説明

液晶表示装置

【課題】映像のコントラスト比を改善し、消費電力を軽減しつつ、OSDを違和感なく表示できるようにすることで、OSDを含む映像全体を高品位に保つ。
【解決手段】入力映像信号S1に対してOSD信号S3を重畳する。このときOSD信号S3の輝度を映像信号の最大値より十分小さな値に設定する。そして入力映像信号S1及びOSD信号S3を伸張して、それぞれ映像信号S1´,S3´とし、同時に光源輝度L1を低下させてL1´とする。このような制御により伸張後の映像信号S1´の最大輝度は、映像信号が取り得る最大輝度付近に位置し、ダイナミックレンジを有効活用して階調表現を向上させることができる。そしてこのときに光源輝度を映像信号の最大輝度に応じて減少させることによって、映像の階調表現を向上させつつ、光源の消費電力を低減させることができる。OSD信号は入力映像信号と同様に扱われ、OSD表示の輝度は一定に保たれる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、液晶表示装置に関し、より詳細には表示映像の品位向上と低消費電力化を図るようにした液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
映像表示装置として、従来からのCRTに代わって液晶パネルを用いた液晶表示装置が台頭してきている。液晶表示装置は、薄型、大画面化が容易である反面、CRTに比べてコントラスト比が小さい等の課題がある。コントラスト比を改善しつつ消費電力を削減する方法として、映像信号レベルに応じて光源の輝度レベルと映像信号のレベル伸張とを行う方法が知られている(例えば特許文献1)。
【0003】
特許文献1の投射型液晶表示装置では、映像信号に対応して光源の輝度を変化させている。つまり画像全体が暗い映像信号のときは光源の輝度を下げ、画面全体が明るい映像信号でのときは光源の輝度を上げるようにしている。これにより明るい画面と暗い画面とを比較したときのコントラスト比が向上し、かつ光源の消費電力を低減させることができる。
【0004】
また同時に特許文献1の投射型液晶表示装置では、映像信号に対応して液晶パネルに印加する信号電圧を変化させている。つまり、液晶パネルの信号電圧−透過率特性の白レベルと黒レベルの範囲内をできるだけ一杯に使うように映像信号を変調し、これを液晶パネルに印加する信号電圧としている。このような伸張処理により、階調表示を行う場合に信号電圧を細かい階調に分けることができるので、階調表示を容易に行うことができ、しかも細かく階調を整えることができるようになる。
【特許文献1】特開平5−66501号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、単純に映像信号レベルに応じて光源輝度制御と映像信号の伸張制御を行うと、OSD(on screen display)によって各種のOSDオブジェクトを表示したり、放送信号に含まれる字幕をOSDで表示したりする際に、本来の表示品位とは異なって表示されることがある。すなわちOSDオブジェクトや字幕のようなOSD信号は、その信号レベルが高く固定されているため、OSD信号を含む映像信号を表示する場合には、その映像信号を伸張してしまうとOSD信号が飽和してしまい、映像の品位を著しく低下させてしまうことになる。
【0006】
また上記のようなOSD信号を映像信号の伸張後に挿入することも考えられるが、そうすると光源の輝度を変化させる制御を行う場合、OSD表示が光源の輝度の変化に応じて煩雑に変化してしまう。この場合、視聴者から見ると映像の明暗に応じてOSD表示の輝度が変化してしまい、映像の明暗が比較的短時間に繰り返される場合にはOSD表示がハンチングしているかのように見え、きわめて不自然な表示となる。
【0007】
