画像表示装置
【課題】
バックライトの表示に寄与しない余分な電力を消費することなく、黒浮きを抑制した画像信号を得る。
【解決手段】
本発明は、表示パネルに光を照射する複数のバックライトを有する画像表示装置において、１フレームの入力画像信号から該バックライトに対応する表示領域毎に信号のヒストグラム検出を行う、ヒストグラム検出部と、前記ヒストグラム部が検出した、特定画像に応じて、前記複数のバックライトの制御値を決定する手段と、前記バックライトの制御値を決定する手段が決定した、バックライト制御値に応じて、非点灯である表示領域の前記表示パネルの光制御量を制御する画像信号補正部を有する。
バックライトの表示に寄与しない余分な電力を消費することなく、黒浮きを抑制した画像信号を得る。
【解決手段】
本発明は、表示パネルに光を照射する複数のバックライトを有する画像表示装置において、１フレームの入力画像信号から該バックライトに対応する表示領域毎に信号のヒストグラム検出を行う、ヒストグラム検出部と、前記ヒストグラム部が検出した、特定画像に応じて、前記複数のバックライトの制御値を決定する手段と、前記バックライトの制御値を決定する手段が決定した、バックライト制御値に応じて、非点灯である表示領域の前記表示パネルの光制御量を制御する画像信号補正部を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像信号に応じてバックライトを変調することで画像の表示を行う画像表示装置に関し、特に、画像表示領域を複数の領域にわけ、画像信号に対応した領域のバックライトの明るさを制御する照明装置とこれを備えた画像表示装置及び画像表示方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
表示装置は、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）やプラズマディスプレイパネルなどの発光型の表示装置と、液晶ディスプレイ（液晶表示装置，液晶表示パネルとも呼ぶ）などの非発光型の表示装置に大別できる。
【０００３】
非発光型の表示装置としては、画像信号に応じて光の反射光量を調節する反射型の光変調素子を用いるものと、画像信号に応じて光の透過光量を調整する透過型の光変調素子を用いるものがある。特に、透過型の光変調素子として液晶表示パネルを用い、その裏面に照明装置（バックライトとも呼ぶ）を備える液晶表示装置は薄型，軽量であることから、コンピュータのモニターやテレビなどさまざまな表示装置として採用されている。
【０００４】
ところで、ＣＲＴのような自発光型の表示装置では、画像を表示する際、画像信号に応じて特定の画素を必要な光量で選択的に発光させている。このため、黒表示や、暗い画像を表示する場合には画素の発光を停止したり、発光量を小さくできるので消費電力は小さくなる。
【０００５】
これに対し、一般に液晶表示装置のような非発光型の表示装置では、画像信号に関わらずバックライトは常に一定の明るさで発光させている。したがって、バックライトの明るさは通常、画面の明るさ（輝度とも呼ぶ）が最大となる条件に合わせており、黒表示や暗い画像を表示する場合でも同じ明るさで発光しているため、表示に寄与しない不要な電力が消費されることになる。さらに、黒表示の際には、バックライトの光の一部が漏れて、十分に暗くならないので、暗室でのコントラストは、ＣＲＴ等の自発光型の表示装置に比べ小さくなる。
【０００６】
そこで、液晶表示装置において、画像表示領域を複数の領域にわけ、画像信号に対応した領域のバックライトの輝度を分割領域単位毎に制御することで、コントラスト比が高く、省電力を実現する液晶表示装置が種々開発されている。
【０００７】
しかし、領域毎の画像信号でバックライトの制御値を決定した場合、同一領域内に白画像と黒画像がある画像が入力されると、該領域のバックライト制御値は最大輝度となるように点灯するため、黒画像の部分に不自然な黒浮きが発生する。特に、バックライトが最大輝度で点灯する領域と無点灯の領域が隣接する場合、液晶パネルのコントラストが無限大ではないため、不自然な黒浮きが顕著に視認されるという問題を有している。
