液晶表示装置
【課題】消費電力の低減を図りつつ、画質の向上を行うこと。
【解決手段】入力される映像信号による映像を表示する液晶パネルと、当該液晶パネルを照射する複数の光源と、前記映像信号に応じて、前記複数の光源の発光輝度値を規定する輝度制御信号を、前記液晶パネルの所定の領域毎に生成する輝度制御部と、を備える液晶表示装置であって、前記輝度制御信号に応じて、前記液晶パネルが有する画素の光源輝度値を推定する輝度推定部と、前記光源輝度に応じて、第１の補正量を算出する第１補正量算出部と、前記領域が有する画素の最高輝度値と、前記映像信号と、に応じて前記第１の補正量を補正して第２の補正量を算出する第２補正量算出部と、前記第２の補正量に応じて、前記映像信号を補正する映像補正部と、を備える。
【解決手段】入力される映像信号による映像を表示する液晶パネルと、当該液晶パネルを照射する複数の光源と、前記映像信号に応じて、前記複数の光源の発光輝度値を規定する輝度制御信号を、前記液晶パネルの所定の領域毎に生成する輝度制御部と、を備える液晶表示装置であって、前記輝度制御信号に応じて、前記液晶パネルが有する画素の光源輝度値を推定する輝度推定部と、前記光源輝度に応じて、第１の補正量を算出する第１補正量算出部と、前記領域が有する画素の最高輝度値と、前記映像信号と、に応じて前記第１の補正量を補正して第２の補正量を算出する第２補正量算出部と、前記第２の補正量に応じて、前記映像信号を補正する映像補正部と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、液晶表示装置に適用して好適な表示装置および表示方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、静止画や、動画で構成される映像の表示が可能な液晶表示装置は、製造技術が進展したことによる価格の低下や、液晶表示装置自体の薄型軽量化及び、表示機能における高画質化技術の開発によって急速に普及し、パーソナルコンピュータのモニター又は、デジタル放送波を受信し表示を行なうデジタルＴＶ等に広く用いられている。
【０００３】
上記のような液晶表示装置は、主に反射型液晶表示装置と、透過型液晶表示装置と、がある。この２つのうち、透過型液晶表示装置が一般的に広く用いられている。この透過型液晶表示装置は、例えば冷陰極管で構成されるバックライトと呼ばれる面状光源を備え、そこから照射される光を、液晶パネルにおいて空間変調し、所望する映像の表示を行なう。
【０００４】
上記のような従来の液晶表示装置において、例えば所望する映像が暗い映像である場合、液晶パネルにおける光の輝度信号を調整することで暗い映像を表現しており、バックライトの輝度調整を行なってはいない。そのため、このような暗い映像であったとしてもバックライトは、最大輝度で発光するため、消費電力が高い問題があった。さらに、液晶パネルの光の輝度信号も、完全に０とはならないため、暗い場面の映像においてもバックライトの光が漏れ白っぽく表示されてしまう、いわゆる黒浮きという現象が発生していた。
これに対してＬＥＤ等の光源を用いて画面を分割して局所的にバックライトの輝度を変える技術が提案されている。特許文献１では、領域内で他の領域の光源から来る光量が一定として扱う技術が開示されている。また、特許文献２においては、バックライト領域間の輝度分布を近似関数を用いて求める構成が記載されている。さらに、特許文献３では他の領域の光源の輝度レベルに応じて階調補正を行うことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−０３４２５１号公報
【特許文献２】特開２００５−２５８４０３号公報
【特許文献３】特開２００２−９９２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ＬＥＤ等の光源を用いて画面を分割して局所的にバックライトの輝度を変える技術を行う場合、映像信号と同等に表示する輝度を保つよう制御するためには各画素の発光輝度値がわからないと制御できない。さらに、他の領域の光源からくる光量を各画素毎に考慮しなければ各画素の発光輝度値はわからない。
【０００７】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、バックライトの制御に応じて、各画素における発光輝度値を推定し、当該発光輝度値に応じて映像信号を補正することで高品位な映像を表示しつつ、消費電力の低減を図ることができる表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明の液晶表示装置は、入力される映像信号による映像を表示する液晶パネルと、当該液晶パネルを照射する複数の光源と、前記映像信号に応じて、前記複数の光源の発光輝度値を規定する輝度制御信号を、前記液晶パネルの所定の領域毎に生成する輝度制御部と、を備える液晶表示装置であって、前記輝度制御信号に応じて、前記液晶パネルが有する画素の光源輝度値を推定する輝度推定部と、前記光源輝度に応じて、第１の補正量を算出する第１補正量算出部と、前記領域が有する画素の最高輝度値と、前記映像信号と、に応じて前記第１の補正量を補正して第２の補正量を算出する第２補正量算出部と、前記第２の補正量に応じて、前記映像信号を補正する映像補正部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の液晶表示装置によれば、従来の液晶表示装置に比べ、バックライト部を領域毎に発光を制御した場合であっても高品位な映像を表示することが可能となる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１における液晶表示装置を示す模式図
【図２】バックライト部２０の具体的な構成を示す図
【図３】制御部４０の具体的な構成を示す模式図
【図４】信号補正部４３の具体的な構成を示す模式図
【図５】ピーク輝度信号算出部４４０１の具体的な構成を示す模式図
【図６】映像信号の画素毎に設定される輝度信号を表す図
【図７】発光領域毎の輝度信号を示す図
【図８】サブブロック分割部４２３の分割動作を説明するための模式図
【図９】第２輝度信号制御部５０３におけるサブブロック毎の輝度信号算出の数値例を示す図
【図１０】補間部５０６における補間処理を説明するための図
【図１１】輝度信号補正部７０２における補正動作を説明するための概念図
【図１２】発光領域を水平方向から見た斜視図
【図１３】輝度信号補正部７０２における具体的な補正方法を説明するための図
【図１４】映像信号の輝度信号と、実際に液晶パネルにおける画素の発光輝度値の関係を示す図
【図１５】映像補正部１５０１の構成を示す模式図
【図１６】平均輝度信号算出部１５０２の具体的な構成を示す模式図
【図１７】画素毎に設定されるピーク輝度信号Ｄｍａｘを基に、平均輝度信号Ｄａｖｅを算出する方法を説明するための図
【図１８】平均輝度信号算出部１５０２から入力される平均輝度信号と、変化率との関係を示す図
【図１９】輝度信号補正部１５０４における具体的な補正方法を説明するための図
【図２０】映像信号の輝度信号と液晶パネルにおける画素の発光輝度の関係を示す図
【図２１】本発明の実施の形態３における映像補正部２１０１を示す図
【図２２】バックライト部２０に反射板２２０１が設けられた構成を示す図
【図２３】Ｒ，Ｇ，Ｂが独立して制御できるバックライトを有する液晶表示装置の制御部の構成を示す図
【図２４】映像補正部２３０１の具体的な構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜目次＞
１．本発明の実施の形態１
１−１．液晶表示装置の構成
１−１−１．液晶パネル
１−１−２．バックライト部
１−１−３．バックライトドライバ
１−１−４．制御部
１−１−４−１．バックライト制御部
１−１−４−２．輝度推定部
１−１−４−３．信号補正部
１−１−４−４．映像補正部
１−１−４−４−１．ピーク輝度信号算出部
１−１−４−４−１−１．第１透過率制御部
１−１−４−４−１−２．第１メモリ
１−１−４−４−１−３．第２透過率制御部
１−１−４−４−１−３−１．発光領域の分割方法
１−１−４−４−１−３−２．サブブロックに対応する輝度信号の生成方法
１−１−４−４−１−４．第２メモリ
１−１−４−４−１−５．輝度信号フィルタ部
１−１−４−４−１−６．補間部
１−１−４−４−２．輝度信号補正部
１−１−４−４−２−１．輝度信号補正部における具体的補正方法
１−２．まとめ
２．実施の形態２
２−１．映像補正部
２−１−１．平均輝度信号算出部
２−１−１−１．平均値フィルタ部
２−１−１−１−１．平均輝度信号Ｄａｖｅの算出方法
２−１−２．変化率決定部
２−１−２−１．変化率決定部における動作
２−１−３．輝度信号補正部
２−１−３−１．輝度信号補正部における補正方法
２−２．まとめ
３．実施の形態３
４．その他の実施形態
以下本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
＜１．実施の形態１＞
以下、本発明の実施の形態１について、図面を参照しながら説明する。
＜１−１.液晶表示装置の構成＞
まずは、液晶表示装置の構成に関して説明する。
【００１２】
図１は、本発明の実施の形態１における液晶表示装置を示す模式図である。
【００１３】
液晶表示装置１は、液晶パネル１０、バックライト部２０、バックライトドライバ３０、制御部４０とから構成される。以下、各部の構成について詳細に説明する。
＜１−１−１.液晶パネル＞
液晶パネル１０は、バックライト部２０によって背面から照射される照射光を、制御部４０から入力される制御信号に応じて変調し画像を表示する機能を有する。
【００１４】
また、液晶パネル１０は、ガラス基板に液晶層を挟み込んだ構成をしており、ゲートドライバ（図示せず）やソースドライバ（図示せず）などによって、各画素に対応する液晶層に信号電圧が与えられて透過率が制御される。液晶パネル１０が有するゲートドライバ若しくは、ソースドライバには制御部４０から入力される透過率を基に画素における透過率を制御する制御信号を生成する構成となっている。
【００１５】
また、液晶パネル１０は、ＩＰＳ（Ｉｎ Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式を用いている。ＩＰＳ方式は、液晶分子がガラス基板と平行に回転するシンプルな動きにより、広視野角で、見る方向による色調変化や全階調での色調変化が少な意といった特徴を有する。なお、液晶パネル１０は、光変調を行うデバイスであればどのようなものを利用してもよく、例えば光変調の他方式としてＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式などを用いても良い。
＜１−１−２．バックライト部＞
バックライト部２０は、液晶パネル１０の背面に対して画像を表示させるための照射光を照射する機能を有するデバイスである。
【００１６】
バックライト部２０は、光源２１を有しており、複数の光源２１を単位とする発光領域を基本単位としてバックライトドライバから出力される発光制御信号に基づいて制御される。それぞれの発光領域は、液晶パネル１０の画像表示領域と対向して設けられており、対向する画像表示領域をそれぞれ主として照射する。ここで、「主として照射する」としたのは、対向していない画像表示領域にも一部の照明光が照射されることがあるためである。
【００１７】
なお、液晶パネル１０及び、バックライト部２０との間に拡散シートを設け、発光領域から照射される光が均一となるようにしても構わない。
【００１８】
ここで、光源２１は白色光を発するＬＥＤを用いるものとする。なお、光源２１は、直接白色光を発するものに限られない。例えばＲＧＢの光を混色して白色を発するものであっても構わない。
【００１９】
図２は、バックライト部２０の具体的な構成を示す図である。
【００２０】