本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、映像のコントラスト比を改善し、消費電力を軽減しつつ、OSDを違和感なく表示できるようにすることで、OSDを含む映像全体を高品位に保つことができるようにした液晶表示装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記課題を解決するために、本発明の第1の技術手段は、映像信号による映像を表示する液晶パネルと、液晶パネルを照射する光源と、映像信号の特徴量を検出する特徴量検出手段と、映像信号に重畳するOSD信号を生成するOSD信号生成手段とを有し、特徴量検出手段が検出した特徴量に応じて、OSD信号生成手段が生成したOSD信号を重畳した映像信号を伸張するともに、光源の輝度を変化させる液晶表示装置において、OSD信号を重畳した映像信号を伸張したときに、OSD信号の輝度が、液晶パネルに表示すべき映像信号が取り得る最大輝度を超えないように、映像信号に重畳するOSD信号の輝度を設定することを特徴としたものである。
【0009】
第2の技術手段は、第1の技術手段において、映像信号に重畳するOSD信号の輝度は、予め定めた固定値であることを特徴としたものである。
【0010】
第3の技術手段は、第2の技術手段において、映像信号に重畳するOSD信号の輝度は、映像信号が取り得る最大輝度と中間輝度との間にあることを特徴としたものである。
【0011】
第4の技術手段は、第1の技術手段において、映像信号に重畳するOSD信号の輝度は、特徴量検出手段が検出した特徴量に応じて変化することを特徴としたものである。
【0012】
第5の技術手段は、第2または第3の技術手段において、特徴量は、映像信号のヒストグラムの最大値であることを特徴としたものである。
【0013】
第6の技術手段は、第4の技術手段において、特徴量は、映像信号のヒストグラムの最大値の平均値であることを特徴としたものである。
【0014】
第7の技術手段は、第1乃至第5のいずれかの技術手段において、特徴量は、映像信号のピーク値、またはピーク値の平均値であることを特徴としたものである。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、映像のコントラスト比を改善し、消費電力を軽減しつつ、OSDを違和感なく表示できるようにすることで、OSDを含む映像全体を高品位に保つことができるようにした液晶表示装置を提供することを目的とするものである。
【0016】
特に本発明によれば、OSD信号を重畳した映像信号を伸張したときに、OSD信号の輝度が、液晶パネルに表示すべき映像信号が取り得る最大輝度を超えないようにすることにより、伸張処理によってコントラスト比を改善しつつ、OSDの表示品位を損なわずに表示することができる。
また映像信号に重畳するOSD信号の輝度を固定値とし、映像信号のヒストグラムの最大値もしくはピーク値による特徴量に応じて、伸張率と光源輝度を変化させることにより、表示画面上のOSD信号の輝度を一定とすることができ、OSD表示の品位を損なわずに表示することができる。
また映像信号に重畳するOSD信号の輝度を特徴量に応じて変化させ、特徴量として映像信号のヒストグラムの最大値の平均値、もしくはピーク値の平均値を用いることにより、OSDの表示輝度の変化を視聴者が違和感を持たない程度に緩慢にすることができ、OSDを含む映像全体を高品位に保つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0017】
図1は本発明の液晶表示装置の一実施形態を説明するためのブロック図で、本発明の液晶表示装置を液晶テレビに適用した構成例を示すものである。図1において、1は液晶テレビ本体である。
液晶テレビ本体1では、図示しないチューナー等から映像信号が入力され、映像処理部2にて各種の映像処理が行われ、映像データとして液晶コントローラ3に送られる。液晶コントローラ3は、映像処理部2から送られた映像データを液晶パネル4に表示するための表示用データに変換して液晶パネル4に送る。液晶パネル4では、表示用データに従って映像を表示する。
【0018】
また図示しないチューナー等からの映像信号はヒストグラム検出部6にも入力され、映像の輝度レベルのヒストグラムが検出される。映像信号の輝度レベルのヒストグラムとは、映像信号の輝度レベルに応じた画素数をカウントしてフィールドごとにヒストグラムにしたものである。