【０００８】
上記課題に対し、従来からバックライトの明るさを制御することで黒浮きを抑制する液晶表示装置が提案されている。従来、この種の技術としては、たとえば、特許文献１に記載されたものがある。特許文献１に記載された液晶表示装置は、図１２（ｂ）に示すように、画像信号に基づいて点灯された分割領域に隣接する非点灯領域の一定幅の隣接領域（図１２ ｃ）に対して、点灯された分割領域の輝度よりも小さい輝度にてバックライトを点灯させることにより、黒浮き（図１２ Ａｂ）を視認させないようにしている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−５１９０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記従来の液晶表示装置では、次のような問題点があった。
【００１１】
画像信号に基づいて点灯された分割領域に隣接する非点灯領域の一定幅の隣接領域に対し、点灯領域との輝度差を視認出来ない輝度となるようにバックライトを発光するため、表示に寄与しない不要な電力が多く消費されてしまう。また、点灯領域から不点灯領域への光漏れについては記述が無く、制御中に考慮していない。
【００１２】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものである。そして本発明は、バックライトの不要な電力を抑えつつ、黒浮きを抑制することが可能な技術を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、特許請求の範囲に記載されているように、点灯領域からの光漏れ量が、所定の値以上となる領域の前記バックライトの輝度を消灯させ、表示パネルの光制御量を制御することにより、黒浮きを抑制することを特徴とする。表示パネルとして、液晶表示パネル等の透過型表示パネルを用いる場合は、光制御量として透過率を制御する。
また、本発明は、入力画像信号を解析し、その特徴に応じて黒浮きを制御する必要がある特定画像を検出し、かつ点灯領域の位置情報を得る。点灯領域からの光漏れ、および点灯領域からの距離を考慮することで、点灯領域に隣接および一定距離内にある非点灯領域（補正領域）の表示パネルの透過率を、点灯領域との位置関係に基づいて制御し、黒浮きが低減され、不要なバックライト電力を最小限に抑えることを特徴とする。
【００１４】
かかる構成によれば、画像表示領域を複数の領域にわけ、画像信号に対応した領域のバックライトの輝度を制御する照明装置と、これを備えた画像表示装置において、非点灯領域に対応した表示パネルの光制御量を制御することによりで、省電力効果が大きく、黒浮きを抑制した画像を得ることが出来る。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、省電力効果が大きく、黒浮きを抑制した画像を得ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明の実施の形態を説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１は、本発明の第１の実施例である液晶表示装置の、（ａ）入力画像信号と、入力画像信号が入力された際の（ｂ）バックライト制御値、（ｃ）バックライト輝度分布、（ｄ）目標輝度分布、（ｅ）液晶パネルの透過率変化を示す模式図である。例として、前記入力画像信号は、黒画像（例えば８ｂｉｔで０）領域と白画像（２５５）領域で構成されているものとし、表示領域（１０１）を複数の領域に分割した際の、独立に制御可能なバックライトの領域（１０２）は横方向６領域、縦方向５領域の計３０領域で構成されているものとする。各領域には、個別にその光量（輝度）が制御可能な、例えば発光ダイオード等の光源が１或いは複数設けられている。この各領域に対応する光源を制御することにより、各領域のバックライトの輝度を個別に制御するようにしている。各領域を以下では「バックライト領域」と呼ぶこともある。