バックライト部２０は、複数の光源２１が均等に配列された特徴を備え、８個の光源２１を１つの単位とする発光領域２２を備える。この光源２１は、発光領域２２が均一に発光するように拡散板が備えられる構成となっている。さらに、発光領域２２は８個の光源２１を、仮想的に１つの光源として扱えるように仮想光源２３が設定されている。また、図２に示すようにバックライト部２０が１６個の発光領域に分割されている構成となっている。
【００２１】
なお、図２に示すｘ軸方向を水平方向、ｙ軸方向を垂直方向と設定する。
【００２２】
制御部４０は、この仮想光源２３を制御することで、発光領域２２の制御を行う構成となっている。仮想光源２３は、図２より発光領域２２の中心部分に位置する構成となっているが、８個の光源２１を同時に制御する際、発光領域２２に対して均一に発光可能であればどのような配置でも構わない。
＜１−１−３．バックライトドライバ＞
バックライトドライバ３０は、制御部４０から入力される発光領域毎に発光効率が設定された輝度信号に基づいて、個々の光源２１を駆動制御する発光制御信号を生成して出力する。
＜１−１−４．制御部＞
制御部４０は、入力される映像信号に基づいて液晶パネル１０の各画素に対応する液晶層の透過率を規定する発光透過率及び、バックライト部２０が有する複数の発光領域毎に発光効率を規定した輝度信号を生成する機能を有する。
【００２３】
本発明の実施の形態１における制御部４０は、図２に示すようにバックライト部２０が１６分割されているため、輝度信号も入力信号の１フレームにつき１６個生成することになる。
【００２４】
図３は制御部４０の具体的な構成を示す模式図である。
【００２５】
制御部４０は具体的に、バックライト制御部４１、輝度推定部４２、信号補正部４３、映像補正部４４を備える構成となる。
＜１−１−４−１．バックライト制御部＞
バックライト制御部４１は、入力される映像信号に基づいて、輝度信号を生成する機能を有する。バックライト制御部４１は、生成した輝度信号をバックライトドライバ３０及び、輝度推定部４２に出力する。
【００２６】
なお、本発明の実施の形態１における輝度信号は、仮想光源２３毎の発光率を決める信号であって、各仮想光源の最大輝度値を基準にした発光輝度の割合を示している。なお、説明の便宜上、仮想光源２３の無発光輝度を０、最大輝度を２５５と設定し、当該最大輝度２５５を１と設定した場合の割合を輝度信号とする。例えば、発光輝度が１２８でれば、輝度信号は０．５となる。
＜１−１−４−２．輝度推定部＞
輝度推定部４２は、バックライト制御部４１から入力される発光領域毎に設定される輝度信号に基づいて、液晶パネル１０が有する各画素における発光輝度の推定値である推定発光輝度信号を生成する機能を有する。輝度推定部４２は、推定発光輝度信号を信号補正部４３に出力する。
＜１−１−４−３．信号補正部＞
信号補正部４３は、入力される映像信号の特性を検出し、当該特性に合わせて輝度推定部４２において推定された推定発光輝度値の特性変換を行う機能を備える。例えば、入力される映像信号がガンマ変換されている場合は、推定発光輝度値に対してガンマ変換を行う構成となる。具体的な変換方法に関しては、変換テーブルを用いても構わない。
＜１−１−４−４．映像補正部＞
映像補正部４４は、信号補正部４３から入力される液晶パネル１０における各画素の推定発光輝度値と、入力される映像信号が有する注目画素の輝度信号とを基に、当該輝度信号を補正し、補正した輝度信号を透過率として出力する機能を有する。
【００２７】
バックライト部２０において発光領域毎の輝度制御を行った場合、液晶パネル１０及び、バックライト部２０に入力される信号が同じ映像信号に基づいて生成されていたとしても、その映像を表示する表示領域を照明する発光領域の輝度の変化に応じて、表示される画像の輝度が異なる。そのため、表示される映像が不自然に視認される場合がある。この問題は、入力される映像信号が、バックライト部２０における光源が一定で発光することを前提として生成されているからである。
【００２８】
これを低減するため、補正量決定部４４は、発光領域の輝度信号から生成されたある画素における推定発光輝度値に連動して液晶パネル１０に表示する画像のコントラストゲインが変更されるように、映像信号において規定される画素における輝度信号を補正する必要がある。
【００２９】
以下図面を参照しながら信号補正部４３の具体的な構成に関して説明を行う。
【００３０】
図７は、信号補正部４３の具体的な構成を示す模式図である。
【００３１】
信号補正部４３は、ピーク輝度信号算出部７０１、輝度信号補正部７０２を備える構成となっている。
＜１−１−４−４−１．ピーク輝度信号算出部＞
ピーク輝度信号算出部４４０１は、入力される映像信号において設定される液晶パネル１０の画素における輝度信号のうち、所定の領域内で最大となる輝度信号を基に、画素毎のピーク輝度信号Ｄｍａｘを算出する機能を備える。さらに、ピーク輝度信号算出部４４０１は、算出したピーク輝度信号Ｄｍａｘを輝度信号補正部４４０２に出力する。
【００３２】
なお、上記の所定の領域とは、バックライト部２０に設定さえる発光領域としても構わない。この場合、バックライト部２０が１６個の発光領域を有する構成であれば、１６個の輝度信号を基に、ピーク輝度信号Ｄｍａｘを算出する構成となる。以下、所定の領域を発光領域として説明する。
【００３３】
また、ピーク輝度信号算出部４４０１は、バックライト部２０に設定される発光領域をｎ個のサブブロックに分割し、当該サブブロックを上記所定の領域と設定する構成でも構わない。この場合、バックライト部２０が１６個の発光領域を有する構成でれば、１６ｎ個の輝度信号を基に、ピーク輝度信号を算出する構成となる。
【００３４】
なお、ピーク輝度信号算出部４４０１は、ピーク輝度信号を算出する前にローパスフィルタを用いてフィルタ処理する構成にしても構わない。
【００３５】
また、領域間のピーク輝度信号が連続的に変換するように、補正処理を行なう構成としても構わない。
【００３６】
図５は、ピーク輝度信号算出部４４０１の具体的な構成を示す模式図である。図５におけるピーク輝度信号算出部４４０１は、入力される映像信号において画素毎に設定される輝度信号を、１６個の領域に分割し、当該１６個の領域をさらに６４個のサブブロックに分割した後、当該サブ領域にフィルタ処理を行ない、フィルタ処理の結果から画素毎のピーク輝度信号を算出する構成を示す。
【００３７】
ピーク輝度信号算出部４４０１は、第１輝度信号制御部５０１、第１メモリ５０２、第２輝度信号制御部５０３、第２メモリ５０４、輝度信号フィルタ部５０５、補間部５０６を備える構成となっている。
＜１−１−４−４−１−１．第１輝度信号制御部＞
第１輝度信号制御部５０１は、入力される映像信号の画素毎に設定される輝度信号を基に、所定の領域毎に輝度信号のピーク値を検出する機能を備える。また、第１メモリ５０２に蓄積される情報のリード機能、画素毎に設定される輝度信号及び、上記所定の領域毎の輝度信号のライト機能、第２輝度信号制御部５０３に対して第１メモリ５０２からリードした輝度信号を出力する機能を有する。
【００３８】
以下、第１輝度信号制御部５０１の動作について図面を参照しながら説明する。
【００３９】
図６は映像信号の画素毎に設定される輝度信号を表す図である。
【００４０】
第１輝度信号制御部５０１は、図６に示す画素毎の輝度信号が入力された場合、発光領域２２毎に輝度信号のピーク値を検出する動作を行う。図６に示す画素毎の輝度信号から発光領域２２毎のピーク値を検出すると、図７に示すような輝度信号に関する行列となる。
【００４１】
なお、入力される映像信号には、ＲＧＢ信号の３種が含まれている。そのため、所定の領域毎のピーク値を検出する際は、所定の領域内のＲ信号、Ｇ信号、Ｂ信号において設定される輝度信号のうち、最大の輝度信号をピーク値として検出することになる。
＜１−１−４−４−１−２．第１メモリ＞
第１メモリ５０２は、第１輝度信号制御部５０１から入力される映像信号の画素毎に設定される輝度信号、発光領域毎に設定される輝度信号を蓄積する機能を有する。
＜１−１−４−４−１−３．第２輝度信号制御部＞
第２輝度信号制御部５０３は、第１輝度信号制御部５０１から入力される発光領域２２毎の輝度信号を基に、発光領域２２をサブブロック単位に分割すると共に、当該サブブロック毎に輝度信号を生成する機能を有する。つまり、第２輝度信号制御部５０３は、発光領域２２を、当該発光領域よりも小さい複数の領域に分割する。
【００４２】
また、第２メモリ５０４に蓄積される情報のリード機能、発光領域毎に設定される輝度信号及び、サブブロック毎の輝度信号のライト機能、輝度信号フィルタ部５０５に対して第２メモリ５０４からリードした輝度信号を出力する機能を有する。
【００４３】
以下、第２輝度信号制御部５０３における領域の分割方法及び、輝度信号の生成方法に関して説明する。
＜１−１−４−４−１−３−１．発光領域の分割方法＞
１つの発光領域をサブブロックに分割する際、第２輝度信号制御部５０３は、サブブロック８０１が略正方形状になるよう分割するように構成する。ここで、略正方形状としたのは、１：１．３等の厳密には正方形状ではないものでも構わないためである。例えば、第２輝度信号制御部５０３は、発光領域２２の縦横比が９：１６である場合、略正方形状のサブブロックで１４４分割する構成となる。
【００４４】
例えば４×２と水平方向に広がりを持つように、発光領域２２内の光源２１が配設されているとしても、略正方形状のサブブロックに分割することで、水平方向及び、垂直方向に同じ数だけ光源２１が配設されている発光領域と同様の扱いをすることが可能となる。そのため、各光源２１の光の拡散度合い、各光源２１の配設方法、発光領域２２に含まれる光源２１の個数が変化する場合であっても、適切に発光領域における輝度信号を設定することが可能となる効果を奏する。
【００４５】
なお、第２輝度信号制御部５０３は発光領域２２に含まれる光源２１の個数分だけ、当該発光領域２２を分割する構成にしても構わない。具体的に、第２輝度信号制御部５０３は発光領域２２に８個の光源２１が含まれていると判断した場合、当該発光領域を８個のサブブロック８０１に分割する構成となる。この場合、光源２１単位で制御を行うのと同様に扱うことが可能となるため、適切に発光領域における輝度信号を設定することが可能となる効果を奏する。
【００４６】
図８は、サブブロック分割部４２３の分割動作を説明するための模式図である。図８は、１つの発光領域２２に対して、４個のサブブロック８０１に分割する動作を示している。
＜１−１−４−４−１−３−２．サブブロックに対応する輝度信号の生成方法＞
サブブロック毎に輝度信号を算出する際、第２輝度信号制御部５０３は、１つの発光領域内の全サブブロックの輝度信号を、発光領域の輝度信号と設定する構成でも構わない。例えば、発光領域の輝度信号が０．５である場合、当該発光領域内のサブブロックの輝度信号は全て０．５と設定する。
【００４７】
なお、第２輝度信号制御部５０３は、サブブロック毎に輝度信号を算出する際、当該サブブロックに対してフィルタ処理を行なう構成にしても構わない。フィルタ処理を行なう際のフィルタ係数は、各光源２１の光の拡散度合い、各光源２１の配設方法、発光領域２２に含まれる光源２１の個数によって設定される値である。また、拡散板が設けられている場合は、当該拡散板の光拡散特性を基にフィルタ係数を設定しても構わない。
【００４８】
例えば４×２と水平方向に広がりを持つように、発光領域２２内の光源２１が配設されている場合、仮想光源２３が発光領域の中心にあるとすると、当該仮想光源２３を中心として略楕円形状に輝度信号が変化していくようにフィルタ係数を設定するようになる。
【００４９】
上記のように構成することで、発光領域２２内の詳細な光特性を表現することが可能となるため、適切に輝度信号を算出することが可能となる。
【００５０】
図９は、第２輝度信号制御部５０３におけるサブブロック毎の輝度信号算出の数値例を示す図である。本発明の実施の形態１においては、第２輝度信号制御部５０３に対して図７に示す発光領域毎の輝度信号が入力されるものとしている。
【００５１】