ヒストグラム検出部6で検出されたヒストグラムのデータは制御マイコン7に入力され、映像信号の伸張比率制御、及び光源の輝度制御の基準として用いられる。
ここでいう映像信号の伸張とは、上述のように映像信号を変調して白レベルから黒レベルまでの階調範囲を有効に使用できるように、映像信号を階調方向に伸張する処理を指すものとする。
【0019】
制御マイコン7では液晶テレビ本体1のすべての制御を行う。ここでは制御マイコン7は、映像処理部2を制御して各種の映像パラメータの調整、映像の伸張率の制御を行う。さらに制御マイコン7は、OSD部5を制御して、メニュー等のOSDオブジェクトの表示、字幕表示の文字設定、OSD表示の色、及び輝度レベル設定等を行う。
【0020】
OSD部5は、制御マイコン7からの指示に従ってOSDのフォントデータの確定、OSDの表示色及び表示輝度の確定を行い、入力映像信号との加算部10にOSD信号として出力する。OSD部5では、上述のように各種のOSDブジェクトをOSDで表示したり、放送信号に含まれる字幕をOSDで表示したりするための処理を行う。
【0021】
例えば、リモコンなどの操作入力手段によりOSD表示を指示する操作信号が入力したときに、OSD部5は、その操作信号に従って例えばチャンネル番号や音声メニュー、時計などのOSDオブジェクトの表示信号を生成し、入力映像信号に重畳してOSD表示させる。OSD表示を行うためのOSD信号は、例えば液晶テレビ本体1に保持されている文字フォントデータとチャンネルコール用などのデザインデータとを用いて生成される。
また例えば放送波などにより送信されてくる字幕データについても、OSD部5にてOSD信号として生成され、表示すべき映像信号に重畳してOSD表示される。
【0022】
さらに制御マイコン7は光源駆動部8を制御し、光源9のON/OFF制御、及び光源9の輝度レベル制御を行う。光源駆動部8は主にインバータ回路により構成され、制御マイコン7の指示に従って光源9のON/OFF制御、及び光源9の輝度レベルを変更する制御を行う。光源9の輝度変更は映像の1フィールド分(16.6ms)よりも十分短い時間で行われる。また光源9は液晶パネル4の背面側に位置し、液晶パネル4を照射するものである。
【0023】
映像処理部2は、制御マイコン7による指示に従って、OSD信号と入力映像信号が合成された映像信号を伸張する。ここでいう映像信号の伸張とは、上述のように映像信号を変調して、黒レベルから白レベルまでの階調方向に伸張することを指す。このような伸張処理により、映像信号の階調表現を向上させることができるようになる。このような映像信号の伸張処理は1フィールド単位で行われる。すなわちフィールドごとに映像信号の伸張率が変化する。さらにOSD部5は、制御マイコン7からの指示に従ってOSD信号の輝度を変更する。以下の実施例では、輝度値255のOSD信号を輝度値192に変更する例を示す。
【0024】
図2は、映像信号のヒストグラムの一例を示す図で、横軸は映像信号の画素の輝度レベルと光源輝度の割合とを示し、縦軸は映像信号に関して各輝度レベルに応じた画素数を示すものである。
映像信号に含まれる画素の輝度は0から255の中のいずれかの値を持つものとする。ここでは輝度値0の画素は黒、輝度値255の画素は最大輝度の白であり、その間の輝度値を254レベルに分割して表す。図2の例では、入力映像信号S1は、その画素の輝度が0付近から192までの間に分布している。
また光源輝度の割合は0%から100%までの値を持ち、光源が不点灯のときに0%であり、100%で光源の輝度が最大となる。図2では光源輝度L1の輝度割合が100%で、映像伸張倍率1.0倍の場合を示している。
【0025】
本例では、入力映像信号S1の画素の輝度値の最大値は192であるから、映像として取り得る最大値である255までは余裕がある。ダイナミックレンジを有効活用することを考えると入力映像信号全体を1.33倍に伸張し、入力映像信号S1の輝度の最大値を192から255にした方が階調表現の点で有利である。ただし光源の輝度をそのままにして入力映像信号を1.33倍に伸張した場合、得られた映像信号の輝度が1.33倍に明るくなって不自然になる。そこで、光源輝度L1の輝度割合を75%に減少させることによって、映像信号の階調表現を向上させつつ、光源の消費電力を低減させることができる。つまり、映像信号の伸張に応じて光源の輝度を減少させることにより、表示画面における輝度を伸張前の状態と同等となるように制御する。