【００１８】
前記バックライト制御値は、前記入力画像信号に対応しており、白画像が入力されている領域（点灯領域ともいう）に対応するバックライト制御値を、該領域が最大輝度となる制御値（例えば８ｂｉｔで２５５）と決定し、該点灯領域に隣接する領域および点灯領域からの光漏れ量が所定値以上である領域のバックライト制御値を０とする。点灯領域からの所定距離離れており、点灯領域からの光漏れ量が所定値以下である、黒画像が入力されている領域に対応するバックライト制御値を、前記目標輝度分布が前記液晶パネルの透過率を変化させることによって表現出来る範囲内で、白画像が入力されている領域に対して十分小さい値（８ｂｉｔで１）で発光するよう制御する。
【００１９】
一般的な液晶表示装置の構成では、バックライト部と液晶パネル部の間に、拡散板等の数枚の光学シート類が入り、点灯領域からの発光は、該領域に対応する液晶パネルの表示領域に比べ、大きく分布する。よって、点灯領域に隣接する非点灯領域にも、点灯領域からの光が侵入する光漏れが発生する。ここで、光漏れ量とは、液晶パネルの透過率を最大にした時に、点灯領域から不点灯領域に漏れる光量を指し、正面輝度などで定義される値を指す。
【００２０】
この時、前記点灯領域からの光漏れ量の所定値は、不点灯領域において、点灯領域最大輝度の１％以上の輝度を有するのが望ましい。
【００２１】
前記目標輝度分布は、前記点灯領域から一定距離以内は、黒浮きと同等もしくは輝度差を視認できない輝度値とし、一定距離以降、緩やかに前記輝度が０に向かうよう設定する。
前記バックライト制御値を受け、前記目標輝度分布になるように、前記液晶パネルの透過率変化に示すように画像信号を補正することにより、黒浮きを視認することなく、省電力効果の高い画像を得ることができる。
【００２２】
以下、本発明の実施例について、図面を用いて詳細に説明する。
【００２３】
図２は、本発明の第１の実施例である液晶表示装置における、全体の回路ブロック図である。
【００２４】
この例の液晶表示装置は、同図に示すように、画像フレーム受信部（２０１） と、画像処理部（２０２） と、バックライト制御部（２０３）と、画像信号補正部（２０４）と、バックライト駆動部（２０５）と、液晶制御部（２０６）と、Ｈ − ドライバ（２０７） と、Ｖ − ドライバ（２０８） と、液晶パネル（２０９） と、バックライト部（２１０）から構成されている。
【００２５】
図３は、前記画像信号処理部の動作を説明するブロック図である。
【００２６】
前記画像フレーム受信部が受信した画像フレームは、前記画像信号処理部へ送出される。該画像信号処理部に入力された前記画像フレームは、領域毎のヒストグラム検出部（３０１）により、複数の独立に制御可能なバックライト領域毎にヒストグラム検出を行う。このヒストグラム検出において、該バックライト領域に含まれる画像フレームの各画素の階調値をカウントし、所定の上限階調値（Ｐ１）以下の階調値と所定の下限階調値（Ｐ２）以上の階調値が、該バックライト領域に対応する画素数の９０％以上を占める場合、制御信号１をＯＮにする。また、該バックライト領域に含まれる階調値が、Ｐ１以下の階調値とＰ２以上の階調値が、該バックライト領域に対応する画素数の９０％以上を占め、且つＰ２以上の階調値を含む場合、制御信号２をＯＮにする。
【００２７】
例えば、Ｐ１は画素の最大階調値（８ｂｉｔなら２５５）の０％から１０％の値である２０、Ｐ２は最大階調値の８５％から１００％の値である２２０と設定する。
【００２８】