図９に示す数値例において、第２輝度信号制御部５０３は、１つの発光領域２２を、まず４つのサブブロック８０１に分割する。さらに、発光領域２２毎に設定された１６個の輝度信号に基づいて、サブブロック８０１に対応する６４個の輝度信号を生成する。本発明の実施の形態１においては、発光領域２２に設定された輝度信号の値をそのまま使用する構成としている。
＜１−１−４−４−１−４．第２メモリ＞
第２メモリ５０４は、第２輝度信号制御部５０３から入力される分割情報及び、サブブロック毎に設定された輝度信号を蓄積する機能を有する。
＜１−１−４−４−１−５．輝度信号フィルタ部＞
輝度信号フィルタ部５０５は、第２輝度信号制御部５０３から入力される分割情報及び、サブブロック毎の輝度信号に対してフィルタ処理を行なう機能を有する。また、輝度信号フィルタ部５０５は、フィルタ処理して得られるサブブロック毎の輝度信号を補間部５０６に出力する。
【００５２】
フィルタ処理を行なう際のフィルタは、２次元のフィルタとして設定されており、仮想光源２３における輝度分布特性を有する。つまり、サブブロック毎に算出された輝度信号に当該フィルタを用いてフィルタ処理することで、注目する仮想光源２３における輝度信号の影響に加えて、当該注目する仮想光源の周辺に配設される仮想光源からの影響を考慮した輝度信号に変換することが可能となる。ここで、注目する仮想光源の周辺に配設される仮想光源からの影響とは、例えば隣接する発光領域から漏れこむ光、光源２１がＬＥＤの場合であれば、ＬＥＤレンズの光拡散特性等の影響である。
【００５３】
なお、フィルタサイズは、第２輝度信号制御部５０３において分割される分割数に応じて設定されるサイズであっても構わないし、分割数よりも大きなサイズで設定されるものであっても構わない。例えば、８行８列のサブブロックに分割した場合であれば、フィルタサイズは１５行１５列のサイズで設定されることになる。
＜１−１−４−４−１−６．補間部＞
補間部５０６は、輝度信号フィルタ部５０５から入力されるサブブロック毎に算出された輝度信号を基に、画素毎のピーク輝度信号を算出する機能を有する。ここで、ピーク輝度信号とは、映像信号に基づいて算出される発光領域毎の輝度信号から推定される、液晶パネル１０が有する画素における輝度信号のピーク値である。
【００５４】
図１０は、補間部５０６における補間処理を説明するための図である。図１０においては、９個のサブブロック８０１に分割されている発光領域２２において、当該サブブロック８０１を画素１００１毎に分割することを示している。なお、サブブロック８０１には、６個の画素１００１が含まれていると設定しているが、サブブロック８０１に含まれる画素数はどのような値を用いても構わない。
【００５５】
具体的に補間部５０６は、サブブロック８０１に輝度信号が０．５と設定されている場合、当該サブブロック８０１に含まれる画素全てのピーク輝度値を０．５と設定する動作となる。
【００５６】
なお、上記の動作に限定されるものではなく、画素１００１毎に推定発光輝度値を算出する際に一般的に用いられている補間処理を使用する構成でも構わない。また、上記のように画素毎に推定発光輝度値を算出した後、例えばローパスフィルタ等のフィルタ処理を行なう構成にしても構わない。画素毎に分割した後、ローパスフィルタを用いてフィルタ処理することにより、視覚される輝度特性が滑らかになるため、液晶パネルを通じて自然な映像を表示することが可能となる効果を奏する。また、上記のフィルタ処理に用いられるフィルタは、ローパスフィルタに限定されるものではなく、バックライト部２０の発光特性等に合わせて設定されたフィルタを用いても構わない。
＜１−１−４−４−２．輝度信号補正部＞
輝度信号補正部４４０２は、入力される推定発光輝度値、映像信号及び、画素毎のピーク輝度信号を基に、当該映像信号に設定される画素における輝度信号の補正を行う機能を備える。
【００５７】
図１１は、輝度信号補正部７０２における補正動作を説明するための概念図である。
【００５８】
図１１における横軸は、図１２に示すように発光領域２２を所定の行１２０１で切った場合の各画素を示すものである。つまり、ｘ０及び、ｘ３は発光領域の端に位置する画素となる。また、縦軸は、各画素における発光輝度値を示している。図１１においては、ｘｍａｘの位置における推定発光輝度値をＬｍａｘ、発光輝度値をＬｍａｘ０と設定する。
【００５９】
図１１に示すように、本来ｘｍａｘの位置においてはＬｍａｘ０の発光輝度値とすべきところ、ｘｍａｘにおける推定発光輝度値はＬｍａｘのため、Ｌｍａｘ０まで発光させることが出来ない。そこで、輝度信号補正部４４０２は、ｘｍａｘの位置における画素の輝度信号をＬｍａｘと補正すると共に、周囲の画素における輝度信号も当該ｘｍａｘの補正動作に応じて補正を行う。つまり、輝度信号補正部４４０２は、当初予定していた発光輝度特性８０１を、発光輝度特性８０２となるように注目画素における輝度信号の補正を行う。具体的には、発光輝度値がＬ１以上Ｌｍａｘ０未満の画素に関しては、ハイライト部分においても階調が保存されるようになだらかに輝度値が変化するよう輝度信号を補正する。また、Ｌ１未満の発光輝度値の画素に関しては、輝度信号の補正は従来どおり補正を行い出力を行う。
＜１−１−４−４−２−１．輝度信号補正部における具体的補正方法＞
以下、輝度信号補正部７０２における具体的な補正方法に関して図面を参照しながら説明する。ここで補正後の画素における輝度信号をＤcとし、画素におけるピーク輝度信号をＤｍａｘ、推定発光輝度値をＤ０、映像信号に規定される輝度信号をＤと設定する。輝度信号補正部７０２においては、Ｄを、Ｄ０，Ｄｍａｘを基にＤｃに変換することが主な機能となる。なお、下記に示す補正方法は、推定発光輝度値Ｄ０よりも、ピーク輝度信号Ｄｍａｘが大きい場合、つまり映像信号ではＤｍａｘの輝度信号に規定される輝度値を要求されているが、画素において推定された発光輝度値はＤｍａｘよりも小さく輝度値が飽和してしまう場合に有効な補正である。特に、実際の映像信号に多数分布している輝度信号が小さい部分に関しては、当該映像信号に設定される階調特性を保存すると共に、ハイライト側の階調特性も補償することが可能となる。
【００６０】
図１３は、輝度信号補正部７０２における具体的な補正方法を説明するための図である。
【００６１】
図１３において、ｘ軸として映像信号に規定される輝度信号Ｄを設定し、ｙ軸として補正後の輝度信号を設定する。また、図１３におけるＤ１は補正後の輝度信号で最大発光可能な値を示し、１．０と設定する。
【００６２】
図１３におけるＤ２は、設計者が予め設定を行う値であり、推定発光輝度値Ｄ０の７０％の値等、Ｄ０よりも小さい値であればどのような値でも構わない。ただし、Ｄ２がＤ０に近づくにつれ、ハイライト側のコントラストが潰れてしまう。そのため、例えば、ハイライト側の階調特性を残したい場合は、Ｄ０と、Ｄ２の間隔を大きく取る構成とする。逆に、暗い側の階調を残したい場合は、Ｄ２をＤ０に近づける構成とする。本実施の形態１においては、Ｄ２の値をＤ０の７０％と設定する。
【００６３】
まず、補正を行う画素に規定される推定発光輝度値Ｄ０を基に、入力される輝度信号が０．０からＤ２の範囲に対して、出力される輝度信号を規定する直線（数１）を求める。
【００６４】
【数１】
【００６５】
次に、補正を行う画素に対応するピーク輝度信号Ｄｍａｘ、Ｄ２及び、（数１）を基に、入力される輝度信号がＤ２からＤｍａｘの範囲に対して、出力される輝度信号を規定する直線（数２）を求める。
【００６６】
【数２】
【００６７】
次に、映像信号に規定される輝度信号Ｄを、当該輝度信号Ｄの値に応じて（数１）若しくは、（数２）に代入し、補正後の輝度信号Ｄｃを算出する。
【００６８】
具体的に、輝度信号Ｄが０．０からＤ２までの値である場合は、（数１）に代入して、補正後の輝度信号を算出する構成となる。また、輝度信号ＤがＤ２からＤｍａｘまでの値である場合は、（数２）に代入して、補正後の輝度信号を算出する構成となる。
【００６９】
図１４は、映像信号の輝度信号と、実際に液晶パネルにおける画素の発光輝度値の関係を示す図である。
【００７０】
図１４に示すように、上記の補正を行うことで元々映像信号に規定される輝度信号のうち、０．０からＤ２までの輝度信号の部分は、そのままの階調特性を保持したまま発光させることができ、さらにＤ２からＤｍａｘまでの輝度信号については階調特性を残して補正後の輝度信号を設定することが可能となる。
【００７１】
つまり、入力信号の輝度信号をそのまま適用し、画素における透過率を制御した場合、図１４における直線１４０１に示す発光特性となるところ、補正を行い直線１４０２に示す発光特性とすることが出来る。
＜１−２．まとめ＞
上記のような構成により、本発明の実施の形態１における液晶表示装置は、入力される映像信号に規定される液晶パネルにおける画素の輝度信号を基にピーク輝度信号を算出し、当該ピーク輝度信号と、映像信号に規定される輝度信号と、信号補正部４３から出力される推定発光輝度値と、を用いて当該映像信号に規定される輝度信号を、ハイライト側の階調特性を残したまま補正することが可能となる。これより、入力画像信号の輝度信号を補正する際、画素毎に適切な輝度信号を設定することができるため、従来の液晶表示装置に比べ、バックライト部を領域毎に発光を制御した場合であっても高品位な映像を表示することが可能となる効果を奏する。
＜２．実施の形態２（映像補正部の変形例）＞
以下、映像補正部の変形例である本発明の実施の形態２について説明していく。本発明の実施の形態１における映像補正部は、入力される輝度信号が、０．０からＤ２における場合と、Ｄ２からＤｍａｘにおける場合とで当該輝度信号の出力特性を変化させ、ハイライト側に階調特性を残すように輝度信号の補正動作を行なっていた。しかし、注目画素の輝度信号を補正する場合、周りの平均輝度が低い場合にハイライト側を残す補正を行うと、全体的に輝度信号が小さくなり液晶パネルに表示される画像全体が暗くなってしまう。
【００７２】
そこで、本発明の実施の形態２においては、映像補正部において、画素における輝度信号を補正する際、映像信号における輝度信号から算出される画素毎のピーク輝度信号を基に生成可能な、注目画素における輝度信号の周辺における輝度信号に対する平均輝度信号に応じて輝度信号の補正動作を変更させる構成を特徴としている。
【００７３】
上記のように構成することで、例えば、周辺の輝度特性を考慮して輝度信号の補正動作を変更することが出来るため、より自然な階調特性を表現することが可能となる。
【００７４】
なお、本発明の実施の形態１における液晶表示装置との相違点は、映像補正部における輝度信号の補正処理が、注目する画素におけるピーク輝度信号に対する周辺画素のピーク輝度信号を用いて生成可能な平均輝度信号を使用する点である。そのため、本実施の形態２においては映像補正部を中心に説明を行う。
【００７５】
なお、本発明の実施の形態２において、実施の形態１と機能が同じものに関しては同じ番号を付し、その説明を省略する。
【００７６】
以下、本発明の実施の形態１における液晶表示装置との相違点に関して図面を参照しながら説明する。
＜２−１．映像補正部＞
図１５は、映像補正部１５０１の構成を示す模式図である。
【００７７】
映像補正部１５０１は、平均輝度信号算出部１５０２、変化率決定部１５０３、輝度信号補正部１５０４を備える構成となっている。
＜２−１−１．平均輝度信号算出部＞
平均輝度信号算出部１５０２は、入力される映像信号において設定される液晶パネル１０の画素における輝度信号のうち、所定の領域内で最大となる輝度信号を基に、画素毎のピーク輝度信号Ｄｍａｘを算出する機能を備える。さらに、当該画素毎のピーク輝度信号Ｄｍａｘを基に、注目する画素におけるピーク輝度信号Ｄｍａｘの周辺に対する平均輝度信号Ｄａｖｅを算出する機能を備える。また、平均輝度信号算出部１５０２は、算出した平均輝度信号Ｄａｖｅを変化率決定部に出力する。
【００７８】
図１６は、平均輝度信号算出部１５０２の具体的な構成を示す模式図である。平均輝度信号算出部１５０２は、ピーク輝度信号算出部４４０１が備える構成に加えて新たに、平均値フィルタ部１６０１を備える構成となる。