【0026】
図3は映像信号を伸張したときのヒストグラムを示す図である。図2の入力映像信号S1を1.33倍に伸張することによって、図3に示す映像信号S1´が得られる。このとき映像信号の輝度の最大値は192から255に伸張される。そして同時に輝度割合100%の光源輝度L1を75%に減少させ、光源輝度L1´とする。
このように入力映像信号S1の伸張と光源輝度L1の減少とを同時に行うことにより、映像の階調表現が向上し、コントラスト比を改善して映像を高品位に保つとともに、光源の消費電力を低減させることができる。
【0027】
図4は、OSD信号が含まれる映像信号のヒストグラムの一例を示す図である。
OSD信号S2は、通常、図4に示すように映像信号が取り得る最大の輝度255付近の輝度をもっている。このため輝度192までの入力映像信号S1と、最大値に近い輝度を持つOSD信号S2とが同時に映像信号として存在する場合、図3に示すような映像信号の伸張と光源の輝度減少とを行うことはできない。映像信号の輝度の最大値が255付近にあるためである。
【0028】
そこで本発明に係る実施形態では、映像の階調表現を向上させ、光源の消費電力を低減するために、OSD信号の輝度を設定可能な最大値(この場合255)よりも小さな値に変更する。この値は固定値である。具体的には、メニューに省電力モード等を持ち、制御マイコン7がユーザ操作に従って省電力モードに設定することにより、OSD信号の輝度を映像信号の最大値より小さな値に設定する。
【0029】
この固定値は、OSD信号を重畳した映像信号を伸張したときに、OSD信号の輝度が、液晶パネルに表示すべき映像信号が取り得る最大輝度を超えないレベルに設定する。OSD信号を映像信号とともに伸張したときに、映像信号が取り得る最大輝度を超えてしまうと、OSD表示の品位が低下するからである。またこの固定値は、映像信号が取り得る最大輝度(100%)と中間輝度(50%)との間をとるようにすることが好適である。その理由として、一般に映像信号は中間輝度付近に分布し、それよりも小さい輝度値をとることは効果が薄いからである。
【0030】
例えば図5に示すように、入力映像信号S1の輝度が0付近から192まで分布しているものとする。このとき、本発明に関わる実施形態では、映像信号に重畳するOSD信号S3の輝度を映像信号の最大値255より十分小さな値、例えば192付近に設定する。
図6は、図5に示す映像信号を伸張するとともに光源の輝度を低下させる制御処理を説明するための図である。この場合、入力映像信号S1及びOSD信号S3を1.33倍に伸張して、それぞれ映像信号S1´,S3´とし、同時に光源輝度L1を75%に低下させてL1´とする。
また例えば映像信号S1の輝度値の最大値が200である場合には、映像信号を1.2倍に伸張し、光源輝度を80%に低減する。これにより映像信号の輝度に応じた制御を行うことができる。
【0031】
上記のような制御により伸張後の映像信号S1´の最大輝度は、映像信号が取り得る最大輝度255付近に位置し、ダイナミックレンジを有効活用して階調表現を向上させることができる。そしてこのときに光源輝度を映像信号の最大輝度に応じて減少させることによって、映像の階調表現を向上させつつ、光源の消費電力を低減させることができる。
そしてOSD信号は入力映像信号と同様に扱われ、OSD信号を含む映像信号からヒストグラムが検出されるため、OSD表示の輝度は一定に保たれ、不自然な表示が生じないようにすることができる。
【0032】
上記のように本実施形態では、入力映像信号の輝度レベルに関わりなく、映像信号の各フィールドにおいて固定値の輝度のOSD信号を重畳し、映像信号の伸張率及び光源の減光率を映像信号の各フィールドの最大輝度に応じて決定する。つまり本実施形態においては、OSD信号を重畳した映像信号を伸張し、かつ光源の輝度を変化させるために用いる特徴量は、映像信号のヒストグラムの最大値である。