図４の例で説明すると、（ａ）入力画像信号と、（ｂ）バックライト位置が図中に示す関係である場合、黒画像のみの領域Ａ１におけるヒストグラムは、Ｐ１以下の階調値のみを含み、Ｐ２以上の階調値を含まないので、制御信号１をＯＮ、制御信号２をＯＦＦにする。白画像を含む領域Ａ４は、P１以下の階調値とＰ２以上の階調値のみを含み、且つＰ２以上の階調値を含むので、制御信号１をＯＮ、制御信号２をＯＮにする。これに対し、領域の半数が中間階調画像を含む領域Ａ６は、Ｐ１以下の階調値とＰ２以上の階調値が、前記バックライト領域に対応する画素数の９０％以上を占めるという条件に当てはまらず、制御信号１をＯＦＦ、制御信号２をＯＦＦにする。
【００２９】
上記ヒストグラム検出をすることにより、黒浮きが発生し易い画像フレームを特定することが可能となる。このヒストグラム検出においては、前記画像フレーム中に前記領域毎に中間階調値を検出するカウンタが、該領域の１０％の画素数以上カウントされたら該領域の制御信号１、２が共にＯＦＦとなり、中間階調値が該領域の１０％の画素数以上カウントされず、Ｐ２以上の階調値が１画素でも検出されたら該領域の制御信号２がＯＮとなるため、ヒストグラムにおける階調値カウント数が小さく、ハードウェアの回路規模があまり大きくならないという利点がある。
【００３０】
全ての前記バックライト領域についてヒストグラム検出が終了した後、制御フィルタ（３０２）において、前記画像フレームに対する制御方法の決定を行う。
【００３１】
全ての前記バックライト領域の制御信号１がＯＮの場合に限り、制御信号３をＯＮ（３０３）し、バックライト領域の制御値は、制御信号２がＯＮである領域の位置情報に基づき決定する（３０５）。
【００３２】
以下、制御信号３がＯＮ時のバックライト制御値の決定方法について述べる。
【００３３】
図６は、領域Ｃ３を中心に考えた、光の広がりを示す模式図である。領域Ｃ３のみが発光した際に、液晶パネルの透過率を最大に設定した際の輝度分布を、ｘ軸方向（ａ）、ｙ軸方向（ｂ）に示しており、領域Ｃ３の輝度分布を実線で描き、隣接領域の発光を破線で示す。図中に示す通り、領域Ｃ３の発光は隣接領域に影響を与え、また、領域Ｃ３は隣接領域からの光漏れの影響を受ける。特に、領域Ｃ３を最大輝度に設定する画像信号が入力された場合、領域Ｃ３および領域Ｃ３に影響を与える隣接領域も最大輝度で発光しなければならない。通常、このように、隣接するバックライト領域は相互に関係しており、この相互関係からバックライト制御値が決定され、輝度分布が作成される。輝度分布作成時に、隣接領域からの光漏れを考慮しない場合には、画像破綻起きることや、原画像に忠実な高精細な画像が得られないことが知られている。
【００３４】
領域Ｃ３の輝度寄与率を領域毎に表した模式図を図７に示す。（ａ）で示すように、領域Ｃ３に領域Ｃ３自体の発光が与える割合は７５％であり、残りの２５％は隣接領域からの光漏れにより補間される。すなわち、領域Ｃ３のみの発光で輝度が足りない場合は、隣接領域のバックライト制御値を一定倍するなどして、足りない輝度を補間する。
【００３５】
しかしながら、点灯領域に隣接する非点灯領域を点灯させ輝度を補間する場合は、表示に寄与しない不要な電力が多く消費されてしまう。
【００３６】
そこで、本実施例では、前記制御信号３がＯＮとなる画像フレームに対しては、図７（ｂ）に示すとおり、隣接領域の発光が点灯領域に寄与する寄与率を０と設定し、制御信号２がＯＮの領域を最大輝度にて発光させる。制御信号２がＯＦＦの領域のバックライト制御値は、点灯領域に隣接する領域および点灯領域からの光漏れ量が所定値以上である領域のバックライト制御値を０とする。点灯領域からの所定距離内であり、点灯領域からの光漏れ量が所定値以下である、制御信号２がＯＦＦの領域のバックライト制御値は、前記目標輝度分布が前記液晶パネルの透過率を変化させることによって表現出来る範囲内で、制御信号２がＯＮの領域に対して十分小さい値（８ｂｉｔで１）で発光するようバックライト制御値を決定する。
【００３７】