＜２−１−１−１．平均値フィルタ部＞
平均値フィルタ部１６０１は、補間部５０６から入力される画素毎におけるピーク輝度信号を基に、注目画素における輝度信号の、当該注目画素の周辺における画素の輝度信号に対する平均輝度信号を算出する機能を備える。
【００７９】
以下、平均輝度信号の算出方法に関して図面を参照しながら説明する。
＜２−１−１−１−１．平均輝度信号Ｄａｖｅの算出方法＞
次に、平均輝度信号算出部１６０１の平均輝度信号Ｄａｖｅの算出方法に関して、図面を参照しながら説明する。
【００８０】
図１７は、画素毎に設定されるピーク輝度信号Ｄｍａｘを基に、平均輝度信号Ｄａｖｅを算出する方法を説明するための図である。図１７に示すように、４行４列目における注目画素の平均輝度信号を算出する場合は、当該注目画素を中心とする９画素分を用いて平均輝度信号を算出する構成となる。
【００８１】
なお、平均輝度信号を算出する際に使用する画素数は９画素以外の値、例えば２５画素数等、画素間における輝度信号の変化率等を考慮して決定される値であってもかまわない。
＜２−１−２．変化率決定部＞
変化率決定部１５０３は、平均輝度信号算出部１５０２から入力される画素毎の平均輝度信号及び、信号補正部４３から入力される推定発光輝度値を基に、輝度信号補正部１５０４にて使用される変化率を画素毎に算出する機能を備える。また、変化率決定部１５０３は、画素毎に算出した変化率を輝度信号補正部１５０４に出力する。
＜２−１−２−１．変化率決定部における動作＞
次に、変化率決定部１５０３における変化率決定方法について図面を参照しながら説明する。
【００８２】
図１８は、平均輝度信号算出部１５０２から入力される平均輝度信号と、変化率との関係を示す図である。ここで画素におけるピーク輝度信号をＤｍａｘ、当該画素における推定発光輝度値をＤ０、変化率をｋと設定する。
【００８３】
図１８に示すように、平均輝度信号が大きい場合はＤｍａｘの輝度信号で規定される輝度値まで階調特性がでるように変化率が設定される。また、平均輝度信号が小さい場合は、Ｄ０の輝度信号で規定される輝度値まで階調特性がでるように変化率が設定される。さらに、平均輝度信号が上記の中間値である場合は、階調特性が連続的に変化するように変化率が設定される。例えば、平均輝度信号が０．７等の大きい値を取る場合、変化率は図１４に示すｋ２の値と設定される。
また、平均輝度信号が０．２と小さい場合、変化率は図１８に示すｋ１の値と設定される。
＜２−１−３．輝度信号補正部＞
輝度信号補正部１５０４は、入力される推定発光輝度値、映像信号及び、変化率ｋを基に、当該映像信号に設定される画素における輝度信号の補正を行う機能を備える。
＜２−１−３−１．輝度信号補正部における補正方法＞
以下、輝度信号補正部１５０４における補正方法について、図面を参照しながら説明する。
【００８４】
図１９は、輝度信号補正部１５０４における具体的な補正方法を説明するための図である。ここで補正後の画素における輝度信号をＤc、映像信号に規定される輝度信号をＤと設定する。輝度信号補正部１５０４においては、Ｄを、変化率ｋを基に規定される変換特性を基にＤｃに変換することが主な機能となる。
【００８５】
まず、補正を行う画素に規定される変化率ｋを基に、入力される輝度信号が０．０からＤ２の範囲に対して、出力される輝度信号を規定する直線（数３）を求める。
【００８６】
【数３】
【００８７】
次に、映像信号に規定される輝度信号Ｄを、（数３）に代入し、補正後の輝度信号Ｄｃを算出する。なお、補正後の輝度信号Ｄｃの値が１．０を超える場合は常に１．０と再設定されるものとする。
【００８８】
図２０は、映像信号の輝度信号と液晶パネルにおける画素の発光輝度の関係を示す図である。
【００８９】
図２０に示すように、平均輝度信号の大きい画素に関しては、Ｄｍａｘまで連続的に階調が表現できるように輝度値を設定することができる。しかし、元々映像信号に規定されていると輝度値よりも小さいものとなる。これば、輝度値を小さく設定する変わりにハイライト側の階調特性を残すように設定したからである。また、平均輝度信号の小さい画素に関しては、Ｄ０まで階調特性が保存されたまま輝度値を設定することができる。しかし、映像信号に規定されている輝度信号からはＬｍａｘ以上の輝度値を求められているが、輝度信号を１．０以上に設定することができないため、輝度値が飽和してしまう。これは、ハイライト側の階調特性を犠牲にする代わりに、暗い部分における階調特性を映像信号に規定されるものと同一とするように設定したためである。
【００９０】
つまり、画素における平均輝度信号が小さい場合は、図２０における直線２００１に示す発光特性となる。一方、画素における平均輝度が高い場合は、図２０における直線２００２に示すハイライト側まで階調特性を表現可能な発光特性と設定することが可能となる。
＜２−２．まとめ＞
上記のような構成により、本発明の実施の形態２における液晶表示装置は、入力される映像信号に規定される液晶パネルにおける画素の輝度信号を基にピーク輝度信号を算出し、算出したピーク輝度信号から、画素毎におけるピーク輝度信号の平均輝度信号を算出し、当該平均輝度信号から映像信号の輝度信号を補正する際の変化率を算出し、当該算出した変化率を用いて補正後の輝度信号を算出することが可能となる。これより、入力画像信号の輝度信号を補正する際、注目画素の周辺におけるピーク輝度信号を考慮した補正を行うことが出来るため、ハイライト側の階調特性を保存すると共に、輝度信号の補正を行うことが可能となる効果を奏する。
＜３．実施の形態３（平均輝度信号算出部の変形例）＞
以下、平均輝度信号算出部の変形例である本発明の実施の形態３について説明していく。本発明の実施の形態２において説明した平均輝度算出部１５０２は、入力される輝度信号のピーク輝度信号を画素毎に算出し、当該ピーク輝度信号の平均輝度信号を算出する構成となっていた。しかし、ピーク輝度信号の平均輝度信号を考慮した場合、例えば発光領域２２の１つの画素のみが周辺画素より高い輝度信号となるような状況下においては、発光領域２２全体の最適化を図ることができなかった。
【００９１】
そこで、本発明の実施の形態３においては、平均輝度信号算出部が、画素における輝度信号を補正する際、注目画素における輝度信号の周辺における輝度信号に対する平均輝度信号に応じて輝度信号の補正動作を変更する特徴を備える構成となる。
【００９２】
上記のように構成することで、例えば、周辺の輝度特性を考慮して輝度信号の補正動作を変更することが出来るため、液晶パネル全体における輝度信号の最適化を図った階調特性を表現することが可能となる。
【００９３】
なお、本発明の実施の形態２における液晶表示装置との相違点は、映像補正部が平均輝度信号算出部の代わりに、平均フィルタ部１６０１を備える点である。
【００９４】
図２１は、本発明の実施の形態３における映像補正部２１０１を示す図である。なお、本発明の実施の形態３における映像補正部２１０１は、実施の形態１及び、２と構成のみが異なり、機能は同じであるため、その詳細な説明は省略する。
【００９５】
上記のように構成することで、入力される映像信号の輝度信号を基に、画素における周辺の画素の輝度信号を考慮した平均輝度信号を算出することがでる。さらに、当該平均輝度信号を基に映像信号の輝度信号を補正する際の変化率を算出し、当該算出した変化率を用いて補正後の輝度信号を算出することが可能となる。これにより、入力画像信号の輝度信号を補正する際、注目画素の周辺における輝度信号を考慮した補正を行うことが出来るため、液晶パネル１０全体を最適化するように輝度信号の補正を行うことが可能となる効果を奏する。
＜４．その他の実施形態＞
以下、その他の実施の形態に関して説明する。
【００９６】
本発明の実施の形態１から２において、バックライト部２０の側面部に仮想光源２３からの照射光を反射する反射板を設ける構成にしても構わない。図２２は、バックライト部２０に反射板２２０１が設けられた構成を示す図である。バックライト部２０に反射板２２０１が設定されると、仮想的にバックライト部２０が拡大されたような挙動を示す。つまり、バックライト部２０の周辺に仮想的なバックライト部２２０２、２２０３、２２０４を備える構成とみなされる。
【００９７】
本発明の実施の形態におけるフィルタ処理は、仮想的に設定されたバックライト部２０に対しても処理する構成となる。
【００９８】
上記のような構成を行うことで、さらに精度よく注目画素におけるピーク輝度信号及び、平均輝度信号を算出することが可能となる。
【００９９】
本発明の実施の形態１から２において、光源２１は白色光を発するＬＥＤを用いるとしたが、ＲＧＢの光を混色して白色を発するものでＲ，Ｇ，Ｂそれぞれの発光輝度を制御できるものであっても良い。図２３はＲ，Ｇ，Ｂが独立して制御できるバックライトを有する液晶表示装置の制御部の構成を示す図である。バックライト制御部４１からはＲ，Ｇ，Ｂそれぞれに対応する輝度信号が出力される。輝度推定部および信号補正部に関してはＲ，Ｇ，Ｂそれぞれに対応するように３系統もうけられている。このように構成することでＲ，Ｇ，Ｂ毎の推定発光輝度値を算出することになる。さらに、図２４は映像補正部２３０１の具体的な構成を示す図である。Ｒ，Ｇ，Ｂが独立して制御される場合、ピーク輝度信号算出部には、ＲＧＢ信号からそれぞれ生成される推定発光輝度値が入力されピーク輝度値が決定される。また、生成されたピーク輝度値を基に、輝度信号補正部においてはＲ，Ｇ、Ｂが独立して制御されることになる。
【０１００】
上記のような構成を行うことで、Ｒ，Ｇ、Ｂが独立して発光輝度が制御できる場合であっても精度良く注目画素における推定発光輝度値を算出することが可能となる。
【０１０１】
なお、上記の実施の形態１から実施の形態３を組み合わせて用いても構わない。また、その他の実施の形態を実施の形態１から実施の形態３と組み合わせて用いても構わない。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明にかかる表示装置および表示方法は、よれば、高品位な映像を表示しつつ、消費電力の低減を図ることが可能になるので、液晶表示装置に適用して好適な表示装置および表示方法等として有用である。
【符号の説明】
【０１０３】
１０ 液晶パネル
２０ バックライト部
２１ 光源
２２ 発光領域
２３ 仮想光源
３０ バックライトドライバ
４０ 制御部
４１ バックライト制御部
４２ 輝度推定部
４３ 信号補正部
４４、１５０１、２１０１、２３０１ 映像補正部
５０１ 第１透過率制御部
５０２ 第１メモリ
５０３ 第２透過率制御部
５０４ 第２メモリ
５０５ 輝度信号フィルタ部
５０６ 補間部
８０１ サブブロック
１００１ 当初予定していた発光特性
１１０２ 発光特性
１２０１ 行
１４０１ 従来の階調特性
１４０２ 補正後の階調特性
１５０２ 平均輝度信号算出部
１５０３ 変化率決定部
１５０４、４４０２ 輝度信号補正部
１６０１ 平均値フィルタ部
２００１ 発光特性
２００２ ハイライト側まで階調特性を表現可能な発光特性
２２０１ 反射板
２２０２、２２０３、２２０４ 仮想的なバックライト部
４４０１ ピーク輝度信号算出部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、液晶表示装置に適用して好適な表示装置および表示方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、静止画や、動画で構成される映像の表示が可能な液晶表示装置は、製造技術が進展したことによる価格の低下や、液晶表示装置自体の薄型軽量化及び、表示機能における高画質化技術の開発によって急速に普及し、パーソナルコンピュータのモニター又は、デジタル放送波を受信し表示を行なうデジタルＴＶ等に広く用いられている。
【０００３】
