素的亮度增加率；所述第一电路单元根据所述亮度增加率进行各像素的亮度减小处理。
[0041]本发明能够提供特别是能够通过根据视频信号进行背光源的亮度控制来减小功耗并且能够使画质的不适感最小化的控制信号生成电路、视频显示装置、以及控制信号生成方法。
【附图说明】
[0042]图1是表示根据本发明的第一示例性实施方式的控制信号生成电路(彩度特征值/亮度减小量计算电路的外围电路的例子)的框图；
[0043]图2是表示对图1中披露的控制信号生成电路设置的彩度特征值/亮度减小量计算电路的具体结构的框图；
[0044]图3是表示包括图1所披露的控制信号生成电路的根据本发明的第一示例性实施方式的视频显示装置的框图；
[0045]图4是表示在本发明的第一示例性实施方式中进行的PWM值控制涉及的、彩度特征值与PWM值之间的关系的例子的图；
[0046]图5是表示根据白色显示部与原色显示部之间的亮度比率的关系对图像产生的影响的例子的参考图；
[0047]图6是表不在白色显不部与原色显不部之间的壳度比率的关系中提尚白色壳度的情况的柱状图；
[0048]图7是表不在白色显不部与原色显不部之间的壳度比率的关系中不提尚白色壳度的情况的柱状图；
[0049]图8是表示根据本发明的第一示例性实施方式的、用于计算彩度特征值的各种假想画面和各种设定的示例的表；
[0050]图9是表示通过图1所示的控制信号生成电路进行的操作的例子的流程图；
[0051]图10是表示通过图2中披露的总像素彩度最大值计算部进行的一帧中的彩度最大值的计算操作的例子的流程图；
[0052]图11是表示通过图2中披露的彩度特征值/亮度减小量计算电路部的各构成部件进行的操作的流程图；
[0053]图12是表示在本发明的第二示例性实施方式中进行的PWM值控制涉及的、彩度特征值与PWM值之间的关系的例子的图；
[0054]图13是表示根据本发明的第二示例性实施方式的、用于计算彩度特征值的各种假想画面和各种设定的例子的表；
[0055]图14是表示根据本发明的第三示例性实施方式的控制信号生成电路的框图；
[0056]图15是表示对图14中所示的控制信号生成电路设置的彩度特征值/亮度减小量计算电路部的具体结构的框图；
[0057]图16表示根据本发明的第四示例性实施方式的系数α计算部的外围电路的例子;
[0058]图17是表示根据本发明的第四示例性实施方式的彩度特征值/亮度减小量计算电路的外围电路的例子的框图；
[0059]图18是根据本发明的第六示例性实施方式的系数α计算部的外围电路的例子；
[0060]图19是表示根据本发明的第六示例性实施方式的彩度特征值/亮度减小量计算电路的外围电路的例子的框图；
[0061]图20是根据本发明的第七示例性实施方式的各像素彩度计算电路部的例子；
[0062]图21表示通过各像素的输入亮度信号(RL、GL、BL)和式4计算出的彩度的例子；
[0063]图22A-22C表示表3中所示的亮度信号的假定图像的例子，其中图22Α是假定为原色的全面画面，图22Β是假定为包含大量低灰度噪声的图；图22C是假定为在灰度差小的全面画面背景上部分地显示半色调的画面的图；
[0064]图23表示通过各像素的所输入的亮度信号(RL，GL，BL)和式26计算出的像素的彩度的例子；
[0065]图24是根据本发明的第八示例性实施方式的各像素彩度计算电路部的例子；以及
[0066]图25是根据本发明的第八示例性实施方式的彩度减小量计算电路部的操作的例子。
【具体实施方式】
[0067](第一实施方式)
[0068]参照图1至图10对根据本发明的控制信号生成电路(视频信号处理电路)和视频显示装置的第一示例性实施方式进行说明。
[0069]第一示例性实施方式的控制信号生成电路被构成为:通过进行当显示在白色画面的一部分上部分地显示原色的图像时，进行控制以便尽可能抑制由白色亮度和原色亮度之间的比率产生的画质的不适感，当显示其他图像时通过W来有效地进行亮度放大控制的特征处理，来根据白色亮度的增加来有效地减小背光源的功耗，并提高整个视频显示装置的功耗的减小效果。
[0070]作为确定与RGBW型显示装置中W的追加相关的背光源亮度减小量的方法，存在通过考虑对于每一像素而言一帧中的W的点亮量不同而将特定的像素确定为基准的方法。例如，已知将视频信号的一帧中W的点亮量最小的像素(W最小点亮像素)作为基准来确定背光源的亮度减小量的方法。
[0071]但是，与W最小点亮像素的点亮量相比，其他像素的W的点亮量当然更大。因此，如果将W最小点亮像素作为基准来均匀确定亮度减小量，则可能存在与原图像相比过亮的像素。为了避免由于这种像素的存在所产生的画质不适感，需要使W最小点亮像素的亮度增加量和其他像素的亮度增加量均衡来保持与原图像相同的平衡。
[0072]S卩，对于过亮的像素，需要对每个像素减小亮度。因此，根据第一示例性实施方式的控制信号生成电路采用减小每个像素的灰度的结构由此抑制画质产生的不适感。
[0073]在此，假设根据第一示例性实施方式的RGBW型显示面板具有W最大白色亮度与由RGB生成的最大白色亮度之间的比率为1:1的面板特性，在下面进行说明。