尚、前記光漏れ量を算出する手段は、単一領域が点灯した場合の光漏れ量を記憶領域部（３０８）等に記憶させて置き、点灯領域からの特定の画素までの位置情報に応じて、全ての点灯領域からの光漏れ量の総和を取ることにより決定する値である。前記光漏れ量を算出する手段は、バックライトの制御値決定手段内に組み込んでも、外部のマイクロプロセッサーやハードウェアで実現してもよい。また、特定の点灯領域が点灯した際の光漏れ量を予め計算しＲＯＭ等で代表される記憶領域に記憶しておき、ＬＵＴ（ＬＯＯＫ ＵＰ ＴＡＢＬＥ）として参照してもよい。
【００３８】
このようにバックライトの制御値を設定することで、所定の下限階調値（Ｐ２）以上の階調値のみを持つ画像フレームの表示輝度が下がってしまうが、表示に寄与しない発光が抑えられ、黒浮きを抑制しつつ、電力削減効果を高めることが可能となる。また、輝度分布はバックライト制御値決定後に作成されるため、画像破綻等は生じない。
【００３９】
前記バックライト領域の制御信号１がＯＦＦの領域が画像フレーム中に含まれる場合、制御信号３をＯＦＦ（３０４）し、バックライト領域の制御値は、入力画像信号に基づき決定する（３０６）。
【００４０】
前記バックライト領域の制御値を決定した後、バックライト輝度分布作成部（３０７）において、該制御値に対応するバックライト輝度分布を作成し、バックライト領域の制御値をバックライト制御部（２０３）へ、作成したバックライト輝度分布を画像信号補正部（２０４）へ送出する。
【００４１】
記憶領域部（３０８）は、ROMやＲＡＭ等に代表される記憶素子で構成されており、バックライトの光の特性や、数フレーム分のバックライト制御値等を保持し、前記バックライト制御値の決定や、前記バックライト輝度分布作成部において必要な情報を記憶しておくものとする。
【００４２】
次に、図５を用いて、前記画像信号補正部における、画像補正手段の説明をする。
【００４３】
前記画像信号補正部は、前記画像信号処理部から、画像フレーム、制御信号３、バックライト輝度分布、各領域の制御信号２が入力され、最初に判断部１（５０１）において、制御信号３がＯＮかＯＦＦかの判断をする。制御信号３がＯＮの場合、判断部２（５０２）へ進み、補正領域の制御信号２がＯＮかＯＦＦかの判断をする。該補正領域の制御信号２がＯＦＦの場合、判断部３（５０３）へ進み、該補正領域は点灯領域から所定距離以内かどうかを判断する。該判断部３は、点灯領域の近くの領域では、黒浮きを視認させないよう液晶パネルの透過率制御を行うが、点灯領域から十分に離れた領域では制御を行わず、該領域の輝度を下げる役割を持つ。該所定距離は、任意に設定できる値であり、点灯領域から目標輝度分布が０になる領域までの領域数を示し、図１の場合は３である。
【００４４】
該補正領域が、点灯領域から所定距離以内である場合、画像信号設定部（５０４）において画像信号を設定する。該画像信号設定部において設定する画像信号は、任意の値を領域内において一定になるように与え、バックライト輝度分布に基づき画像信号補正される（５０５）。
【００４５】
画像信号は、ある画素（ｕ，ｖ）に対し、液晶パネルの表示輝度をＤ（ｕ，ｖ）、前記バックライト輝度分布作成部によって作成された輝度分布をＢＬ（ｕ，ｖ）、補正後の画素階調値をＰ１（ｕ，ｖ）、液晶パネルのガンマ特性をγとすると、
Ｄ（ｕ，ｖ）＝γ（Ｐ１（ｕ，ｖ））×ＢＬ（ｕ，ｖ）
の関係がある。前記画像信号設定部において設定した、領域内において一定の輝度値となるＤ（ｕ，ｖ）に対し、補正後の画素階調値Ｐ１（ｕ，ｖ）は、
Ｐ１（ｕ，ｖ）＝γ−１（Ｄ（ｕ，ｖ）÷ＢＬ（ｕ，ｖ））
となる。この関係より求まるＰ（ｕ，ｖ）は、バックライトの発光が、液晶パネルを透過した際に均一な輝度値となる値であり、係数演算部（５０７）に送出され、点灯領域との位置関係に基づき設定された、各画素に対する係数値を記憶領域部（５０８）から読み出し、演算することにより前記液晶制御部へ送出する画素階調値Ｐ２（ｕ，ｖ）が決定する。
【００４６】
以下、前記係数演算部における係数値の読み出し方法について述べる。