上記のような液晶表示装置は、主に反射型液晶表示装置と、透過型液晶表示装置と、がある。この２つのうち、透過型液晶表示装置が一般的に広く用いられている。この透過型液晶表示装置は、例えば冷陰極管で構成されるバックライトと呼ばれる面状光源を備え、そこから照射される光を、液晶パネルにおいて空間変調し、所望する映像の表示を行なう。
【０００４】
上記のような従来の液晶表示装置において、例えば所望する映像が暗い映像である場合、液晶パネルにおける光の輝度信号を調整することで暗い映像を表現しており、バックライトの輝度調整を行なってはいない。そのため、このような暗い映像であったとしてもバックライトは、最大輝度で発光するため、消費電力が高い問題があった。さらに、液晶パネルの光の輝度信号も、完全に０とはならないため、暗い場面の映像においてもバックライトの光が漏れ白っぽく表示されてしまう、いわゆる黒浮きという現象が発生していた。
これに対してＬＥＤ等の光源を用いて画面を分割して局所的にバックライトの輝度を変える技術が提案されている。特許文献１では、領域内で他の領域の光源から来る光量が一定として扱う技術が開示されている。また、特許文献２においては、バックライト領域間の輝度分布を近似関数を用いて求める構成が記載されている。さらに、特許文献３では他の領域の光源の輝度レベルに応じて階調補正を行うことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−０３４２５１号公報
【特許文献２】特開２００５−２５８４０３号公報
【特許文献３】特開２００２−９９２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ＬＥＤ等の光源を用いて画面を分割して局所的にバックライトの輝度を変える技術を行う場合、映像信号と同等に表示する輝度を保つよう制御するためには各画素の発光輝度値がわからないと制御できない。さらに、他の領域の光源からくる光量を各画素毎に考慮しなければ各画素の発光輝度値はわからない。
【０００７】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、バックライトの制御に応じて、各画素における発光輝度値を推定し、当該発光輝度値に応じて映像信号を補正することで高品位な映像を表示しつつ、消費電力の低減を図ることができる表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明の液晶表示装置は、入力される映像信号による映像を表示する液晶パネルと、当該液晶パネルを照射する複数の光源と、前記映像信号に応じて、前記複数の光源の発光輝度値を規定する輝度制御信号を、前記液晶パネルの所定の領域毎に生成する輝度制御部と、を備える液晶表示装置であって、前記輝度制御信号に応じて、前記液晶パネルが有する画素の光源輝度値を推定する輝度推定部と、前記光源輝度に応じて、第１の補正量を算出する第１補正量算出部と、前記領域が有する画素の最高輝度値と、前記映像信号と、に応じて前記第１の補正量を補正して第２の補正量を算出する第２補正量算出部と、前記第２の補正量に応じて、前記映像信号を補正する映像補正部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の液晶表示装置によれば、従来の液晶表示装置に比べ、バックライト部を領域毎に発光を制御した場合であっても高品位な映像を表示することが可能となる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１における液晶表示装置を示す模式図
【図２】バックライト部２０の具体的な構成を示す図
【図３】制御部４０の具体的な構成を示す模式図
【図４】信号補正部４３の具体的な構成を示す模式図
【図５】ピーク輝度信号算出部４４０１の具体的な構成を示す模式図
【図６】映像信号の画素毎に設定される輝度信号を表す図
【図７】発光領域毎の輝度信号を示す図
【図８】サブブロック分割部４２３の分割動作を説明するための模式図
【図９】第２輝度信号制御部５０３におけるサブブロック毎の輝度信号算出の数値例を示す図
【図１０】補間部５０６における補間処理を説明するための図
【図１１】輝度信号補正部７０２における補正動作を説明するための概念図
【図１２】発光領域を水平方向から見た斜視図
【図１３】輝度信号補正部７０２における具体的な補正方法を説明するための図
【図１４】映像信号の輝度信号と、実際に液晶パネルにおける画素の発光輝度値の関係を示す図
【図１５】映像補正部１５０１の構成を示す模式図
【図１６】平均輝度信号算出部１５０２の具体的な構成を示す模式図
【図１７】画素毎に設定されるピーク輝度信号Ｄｍａｘを基に、平均輝度信号Ｄａｖｅを算出する方法を説明するための図
【図１８】平均輝度信号算出部１５０２から入力される平均輝度信号と、変化率との関係を示す図
【図１９】輝度信号補正部１５０４における具体的な補正方法を説明するための図
【図２０】映像信号の輝度信号と液晶パネルにおける画素の発光輝度の関係を示す図
【図２１】本発明の実施の形態３における映像補正部２１０１を示す図
【図２２】バックライト部２０に反射板２２０１が設けられた構成を示す図
【図２３】Ｒ，Ｇ，Ｂが独立して制御できるバックライトを有する液晶表示装置の制御部の構成を示す図
【図２４】映像補正部２３０１の具体的な構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜目次＞
１．本発明の実施の形態１
１−１．液晶表示装置の構成
１−１−１．液晶パネル
１−１−２．バックライト部
１−１−３．バックライトドライバ
１−１−４．制御部
１−１−４−１．バックライト制御部
１−１−４−２．輝度推定部
１−１−４−３．信号補正部
１−１−４−４．映像補正部
１−１−４−４−１．ピーク輝度信号算出部
１−１−４−４−１−１．第１透過率制御部
１−１−４−４−１−２．第１メモリ
１−１−４−４−１−３．第２透過率制御部
１−１−４−４−１−３−１．発光領域の分割方法
１−１−４−４−１−３−２．サブブロックに対応する輝度信号の生成方法
１−１−４−４−１−４．第２メモリ
１−１−４−４−１−５．輝度信号フィルタ部
１−１−４−４−１−６．補間部
１−１−４−４−２．輝度信号補正部
１−１−４−４−２−１．輝度信号補正部における具体的補正方法
１−２．まとめ
２．実施の形態２
２−１．映像補正部
２−１−１．平均輝度信号算出部
２−１−１−１．平均値フィルタ部
２−１−１−１−１．平均輝度信号Ｄａｖｅの算出方法
２−１−２．変化率決定部
２−１−２−１．変化率決定部における動作
２−１−３．輝度信号補正部
２−１−３−１．輝度信号補正部における補正方法
２−２．まとめ
３．実施の形態３
４．その他の実施形態
以下本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
＜１．実施の形態１＞
以下、本発明の実施の形態１について、図面を参照しながら説明する。
＜１−１.液晶表示装置の構成＞
まずは、液晶表示装置の構成に関して説明する。
【００１２】
図１は、本発明の実施の形態１における液晶表示装置を示す模式図である。
【００１３】
液晶表示装置１は、液晶パネル１０、バックライト部２０、バックライトドライバ３０、制御部４０とから構成される。以下、各部の構成について詳細に説明する。
＜１−１−１.液晶パネル＞
液晶パネル１０は、バックライト部２０によって背面から照射される照射光を、制御部４０から入力される制御信号に応じて変調し画像を表示する機能を有する。
【００１４】
また、液晶パネル１０は、ガラス基板に液晶層を挟み込んだ構成をしており、ゲートドライバ（図示せず）やソースドライバ（図示せず）などによって、各画素に対応する液晶層に信号電圧が与えられて透過率が制御される。液晶パネル１０が有するゲートドライバ若しくは、ソースドライバには制御部４０から入力される透過率を基に画素における透過率を制御する制御信号を生成する構成となっている。
【００１５】
また、液晶パネル１０は、ＩＰＳ（Ｉｎ Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式を用いている。ＩＰＳ方式は、液晶分子がガラス基板と平行に回転するシンプルな動きにより、広視野角で、見る方向による色調変化や全階調での色調変化が少な意といった特徴を有する。なお、液晶パネル１０は、光変調を行うデバイスであればどのようなものを利用してもよく、例えば光変調の他方式としてＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式などを用いても良い。
＜１−１−２．バックライト部＞
バックライト部２０は、液晶パネル１０の背面に対して画像を表示させるための照射光を照射する機能を有するデバイスである。
【００１６】
バックライト部２０は、光源２１を有しており、複数の光源２１を単位とする発光領域を基本単位としてバックライトドライバから出力される発光制御信号に基づいて制御される。それぞれの発光領域は、液晶パネル１０の画像表示領域と対向して設けられており、対向する画像表示領域をそれぞれ主として照射する。ここで、「主として照射する」としたのは、対向していない画像表示領域にも一部の照明光が照射されることがあるためである。
【００１７】
なお、液晶パネル１０及び、バックライト部２０との間に拡散シートを設け、発光領域から照射される光が均一となるようにしても構わない。
【００１８】
ここで、光源２１は白色光を発するＬＥＤを用いるものとする。なお、光源２１は、直接白色光を発するものに限られない。例えばＲＧＢの光を混色して白色を発するものであっても構わない。
【００１９】
図２は、バックライト部２０の具体的な構成を示す図である。
【００２０】
バックライト部２０は、複数の光源２１が均等に配列された特徴を備え、８個の光源２１を１つの単位とする発光領域２２を備える。この光源２１は、発光領域２２が均一に発光するように拡散板が備えられる構成となっている。さらに、発光領域２２は８個の光源２１を、仮想的に１つの光源として扱えるように仮想光源２３が設定されている。また、図２に示すようにバックライト部２０が１６個の発光領域に分割されている構成となっている。
【００２１】
なお、図２に示すｘ軸方向を水平方向、ｙ軸方向を垂直方向と設定する。
【００２２】
制御部４０は、この仮想光源２３を制御することで、発光領域２２の制御を行う構成となっている。仮想光源２３は、図２より発光領域２２の中心部分に位置する構成となっているが、８個の光源２１を同時に制御する際、発光領域２２に対して均一に発光可能であればどのような配置でも構わない。
＜１−１−３．バックライトドライバ＞
バックライトドライバ３０は、制御部４０から入力される発光領域毎に発光効率が設定された輝度信号に基づいて、個々の光源２１を駆動制御する発光制御信号を生成して出力する。
＜１−１−４．制御部＞
制御部４０は、入力される映像信号に基づいて液晶パネル１０の各画素に対応する液晶層の透過率を規定する発光透過率及び、バックライト部２０が有する複数の発光領域毎に発光効率を規定した輝度信号を生成する機能を有する。
【００２３】
本発明の実施の形態１における制御部４０は、図２に示すようにバックライト部２０が１６分割されているため、輝度信号も入力信号の１フレームにつき１６個生成することになる。
【００２４】
図３は制御部４０の具体的な構成を示す模式図である。
【００２５】
制御部４０は具体的に、バックライト制御部４１、輝度推定部４２、信号補正部４３、映像補正部４４を備える構成となる。
＜１−１−４−１．バックライト制御部＞
バックライト制御部４１は、入力される映像信号に基づいて、輝度信号を生成する機能を有する。バックライト制御部４１は、生成した輝度信号をバックライトドライバ３０及び、輝度推定部４２に出力する。
【００２６】
なお、本発明の実施の形態１における輝度信号は、仮想光源２３毎の発光率を決める信号であって、各仮想光源の最大輝度値を基準にした発光輝度の割合を示している。なお、説明の便宜上、仮想光源２３の無発光輝度を０、最大輝度を２５５と設定し、当該最大輝度２５５を１と設定した場合の割合を輝度信号とする。例えば、発光輝度が１２８でれば、輝度信号は０．５となる。