そして上記の処理よりOSD信号の伸張後の輝度は伸張率に従ってフィールドごとに変化する。映像信号の伸張率が大きい場合には伸張後のOSD信号の輝度も大きくなるが、これと同時に光源の減光率が大きくなって、表示されるOSDの輝度は一定になる。
【0033】
図7は、本発明による液晶表示装置の他の実施形態を説明するためのブロック図である。
上述した実施形態では、映像信号の輝度レベルに関わりなく各フィールドにおいて固定値の輝度のOSD信号を重畳し、OSDの表示輝度レベルが一定になるようにしているが、本実施形態では、映像信号の最大輝度の平均値に応じて、映像信号に重畳するOSD信号の輝度を変化させる。
映像信号に重畳するOSD信号の輝度は、例えば重畳すべき(伸張前の)映像信号の最大輝度の平均値と同等にする。そしてこの場合に、所定時間内の映像信号の最大値の平均値に従って、OSD信号を含む映像信号を伸張し、かつ上記平均値に従って光源の輝度を減光する。これにより、表示画面上のOSDの輝度は映像信号に応じて変化するものの、その変化が緩慢になって視聴者が違和感を持つことなくOSD表示を行うことができるようになる。
【0034】
図7において、ヒストグラム検出部6は、OSD部5により生成されたOSD表示データの加算部10より前(入力側)で映像信号の輝度レベルのヒストグラムを検出し、ヒストグラムのデータを制御マイコン7に送信する。
【0035】
制御マイコン7は、ヒストグラム検出部6から送信されたヒストグラムのデータに基づいて、入力映像信号の輝度の最大値を特定する。最大値は映像信号のフィールド毎に特定される。そして制御マイコン7は、例えば数秒程度の所定時間における入力映像信号の最大値の平均をとり、OSD部5に対して入力映像信号の輝度の最大値の平均値と同等の輝度を持つOSD信号を生成するよう指令を出す。その結果、映像信号に重畳されるOSD信号の輝度は、常に入力映像信号の輝度の最大値の平均値と同等となる。
【0036】
仮に入力映像信号の輝度の最大値が192で一定である場合について説明する。入力映像信号は、ヒストグラム検出部6によりそのヒストグラムが検出され、検出されたヒストグラムのデータが制御マイコン7に送信される。このとき入力映像信号の輝度の最大値の平均値は192であるので、制御マイコン7は、OSD部5に対してOSD信号の輝度を192に設定するように指令を出す。
【0037】
これにより図5に示したように、OSD信号S3が入力映像信号S1に重畳される。制御マイコン7は、映像信号の最大値が192であることから、図6に示すように映像信号を1.33倍に伸張し、さらに光源の輝度を75%に減少させる。
また例えば入力映像信号の輝度の最大値の平均値が128の場合には、OSD信号の輝度を128に設定し、映像信号の伸張を2.00倍として、光源の輝度を50%に減少させる制御を行う。
【0038】
ここで例えば映像信号の最大値が192から128に急激に変化した場合であっても、映像信号の最大値の平均値は192から128に徐々に低下する。映像信号に重畳するOSD信号の輝度は、映像信号の最大値の平均値と同等に設定されるため、OSD信号の輝度もその平均値に応じて徐々に低下する。そして映像信号の伸張率と光源輝度の減光率は、映像信号の最大値の平均値に応じて変化するため、表示画面上では緩慢に輝度が変化し、視聴者が違和感なく画面を見ることができるようになる。つまり本実施形態においては、OSD信号を重畳した映像信号を伸張し、かつ光源の輝度を変化させるために用いる特徴量は、映像信号のヒストグラムの最大値の平均値である。
【0039】
以上のように、本発明に関わる第1の実施形態によれば、映像のコントラスト比を改善し、消費電力を削減しつつ、OSDや字幕の表示輝度を一定に保つことができ、OSDを含む映像全体を高品位に保つことができる。また本発明に関わる第2の実施形態によれば、映像のコントラスト比を改善し、消費電力を削減しつつ、OSDの表示輝度の変化を緩慢にし、OSDを含む映像全体を高品位に保つことができるようになる。
【0040】