[0074](整体结构)
[0075]如图3所示，其上设置有向外部显示视频的RGBW型显示面板80的视频显示装置(显示装置)100包括:安装有作为DC-DC转换器等的电力生成电路50和进行各种信号处理的控制信号生成电路60的信号处理基板40 ;向电力生成电路50供给电力的电力供给源
10;向控制信号生成电路60供给视频信号的视频信号供给源20 ;将在控制信号生成电路60中处理的视频信号供给到RGBW型显示面板80的显示面板驱动用驱动器81 ;以及将控制信号生成电路60发送的水平/垂直同步信号供给到RGBW型显示面板80的显示面板扫描用驱动器82。
[0076]另外，由于在RGBW型显示面板80上显示视频需要光源，因此，作为光源，在显示装置100上设置从背面照射RGBW型显示面板80的背光源(B/L)90。另外，显示装置100包括:配备有基于各种控制信号(从控制信号生成电路60发送的PWM信号等)进行背光源90的驱动控制(点亮控制)的B/L驱动控制电路70a的B/L驱动基板70 ;以及将电力供给到B/L驱动基板70的B/L电力供给源30。
[0077]电力生成电路50被构成为生成用于供给到例如控制信号生成电路60、显示面板驱动用驱动器81、以及显示面板扫描用驱动器82的各种1C的电力。
[0078]另外，控制信号生成电路60进行用于驱动显示面板驱动用驱动器81的信号处理。具体而言，其构成为进行根据规定的发送模式重新布置从视频信号供给源20接收到的视频信号的处理，并进行生成水平同步信号、垂直同步信号、以及各种控制信号等的处理。
[0079]显示面板驱动用驱动器81和显示面板扫描用驱动器82被构成为向作为RGBW型驱动液晶面板的RGBW型显示面板80发送用于驱动面板的各像素的信号。由此，控制各像素来显示视频。
[0080]在信号处理基板40中，从电力供给源10供给电力，从供给电力通过电力生成电路50生成用于驱动各种1C的电力。通过使用电力驱动各种1C。另外，对从视频信号供给源20供给的视频信号在信号处理基板40中进行用于在RGBW型显示面板80上显示视频的信号处理(包括信号的布局转换、水平/垂直同步信号的生成等)，在此生成的信号被供给到显示面板驱动用驱动器81和显示面板扫描用驱动器82。作为以上的结果，其被构成为在RGBW型显示面板80上显示视频。
[0081]另外，通过使用从B/L电力供给源30供给到B/L驱动基板70的电力，B/L驱动控制电路70a通过基于从控制信号生成电路60接收到的各种信号(PWM信号等)控制亮度来驱动使背光源90点亮的电路，由此使背光源90点亮。
[0082]在此，根据第一示例性实施方式的RGBW型显示装置100的特征是计算视频信号的彩度特征值并根据彩度特征值控制背光源的亮度的驱动所涉及的结构。因此，首先，参照图1，主要针对作为特征部件的彩度特征值/亮度减小量计算电路部(特征值/亮度减小量计算电路)65的框图的周边，说明控制信号生成电路60的构成内容。
[0083]如图1所示，控制信号生成电路60包括:从视频信号供给源20接收RGB的视频信号(灰度信号)的视频信号(RGB)输入单元60C ;基于从视频信号输入单元60C输入的视频信号控制包括W的RGBW型显示面板80的像素的点亮量(信号的生成和处理)的第一电路单元60A;以及同样地基于视频信号(RGB)计算一帧中的彩度的特征值(彩度特征值)并计算像素的亮度和B/L亮度的减小量的第二电路单元60B。
[0084]第一电路单元60A包括:将所输入的RGB视频信号(灰度信号)转换为RGB亮度信号的灰度-亮度转换电路部61 ;由RGB的亮度信号中的最小值生成W的亮度信号的W计算电路部62;以及为了防止由于W的点亮引起图像的颜色变得发白而根据W的点亮量来补充各像素的彩度的彩度补充电路部63。通过由W计算电路部62生成的W的亮度信号使W点壳。
[0085]第二电路单元60B包括:通过由灰度-亮度转换电路部61转换后的RGB亮度信号计算各像素的彩度信息(彩度值)的各像素彩度计算电路部64;彩度特征值/亮度减小量计算电路部65，其基于各像素的彩度信息计算一帧中的视频信号的彩度特征值，并确定B/L亮度相对于成为基准的亮度增加率的减小量；以及使用以上述方式计算出的彩度特征值和各像素的彩度信息来计算各像素的亮度增加率的各像素亮度增加率计算电路部66。
[0086]另外，第一电路单元60A包括:各像素亮度减小电路部67，其对通过各像素亮度增加率计算电路部66计算出的亮度增加率与基准亮度增加率相比过大的每个像素进行亮度减小处理，并确定RGBW的亮度信号；以及亮度-灰度转换电路部68，其将亮度信号转换成灰度信号以生成RGBW的灰度信号。亮度-灰度转换电路部68被构成为:根据规定的发送格式，将所生成的RGBW灰度信号发送到显示面板驱动用驱动器81。
[0087]另外，第二电路单元60B包括B/L驱动用PWM信号生成电路部(PWM信号生成电路)69，其使用由彩度特征值/亮度减小量计算电路部65确定的B/L亮度的减小量的值将亮度减小量转换成PWM信号，并将其发送到B/L驱动基板70。根据