＜１−１−４−２．輝度推定部＞
輝度推定部４２は、バックライト制御部４１から入力される発光領域毎に設定される輝度信号に基づいて、液晶パネル１０が有する各画素における発光輝度の推定値である推定発光輝度信号を生成する機能を有する。輝度推定部４２は、推定発光輝度信号を信号補正部４３に出力する。
＜１−１−４−３．信号補正部＞
信号補正部４３は、入力される映像信号の特性を検出し、当該特性に合わせて輝度推定部４２において推定された推定発光輝度値の特性変換を行う機能を備える。例えば、入力される映像信号がガンマ変換されている場合は、推定発光輝度値に対してガンマ変換を行う構成となる。具体的な変換方法に関しては、変換テーブルを用いても構わない。
＜１−１−４−４．映像補正部＞
映像補正部４４は、信号補正部４３から入力される液晶パネル１０における各画素の推定発光輝度値と、入力される映像信号が有する注目画素の輝度信号とを基に、当該輝度信号を補正し、補正した輝度信号を透過率として出力する機能を有する。
【００２７】
バックライト部２０において発光領域毎の輝度制御を行った場合、液晶パネル１０及び、バックライト部２０に入力される信号が同じ映像信号に基づいて生成されていたとしても、その映像を表示する表示領域を照明する発光領域の輝度の変化に応じて、表示される画像の輝度が異なる。そのため、表示される映像が不自然に視認される場合がある。この問題は、入力される映像信号が、バックライト部２０における光源が一定で発光することを前提として生成されているからである。
【００２８】
これを低減するため、補正量決定部４４は、発光領域の輝度信号から生成されたある画素における推定発光輝度値に連動して液晶パネル１０に表示する画像のコントラストゲインが変更されるように、映像信号において規定される画素における輝度信号を補正する必要がある。
【００２９】
以下図面を参照しながら信号補正部４３の具体的な構成に関して説明を行う。
【００３０】
図７は、信号補正部４３の具体的な構成を示す模式図である。
【００３１】
信号補正部４３は、ピーク輝度信号算出部７０１、輝度信号補正部７０２を備える構成となっている。
＜１−１−４−４−１．ピーク輝度信号算出部＞
ピーク輝度信号算出部４４０１は、入力される映像信号において設定される液晶パネル１０の画素における輝度信号のうち、所定の領域内で最大となる輝度信号を基に、画素毎のピーク輝度信号Ｄｍａｘを算出する機能を備える。さらに、ピーク輝度信号算出部４４０１は、算出したピーク輝度信号Ｄｍａｘを輝度信号補正部４４０２に出力する。
【００３２】
なお、上記の所定の領域とは、バックライト部２０に設定さえる発光領域としても構わない。この場合、バックライト部２０が１６個の発光領域を有する構成であれば、１６個の輝度信号を基に、ピーク輝度信号Ｄｍａｘを算出する構成となる。以下、所定の領域を発光領域として説明する。
【００３３】
また、ピーク輝度信号算出部４４０１は、バックライト部２０に設定される発光領域をｎ個のサブブロックに分割し、当該サブブロックを上記所定の領域と設定する構成でも構わない。この場合、バックライト部２０が１６個の発光領域を有する構成でれば、１６ｎ個の輝度信号を基に、ピーク輝度信号を算出する構成となる。
【００３４】
なお、ピーク輝度信号算出部４４０１は、ピーク輝度信号を算出する前にローパスフィルタを用いてフィルタ処理する構成にしても構わない。
【００３５】
また、領域間のピーク輝度信号が連続的に変換するように、補正処理を行なう構成としても構わない。
【００３６】
図５は、ピーク輝度信号算出部４４０１の具体的な構成を示す模式図である。図５におけるピーク輝度信号算出部４４０１は、入力される映像信号において画素毎に設定される輝度信号を、１６個の領域に分割し、当該１６個の領域をさらに６４個のサブブロックに分割した後、当該サブ領域にフィルタ処理を行ない、フィルタ処理の結果から画素毎のピーク輝度信号を算出する構成を示す。
【００３７】
ピーク輝度信号算出部４４０１は、第１輝度信号制御部５０１、第１メモリ５０２、第２輝度信号制御部５０３、第２メモリ５０４、輝度信号フィルタ部５０５、補間部５０６を備える構成となっている。
＜１−１−４−４−１−１．第１輝度信号制御部＞
第１輝度信号制御部５０１は、入力される映像信号の画素毎に設定される輝度信号を基に、所定の領域毎に輝度信号のピーク値を検出する機能を備える。また、第１メモリ５０２に蓄積される情報のリード機能、画素毎に設定される輝度信号及び、上記所定の領域毎の輝度信号のライト機能、第２輝度信号制御部５０３に対して第１メモリ５０２からリードした輝度信号を出力する機能を有する。
【００３８】
以下、第１輝度信号制御部５０１の動作について図面を参照しながら説明する。
【００３９】
図６は映像信号の画素毎に設定される輝度信号を表す図である。
【００４０】
第１輝度信号制御部５０１は、図６に示す画素毎の輝度信号が入力された場合、発光領域２２毎に輝度信号のピーク値を検出する動作を行う。図６に示す画素毎の輝度信号から発光領域２２毎のピーク値を検出すると、図７に示すような輝度信号に関する行列となる。
【００４１】
なお、入力される映像信号には、ＲＧＢ信号の３種が含まれている。そのため、所定の領域毎のピーク値を検出する際は、所定の領域内のＲ信号、Ｇ信号、Ｂ信号において設定される輝度信号のうち、最大の輝度信号をピーク値として検出することになる。
＜１−１−４−４−１−２．第１メモリ＞
第１メモリ５０２は、第１輝度信号制御部５０１から入力される映像信号の画素毎に設定される輝度信号、発光領域毎に設定される輝度信号を蓄積する機能を有する。
＜１−１−４−４−１−３．第２輝度信号制御部＞
第２輝度信号制御部５０３は、第１輝度信号制御部５０１から入力される発光領域２２毎の輝度信号を基に、発光領域２２をサブブロック単位に分割すると共に、当該サブブロック毎に輝度信号を生成する機能を有する。つまり、第２輝度信号制御部５０３は、発光領域２２を、当該発光領域よりも小さい複数の領域に分割する。
【００４２】
また、第２メモリ５０４に蓄積される情報のリード機能、発光領域毎に設定される輝度信号及び、サブブロック毎の輝度信号のライト機能、輝度信号フィルタ部５０５に対して第２メモリ５０４からリードした輝度信号を出力する機能を有する。
【００４３】
以下、第２輝度信号制御部５０３における領域の分割方法及び、輝度信号の生成方法に関して説明する。
＜１−１−４−４−１−３−１．発光領域の分割方法＞
１つの発光領域をサブブロックに分割する際、第２輝度信号制御部５０３は、サブブロック８０１が略正方形状になるよう分割するように構成する。ここで、略正方形状としたのは、１：１．３等の厳密には正方形状ではないものでも構わないためである。例えば、第２輝度信号制御部５０３は、発光領域２２の縦横比が９：１６である場合、略正方形状のサブブロックで１４４分割する構成となる。
【００４４】
例えば４×２と水平方向に広がりを持つように、発光領域２２内の光源２１が配設されているとしても、略正方形状のサブブロックに分割することで、水平方向及び、垂直方向に同じ数だけ光源２１が配設されている発光領域と同様の扱いをすることが可能となる。そのため、各光源２１の光の拡散度合い、各光源２１の配設方法、発光領域２２に含まれる光源２１の個数が変化する場合であっても、適切に発光領域における輝度信号を設定することが可能となる効果を奏する。
【００４５】
なお、第２輝度信号制御部５０３は発光領域２２に含まれる光源２１の個数分だけ、当該発光領域２２を分割する構成にしても構わない。具体的に、第２輝度信号制御部５０３は発光領域２２に８個の光源２１が含まれていると判断した場合、当該発光領域を８個のサブブロック８０１に分割する構成となる。この場合、光源２１単位で制御を行うのと同様に扱うことが可能となるため、適切に発光領域における輝度信号を設定することが可能となる効果を奏する。
【００４６】
図８は、サブブロック分割部４２３の分割動作を説明するための模式図である。図８は、１つの発光領域２２に対して、４個のサブブロック８０１に分割する動作を示している。
＜１−１−４−４−１−３−２．サブブロックに対応する輝度信号の生成方法＞
サブブロック毎に輝度信号を算出する際、第２輝度信号制御部５０３は、１つの発光領域内の全サブブロックの輝度信号を、発光領域の輝度信号と設定する構成でも構わない。例えば、発光領域の輝度信号が０．５である場合、当該発光領域内のサブブロックの輝度信号は全て０．５と設定する。
【００４７】
なお、第２輝度信号制御部５０３は、サブブロック毎に輝度信号を算出する際、当該サブブロックに対してフィルタ処理を行なう構成にしても構わない。フィルタ処理を行なう際のフィルタ係数は、各光源２１の光の拡散度合い、各光源２１の配設方法、発光領域２２に含まれる光源２１の個数によって設定される値である。また、拡散板が設けられている場合は、当該拡散板の光拡散特性を基にフィルタ係数を設定しても構わない。
【００４８】
例えば４×２と水平方向に広がりを持つように、発光領域２２内の光源２１が配設されている場合、仮想光源２３が発光領域の中心にあるとすると、当該仮想光源２３を中心として略楕円形状に輝度信号が変化していくようにフィルタ係数を設定するようになる。
【００４９】
上記のように構成することで、発光領域２２内の詳細な光特性を表現することが可能となるため、適切に輝度信号を算出することが可能となる。
【００５０】
図９は、第２輝度信号制御部５０３におけるサブブロック毎の輝度信号算出の数値例を示す図である。本発明の実施の形態１においては、第２輝度信号制御部５０３に対して図７に示す発光領域毎の輝度信号が入力されるものとしている。
【００５１】
図９に示す数値例において、第２輝度信号制御部５０３は、１つの発光領域２２を、まず４つのサブブロック８０１に分割する。さらに、発光領域２２毎に設定された１６個の輝度信号に基づいて、サブブロック８０１に対応する６４個の輝度信号を生成する。本発明の実施の形態１においては、発光領域２２に設定された輝度信号の値をそのまま使用する構成としている。
＜１−１−４−４−１−４．第２メモリ＞
第２メモリ５０４は、第２輝度信号制御部５０３から入力される分割情報及び、サブブロック毎に設定された輝度信号を蓄積する機能を有する。
＜１−１−４−４−１−５．輝度信号フィルタ部＞
輝度信号フィルタ部５０５は、第２輝度信号制御部５０３から入力される分割情報及び、サブブロック毎の輝度信号に対してフィルタ処理を行なう機能を有する。また、輝度信号フィルタ部５０５は、フィルタ処理して得られるサブブロック毎の輝度信号を補間部５０６に出力する。
【００５２】
フィルタ処理を行なう際のフィルタは、２次元のフィルタとして設定されており、仮想光源２３における輝度分布特性を有する。つまり、サブブロック毎に算出された輝度信号に当該フィルタを用いてフィルタ処理することで、注目する仮想光源２３における輝度信号の影響に加えて、当該注目する仮想光源の周辺に配設される仮想光源からの影響を考慮した輝度信号に変換することが可能となる。ここで、注目する仮想光源の周辺に配設される仮想光源からの影響とは、例えば隣接する発光領域から漏れこむ光、光源２１がＬＥＤの場合であれば、ＬＥＤレンズの光拡散特性等の影響である。
【００５３】
なお、フィルタサイズは、第２輝度信号制御部５０３において分割される分割数に応じて設定されるサイズであっても構わないし、分割数よりも大きなサイズで設定されるものであっても構わない。例えば、８行８列のサブブロックに分割した場合であれば、フィルタサイズは１５行１５列のサイズで設定されることになる。
＜１−１−４−４−１−６．補間部＞
補間部５０６は、輝度信号フィルタ部５０５から入力されるサブブロック毎に算出された輝度信号を基に、画素毎のピーク輝度信号を算出する機能を有する。ここで、ピーク輝度信号とは、映像信号に基づいて算出される発光領域毎の輝度信号から推定される、液晶パネル１０が有する画素における輝度信号のピーク値である。
【００５４】