なお上記各実施形態では、映像信号の特徴量として、映像信号の輝度に応じた画素数のヒストグラムから検出した映像信号の輝度最大値、もしくは同じく映像信号の輝度の最大値の平均値を使用したが、この他本発明に適用できる映像信号の特徴量として、映像信号のピーク値を用いてもよい。この場合、映像信号のフィールドごとの輝度レベルのピーク値、または所定時間内のピーク値の平均値を上記特徴量として適用することができる。また上記の実施形態では特徴量に基づく映像処理をフィールドごとに行っているが、映像信号に応じてフレームごとであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【0041】
【図1】本発明の液晶表示装置の一実施形態を説明するためのブロック図である。
【図2】映像信号のヒストグラムの一例を示す図である。
【図3】映像信号を伸張したときのヒストグラムを示す図である。
【図4】OSD信号が含まれる映像信号のヒストグラムの一例を示す図である。
【図5】本発明に関わる実施形態のOSD信号の設定例を示す図である。
【図6】図5に示す映像信号を伸張するとともに光源の輝度を低下させる制御処理を説明するための図である。
【図7】本発明による液晶表示装置の他の実施形態を説明するためのブロック図である。
【符号の説明】
【0042】
1…液晶テレビ本体、2…映像処理部、3…液晶コントローラ、4…液晶パネル、5…OSD部、6…ヒストグラム検出部、7…制御マイコン、8…光源駆動部、9…光源、10…加算部。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
映像信号による映像を表示する液晶パネルと、
該液晶パネルを照射する光源と、
映像信号の特徴量を検出する特徴量検出手段と、
前記映像信号に重畳するOSD信号を生成するOSD信号生成手段とを有し、
前記特徴量検出手段が検出した特徴量に応じて、前記OSD信号生成手段が生成したOSD信号を重畳した映像信号を伸張するともに、前記光源の輝度を変化させる液晶表示装置において、
前記OSD信号を重畳した映像信号を前記伸張したときに、前記OSD信号の輝度が、前記液晶パネルに表示すべき映像信号が取り得る最大輝度を超えないように、前記映像信号に重畳するOSD信号の輝度を設定することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項2】
前記映像信号に重畳するOSD信号の輝度は、予め定めた固定値であることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
【請求項3】
前記映像信号に重畳するOSD信号の輝度は、前記映像信号が取り得る最大輝度と中間輝度との間にあることを特徴とする請求項2に記載の液晶表示装置。
【請求項4】
前記映像信号に重畳するOSD信号の輝度は、前記特徴量検出手段が検出した特徴量に応じて変化することを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
【請求項5】
前記特徴量は、映像信号のヒストグラムの最大値であることを特徴とする請求項2または3に記載の液晶表示装置。
【請求項6】
前記特徴量は、映像信号のヒストグラムの最大値の平均値であることを特徴とする請求項4に記載の液晶表示装置。
【請求項7】
前記特徴量は、映像信号のピーク値、または該ピーク値の平均値であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1に記載の液晶表示装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【公開番号】特開2008−225026(P2008−225026A)
【公開日】平成20年9月25日(2008.9.25)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−62887(P2007−62887)
【出願日】平成19年3月13日(2007.3.13)
【出願人】(000005049)シャープ株式会社 (33,933)
【Fターム(参考)】