図１０は、補間部５０６における補間処理を説明するための図である。図１０においては、９個のサブブロック８０１に分割されている発光領域２２において、当該サブブロック８０１を画素１００１毎に分割することを示している。なお、サブブロック８０１には、６個の画素１００１が含まれていると設定しているが、サブブロック８０１に含まれる画素数はどのような値を用いても構わない。
【００５５】
具体的に補間部５０６は、サブブロック８０１に輝度信号が０．５と設定されている場合、当該サブブロック８０１に含まれる画素全てのピーク輝度値を０．５と設定する動作となる。
【００５６】
なお、上記の動作に限定されるものではなく、画素１００１毎に推定発光輝度値を算出する際に一般的に用いられている補間処理を使用する構成でも構わない。また、上記のように画素毎に推定発光輝度値を算出した後、例えばローパスフィルタ等のフィルタ処理を行なう構成にしても構わない。画素毎に分割した後、ローパスフィルタを用いてフィルタ処理することにより、視覚される輝度特性が滑らかになるため、液晶パネルを通じて自然な映像を表示することが可能となる効果を奏する。また、上記のフィルタ処理に用いられるフィルタは、ローパスフィルタに限定されるものではなく、バックライト部２０の発光特性等に合わせて設定されたフィルタを用いても構わない。
＜１−１−４−４−２．輝度信号補正部＞
輝度信号補正部４４０２は、入力される推定発光輝度値、映像信号及び、画素毎のピーク輝度信号を基に、当該映像信号に設定される画素における輝度信号の補正を行う機能を備える。
【００５７】
図１１は、輝度信号補正部７０２における補正動作を説明するための概念図である。
【００５８】
図１１における横軸は、図１２に示すように発光領域２２を所定の行１２０１で切った場合の各画素を示すものである。つまり、ｘ０及び、ｘ３は発光領域の端に位置する画素となる。また、縦軸は、各画素における発光輝度値を示している。図１１においては、ｘｍａｘの位置における推定発光輝度値をＬｍａｘ、発光輝度値をＬｍａｘ０と設定する。
【００５９】
図１１に示すように、本来ｘｍａｘの位置においてはＬｍａｘ０の発光輝度値とすべきところ、ｘｍａｘにおける推定発光輝度値はＬｍａｘのため、Ｌｍａｘ０まで発光させることが出来ない。そこで、輝度信号補正部４４０２は、ｘｍａｘの位置における画素の輝度信号をＬｍａｘと補正すると共に、周囲の画素における輝度信号も当該ｘｍａｘの補正動作に応じて補正を行う。つまり、輝度信号補正部４４０２は、当初予定していた発光輝度特性８０１を、発光輝度特性８０２となるように注目画素における輝度信号の補正を行う。具体的には、発光輝度値がＬ１以上Ｌｍａｘ０未満の画素に関しては、ハイライト部分においても階調が保存されるようになだらかに輝度値が変化するよう輝度信号を補正する。また、Ｌ１未満の発光輝度値の画素に関しては、輝度信号の補正は従来どおり補正を行い出力を行う。
＜１−１−４−４−２−１．輝度信号補正部における具体的補正方法＞
以下、輝度信号補正部７０２における具体的な補正方法に関して図面を参照しながら説明する。ここで補正後の画素における輝度信号をＤcとし、画素におけるピーク輝度信号をＤｍａｘ、推定発光輝度値をＤ０、映像信号に規定される輝度信号をＤと設定する。輝度信号補正部７０２においては、Ｄを、Ｄ０，Ｄｍａｘを基にＤｃに変換することが主な機能となる。なお、下記に示す補正方法は、推定発光輝度値Ｄ０よりも、ピーク輝度信号Ｄｍａｘが大きい場合、つまり映像信号ではＤｍａｘの輝度信号に規定される輝度値を要求されているが、画素において推定された発光輝度値はＤｍａｘよりも小さく輝度値が飽和してしまう場合に有効な補正である。特に、実際の映像信号に多数分布している輝度信号が小さい部分に関しては、当該映像信号に設定される階調特性を保存すると共に、ハイライト側の階調特性も補償することが可能となる。
【００６０】
図１３は、輝度信号補正部７０２における具体的な補正方法を説明するための図である。
【００６１】
図１３において、ｘ軸として映像信号に規定される輝度信号Ｄを設定し、ｙ軸として補正後の輝度信号を設定する。また、図１３におけるＤ１は補正後の輝度信号で最大発光可能な値を示し、１．０と設定する。
【００６２】
図１３におけるＤ２は、設計者が予め設定を行う値であり、推定発光輝度値Ｄ０の７０％の値等、Ｄ０よりも小さい値であればどのような値でも構わない。ただし、Ｄ２がＤ０に近づくにつれ、ハイライト側のコントラストが潰れてしまう。そのため、例えば、ハイライト側の階調特性を残したい場合は、Ｄ０と、Ｄ２の間隔を大きく取る構成とする。逆に、暗い側の階調を残したい場合は、Ｄ２をＤ０に近づける構成とする。本実施の形態１においては、Ｄ２の値をＤ０の７０％と設定する。
【００６３】
まず、補正を行う画素に規定される推定発光輝度値Ｄ０を基に、入力される輝度信号が０．０からＤ２の範囲に対して、出力される輝度信号を規定する直線（数１）を求める。
【００６４】
【数１】
【００６５】
次に、補正を行う画素に対応するピーク輝度信号Ｄｍａｘ、Ｄ２及び、（数１）を基に、入力される輝度信号がＤ２からＤｍａｘの範囲に対して、出力される輝度信号を規定する直線（数２）を求める。
【００６６】
【数２】
【００６７】
次に、映像信号に規定される輝度信号Ｄを、当該輝度信号Ｄの値に応じて（数１）若しくは、（数２）に代入し、補正後の輝度信号Ｄｃを算出する。
【００６８】
具体的に、輝度信号Ｄが０．０からＤ２までの値である場合は、（数１）に代入して、補正後の輝度信号を算出する構成となる。また、輝度信号ＤがＤ２からＤｍａｘまでの値である場合は、（数２）に代入して、補正後の輝度信号を算出する構成となる。
【００６９】
図１４は、映像信号の輝度信号と、実際に液晶パネルにおける画素の発光輝度値の関係を示す図である。
【００７０】
図１４に示すように、上記の補正を行うことで元々映像信号に規定される輝度信号のうち、０．０からＤ２までの輝度信号の部分は、そのままの階調特性を保持したまま発光させることができ、さらにＤ２からＤｍａｘまでの輝度信号については階調特性を残して補正後の輝度信号を設定することが可能となる。
【００７１】
つまり、入力信号の輝度信号をそのまま適用し、画素における透過率を制御した場合、図１４における直線１４０１に示す発光特性となるところ、補正を行い直線１４０２に示す発光特性とすることが出来る。
＜１−２．まとめ＞
上記のような構成により、本発明の実施の形態１における液晶表示装置は、入力される映像信号に規定される液晶パネルにおける画素の輝度信号を基にピーク輝度信号を算出し、当該ピーク輝度信号と、映像信号に規定される輝度信号と、信号補正部４３から出力される推定発光輝度値と、を用いて当該映像信号に規定される輝度信号を、ハイライト側の階調特性を残したまま補正することが可能となる。これより、入力画像信号の輝度信号を補正する際、画素毎に適切な輝度信号を設定することができるため、従来の液晶表示装置に比べ、バックライト部を領域毎に発光を制御した場合であっても高品位な映像を表示することが可能となる効果を奏する。
＜２．実施の形態２（映像補正部の変形例）＞
以下、映像補正部の変形例である本発明の実施の形態２について説明していく。本発明の実施の形態１における映像補正部は、入力される輝度信号が、０．０からＤ２における場合と、Ｄ２からＤｍａｘにおける場合とで当該輝度信号の出力特性を変化させ、ハイライト側に階調特性を残すように輝度信号の補正動作を行なっていた。しかし、注目画素の輝度信号を補正する場合、周りの平均輝度が低い場合にハイライト側を残す補正を行うと、全体的に輝度信号が小さくなり液晶パネルに表示される画像全体が暗くなってしまう。
【００７２】
そこで、本発明の実施の形態２においては、映像補正部において、画素における輝度信号を補正する際、映像信号における輝度信号から算出される画素毎のピーク輝度信号を基に生成可能な、注目画素における輝度信号の周辺における輝度信号に対する平均輝度信号に応じて輝度信号の補正動作を変更させる構成を特徴としている。
【００７３】
上記のように構成することで、例えば、周辺の輝度特性を考慮して輝度信号の補正動作を変更することが出来るため、より自然な階調特性を表現することが可能となる。
【００７４】
なお、本発明の実施の形態１における液晶表示装置との相違点は、映像補正部における輝度信号の補正処理が、注目する画素におけるピーク輝度信号に対する周辺画素のピーク輝度信号を用いて生成可能な平均輝度信号を使用する点である。そのため、本実施の形態２においては映像補正部を中心に説明を行う。
【００７５】
なお、本発明の実施の形態２において、実施の形態１と機能が同じものに関しては同じ番号を付し、その説明を省略する。
【００７６】
以下、本発明の実施の形態１における液晶表示装置との相違点に関して図面を参照しながら説明する。
＜２−１．映像補正部＞
図１５は、映像補正部１５０１の構成を示す模式図である。
【００７７】
映像補正部１５０１は、平均輝度信号算出部１５０２、変化率決定部１５０３、輝度信号補正部１５０４を備える構成となっている。
＜２−１−１．平均輝度信号算出部＞
平均輝度信号算出部１５０２は、入力される映像信号において設定される液晶パネル１０の画素における輝度信号のうち、所定の領域内で最大となる輝度信号を基に、画素毎のピーク輝度信号Ｄｍａｘを算出する機能を備える。さらに、当該画素毎のピーク輝度信号Ｄｍａｘを基に、注目する画素におけるピーク輝度信号Ｄｍａｘの周辺に対する平均輝度信号Ｄａｖｅを算出する機能を備える。また、平均輝度信号算出部１５０２は、算出した平均輝度信号Ｄａｖｅを変化率決定部に出力する。
【００７８】
図１６は、平均輝度信号算出部１５０２の具体的な構成を示す模式図である。平均輝度信号算出部１５０２は、ピーク輝度信号算出部４４０１が備える構成に加えて新たに、平均値フィルタ部１６０１を備える構成となる。
＜２−１−１−１．平均値フィルタ部＞
平均値フィルタ部１６０１は、補間部５０６から入力される画素毎におけるピーク輝度信号を基に、注目画素における輝度信号の、当該注目画素の周辺における画素の輝度信号に対する平均輝度信号を算出する機能を備える。
【００７９】
以下、平均輝度信号の算出方法に関して図面を参照しながら説明する。
＜２−１−１−１−１．平均輝度信号Ｄａｖｅの算出方法＞
次に、平均輝度信号算出部１６０１の平均輝度信号Ｄａｖｅの算出方法に関して、図面を参照しながら説明する。
【００８０】
図１７は、画素毎に設定されるピーク輝度信号Ｄｍａｘを基に、平均輝度信号Ｄａｖｅを算出する方法を説明するための図である。図１７に示すように、４行４列目における注目画素の平均輝度信号を算出する場合は、当該注目画素を中心とする９画素分を用いて平均輝度信号を算出する構成となる。
【００８１】
なお、平均輝度信号を算出する際に使用する画素数は９画素以外の値、例えば２５画素数等、画素間における輝度信号の変化率等を考慮して決定される値であってもかまわない。
＜２−１−２．変化率決定部＞
変化率決定部１５０３は、平均輝度信号算出部１５０２から入力される画素毎の平均輝度信号及び、信号補正部４３から入力される推定発光輝度値を基に、輝度信号補正部１５０４にて使用される変化率を画素毎に算出する機能を備える。また、変化率決定部１５０３は、画素毎に算出した変化率を輝度信号補正部１５０４に出力する。
＜２−１−２−１．変化率決定部における動作＞
次に、変化率決定部１５０３における変化率決定方法について図面を参照しながら説明する。
【００８２】
図１８は、平均輝度信号算出部１５０２から入力される平均輝度信号と、変化率との関係を示す図である。ここで画素におけるピーク輝度信号をＤｍａｘ、当該画素における推定発光輝度値をＤ０、変化率をｋと設定する。
【００８３】
図１８に示すように、平均輝度信号が大きい場合はＤｍａｘの輝度信号で規定される輝度値まで階調特性がでるように変化率が設定される。また、平均輝度信号が小さい場合は、Ｄ０の輝度信号で規定される輝度値まで階調特性がでるように変化率が設定される。さらに、平均輝度信号が上記の中間値である場合は、階調特性が連続的に変化するように変化率が設定される。例えば、平均輝度信号が０．７等の大きい値を取る場合、変化率は図１４に示すｋ２の値と設定される。
また、平均輝度信号が０．２と小さい場合、変化率は図１８に示すｋ１の値と設定される。
＜２−１−３．輝度信号補正部＞
輝度信号補正部１５０４は、入力される推定発光輝度値、映像信号及び、変化率ｋを基に、当該映像信号に設定される画素における輝度信号の補正を行う機能を備える。
＜２−１−３−１．輝度信号補正部における補正方法＞
以下、輝度信号補正部１５０４における補正方法について、図面を参照しながら説明する。
【００８４】
図１９は、輝度信号補正部１５０４における具体的な補正方法を説明するための図である。ここで補正後の画素における輝度信号をＤc、映像信号に規定される輝度信号をＤと設定する。輝度信号補正部１５０４においては、Ｄを、変化率ｋを基に規定される変換特性を基にＤｃに変換することが主な機能となる。
【００８５】
まず、補正を行う画素に規定される変化率ｋを基に、入力される輝度信号が０．０からＤ２の範囲に対して、出力される輝度信号を規定する直線（数３）を求める。
【００８６】
【数３】
【００８７】
次に、映像信号に規定される輝度信号Ｄを、（数３）に代入し、補正後の輝度信号Ｄｃを算出する。なお、補正後の輝度信号Ｄｃの値が１．０を超える場合は常に１．０と再設定されるものとする。
【００８８】
図２０は、映像信号の輝度信号と液晶パネルにおける画素の発光輝度の関係を示す図である。
【００８９】
図２０に示すように、平均輝度信号の大きい画素に関しては、Ｄｍａｘまで連続的に階調が表現できるように輝度値を設定することができる。しかし、元々映像信号に規定されていると輝度値よりも小さいものとなる。これば、輝度値を小さく設定する変わりにハイライト側の階調特性を残すように設定したからである。また、平均輝度信号の小さい画素に関しては、Ｄ０まで階調特性が保存されたまま輝度値を設定することができる。しかし、映像信号に規定されている輝度信号からはＬｍａｘ以上の輝度値を求められているが、輝度信号を１．０以上に設定することができないため、輝度値が飽和してしまう。これは、ハイライト側の階調特性を犠牲にする代わりに、暗い部分における階調特性を映像信号に規定されるものと同一とするように設定したためである。
【００９０】
つまり、画素における平均輝度信号が小さい場合は、図２０における直線２００１に示す発光特性となる。一方、画素における平均輝度が高い場合は、図２０における直線２００２に示すハイライト側まで階調特性を表現可能な発光特性と設定することが可能となる。
＜２−２．まとめ＞
上記のような構成により、本発明の実施の形態２における液晶表示装置は、入力される映像信号に規定される液晶パネルにおける画素の輝度信号を基にピーク輝度信号を算出し、算出したピーク輝度信号から、画素毎におけるピーク輝度信号の平均輝度信号を算出し、当該平均輝度信号から映像信号の輝度信号を補正する際の変化率を算出し、当該算出した変化率を用いて補正後の輝度信号を算出することが可能となる。これより、入力画像信号の輝度信号を補正する際、注目画素の周辺におけるピーク輝度信号を考慮した補正を行うことが出来るため、ハイライト側の階調特性を保存すると共に、輝度信号の補正を行うことが可能となる効果を奏する。
＜３．実施の形態３（平均輝度信号算出部の変形例）＞
以下、平均輝度信号算出部の変形例である本発明の実施の形態３について説明していく。本発明の実施の形態２において説明した平均輝度算出部１５０２は、入力される輝度信号のピーク輝度信号を画素毎に算出し、当該ピーク輝度信号の平均輝度信号を算出する構成となっていた。しかし、ピーク輝度信号の平均輝度信号を考慮した場合、例えば発光領域２２の１つの画素のみが周辺画素より高い輝度信号となるような状況下においては、発光領域２２全体の最適化を図ることができなかった。
【００９１】
そこで、本発明の実施の形態３においては、平均輝度信号算出部が、画素における輝度信号を補正する際、注目画素における輝度信号の周辺における輝度信号に対する平均輝度信号に応じて輝度信号の補正動作を変更する特徴を備える構成となる。
【００９２】
上記のように構成することで、例えば、周辺の輝度特性を考慮して輝度信号の補正動作を変更することが出来るため、液晶パネル全体における輝度信号の最適化を図った階調特性を表現することが可能となる。
【００９３】
なお、本発明の実施の形態２における液晶表示装置との相違点は、映像補正部が平均輝度信号算出部の代わりに、平均フィルタ部１６０１を備える点である。
【００９４】
図２１は、本発明の実施の形態３における映像補正部２１０１を示す図である。なお、本発明の実施の形態３における映像補正部２１０１は、実施の形態１及び、２と構成のみが異なり、機能は同じであるため、その詳細な説明は省略する。
【００９５】
上記のように構成することで、入力される映像信号の輝度信号を基に、画素における周辺の画素の輝度信号を考慮した平均輝度信号を算出することがでる。さらに、当該平均輝度信号を基に映像信号の輝度信号を補正する際の変化率を算出し、当該算出した変化率を用いて補正後の輝度信号を算出することが可能となる。これにより、入力画像信号の輝度信号を補正する際、注目画素の周辺における輝度信号を考慮した補正を行うことが出来るため、液晶パネル１０全体を最適化するように輝度信号の補正を行うことが可能となる効果を奏する。
＜４．その他の実施形態＞
以下、その他の実施の形態に関して説明する。
【００９６】
本発明の実施の形態１から２において、バックライト部２０の側面部に仮想光源２３からの照射光を反射する反射板を設ける構成にしても構わない。図２２は、バックライト部２０に反射板２２０１が設けられた構成を示す図である。バックライト部２０に反射板２２０１が設定されると、仮想的にバックライト部２０が拡大されたような挙動を示す。つまり、バックライト部２０の周辺に仮想的なバックライト部２２０２、２２０３、２２０４を備える構成とみなされる。
【００９７】
本発明の実施の形態におけるフィルタ処理は、仮想的に設定されたバックライト部２０に対しても処理する構成となる。
【００９８】
上記のような構成を行うことで、さらに精度よく注目画素におけるピーク輝度信号及び、平均輝度信号を算出することが可能となる。
【００９９】
本発明の実施の形態１から２において、光源２１は白色光を発するＬＥＤを用いるとしたが、ＲＧＢの光を混色して白色を発するものでＲ，Ｇ，Ｂそれぞれの発光輝度を制御できるものであっても良い。図２３はＲ，Ｇ，Ｂが独立して制御できるバックライトを有する液晶表示装置の制御部の構成を示す図である。バックライト制御部４１からはＲ，Ｇ，Ｂそれぞれに対応する輝度信号が出力される。輝度推定部および信号補正部に関してはＲ，Ｇ，Ｂそれぞれに対応するように３系統もうけられている。このように構成することでＲ，Ｇ，Ｂ毎の推定発光輝度値を算出することになる。さらに、図２４は映像補正部２３０１の具体的な構成を示す図である。Ｒ，Ｇ，Ｂが独立して制御される場合、ピーク輝度信号算出部には、ＲＧＢ信号からそれぞれ生成される推定発光輝度値が入力されピーク輝度値が決定される。また、生成されたピーク輝度値を基に、輝度信号補正部においてはＲ，Ｇ、Ｂが独立して制御されることになる。
【０１００】
上記のような構成を行うことで、Ｒ，Ｇ、Ｂが独立して発光輝度が制御できる場合であっても精度良く注目画素における推定発光輝度値を算出することが可能となる。
【０１０１】
なお、上記の実施の形態１から実施の形態３を組み合わせて用いても構わない。また、その他の実施の形態を実施の形態１から実施の形態３と組み合わせて用いても構わない。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明にかかる表示装置および表示方法は、よれば、高品位な映像を表示しつつ、消費電力の低減を図ることが可能になるので、液晶表示装置に適用して好適な表示装置および表示方法等として有用である。
【符号の説明】
【０１０３】
１０ 液晶パネル
２０ バックライト部
２１ 光源
２２ 発光領域
２３ 仮想光源
３０ バックライトドライバ
４０ 制御部
４１ バックライト制御部
４２ 輝度推定部
４３ 信号補正部
４４、１５０１、２１０１、２３０１ 映像補正部
５０１ 第１透過率制御部
５０２ 第１メモリ
５０３ 第２透過率制御部
５０４ 第２メモリ
５０５ 輝度信号フィルタ部
５０６ 補間部
８０１ サブブロック
１００１ 当初予定していた発光特性
１１０２ 発光特性
１２０１ 行
１４０１ 従来の階調特性
１４０２ 補正後の階調特性
１５０２ 平均輝度信号算出部
１５０３ 変化率決定部
１５０４、４４０２ 輝度信号補正部
１６０１ 平均値フィルタ部
２００１ 発光特性
２００２ ハイライト側まで階調特性を表現可能な発光特性
２２０１ 反射板
２２０２、２２０３、２２０４ 仮想的なバックライト部
４４０１ ピーク輝度信号算出部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力される映像信号による映像を表示する液晶パネルと、
当該液晶パネルを照射する複数の光源と、
前記映像信号に応じて、前記複数の光源の発光輝度値を規定する輝度制御信号を、前記液晶パネルの所定の領域毎に生成する輝度制御部と、を備える液晶表示装置であって、
前記輝度制御信号に応じて、前記液晶パネルが有する画素の光源輝度値を推定する輝度推定部と、
前記光源輝度に応じて、第１の補正量を算出する第１補正量算出部と、
前記領域が有する画素の最高輝度値と、前記映像信号と、に応じて前記第１の補正量を補正して第２の補正量を算出する第２補正量算出部と、
前記第２の補正量に応じて、前記映像信号を補正する映像補正部と、を備える、
液晶表示装置。
【請求項２】
前記第２補正量算出手段はさらに、前記映像信号が第１の値よりも小さい値である場合、第１の補正量を用いて補正を行い、前記映像信号が第１の値よりも大きく、かつ、第２の値よりも大きい値である場合、第２の補正量を用いて補正を行うことを特徴とする、
請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項１】
入力される映像信号による映像を表示する液晶パネルと、
当該液晶パネルを照射する複数の光源と、
前記映像信号に応じて、前記複数の光源の発光輝度値を規定する輝度制御信号を、前記液晶パネルの所定の領域毎に生成する輝度制御部と、を備える液晶表示装置であって、
前記輝度制御信号に応じて、前記液晶パネルが有する画素の光源輝度値を推定する輝度推定部と、
前記光源輝度に応じて、第１の補正量を算出する第１補正量算出部と、
前記領域が有する画素の最高輝度値と、前記映像信号と、に応じて前記第１の補正量を補正して第２の補正量を算出する第２補正量算出部と、
前記第２の補正量に応じて、前記映像信号を補正する映像補正部と、を備える、
液晶表示装置。
【請求項２】
前記第２補正量算出手段はさらに、前記映像信号が第１の値よりも小さい値である場合、第１の補正量を用いて補正を行い、前記映像信号が第１の値よりも大きく、かつ、第２の値よりも大きい値である場合、第２の補正量を用いて補正を行うことを特徴とする、
請求項１に記載の液晶表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【公開番号】特開２０１１−１７９１０（Ｐ２０１１−１７９１０Ａ）
【公開日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１６２６２９（Ｐ２００９−１６２６２９）
【出願日】平成２１年７月９日（２００９．７．９）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月９日（２００９．７．９）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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