該補正領域の位置を（Ｘｉ，Ｙｉ）、該点灯領域の位置を（Ｘｊ，Ｙｊ）、点灯領域と補正領域のｘ方向の差分をｓ（＝Ｘｉ−Ｘｊ）、ｙ方向の差分をｔ（＝Ｙｉ−Ｙｊ）とおく。前記係数演算部において、全ての点灯領域との差分を調べ、ｓおよびｔの絶対値の合計値が最も小さくなる位置情報を算出する。ｓおよびｔの絶対値の合計値が同数の点灯領域が複数ある場合は、絶対値のみ記憶する。この点灯領域との位置情報に基づき、前記記憶領域部に記憶してある係数値ｋ（ｕ，ｖ）を呼び出し、
Ｐ２（ｕ，ｖ）＝Ｐ１（ｕ，ｖ）×ｋ（ｕ，ｖ）
を演算することによって画像信号を決定する。
【００４７】
例として、前記記憶領域部が保持する係数値の情報を図８に示す。該記憶領域部が保持する係数値はいずれも、隣接領域からの光漏れに対応する係数値を持ち、ｓ，ｔの絶対値ごとに、前記液晶パネルを透過する輝度が、黒浮きと同等もしくは輝度差を視認できなくなるよう設定した係数値（Ａ）か、緩やかに前記輝度が０に向かうよう設定した係数値（Ｂ）か、全黒画像用係数値（Ｃ）を記憶したＴａｂｌｅ１と、ｓおよびｔの絶対値の合計値が同数の点灯領域が複数ある場合の係数値を記憶したＴａｂｌｅ２を持つ。
図８の例では、Ｔａｂｌｅ１は絶対値が２以下では黒浮きと同等もしくは輝度差を視認できなくなるよう設定した係数値（Ａ）が、絶対値が３以上では緩やかに前記輝度が０に向かうよう設定した係数値（Ｂ）または全黒画像用係数値（Ｃ）が、前記補正領域に対し設定される。
【００４８】
例えば、ｓ＝１，ｔ＝１の場合は、前記係数演算部においては、前記記憶領域部が保持している番号Ａ１の係数値を呼び出し、演算することにより、補正領域の画像信号を求める。また、ｓ＝−２，ｔ＝−１の場合は、前記記憶領域部が保持している番号Ｂ２−１の係数値を呼び出し、上下左右反転させた後、演算することにより、補正領域の画像信号を求める。ｓおよびｔの絶対値の合計値が同数の点灯領域が複数ある場合は、絶対値の値に応じた係数値を呼び出し、演算することにより、補正領域の画像信号を決定する。
【００４９】
前記判断部１、判断部２、判断部３において、条件が合致しない前記補正領域の画像信号と、前記画像信号生成部で画像信号を生成した補正領域の画像信号は、バックライト輝度分布に基づき画像信号補正され（５０６）、液晶制御部（２０６）へ送出される。
【００５０】
前記液晶制御部では、入力された映像同期信号に基づいて、制御信号が生成され、Ｈ − ドライバ１（２０７）、Ｖ − ドライバ（２０８） に送出される。Ｈ − ドライバでは、前記画像信号補正部から送出された画像信号に基づいて表示信号が生成され、液晶パネル（２０９）へ送出される。Ｖ − ドライバでは、走査信号が生成され、液晶パネルへ送出される。液晶パネルでは、各走査電極と各データ電極とが駆動されることで、対応する画素領域に表示信号に対応した階調電圧が印加され、当該画素領域における液晶の応答が制御される。
【００５１】
また、前記画像信号処理部から前記バックライト制御部へ各領域のバックライト制御値を伝達する伝達方法は、該領域を指定する為の信号と、発光強度を指定する為の信号を含んでいれば、専用のバス線を使用する、各種インターフェース規格に準ずるものを使用する、画像信号のブランキング期間に挿入する等、特に指定しない。前記バックライト制御部では、各バックライト部（２１０）の発光強度に対応した制御信号を前記バックライト駆動部へ送出する。該バックライト駆動部において、バックライトを駆動する信号は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）、もしくは振幅変調である。ＰＷＭの場合、ＰＷＭ周波数は一定とし、発光強度に応じてＯＮ期間とＯＦＦ期間の比（デューティ比）を変化させて、ＬＥＤを駆動するためのＬＥＤドライバにＰＷＭ制御させる。また、ＰＷＭ周波数は、液晶表示装置のフレーム周波数より高いことが望ましい。
【実施例２】
【００５２】
本発明の第２の実施例は、面内の輝度分布を一定に保つために、点灯領域との位置情報によらず、特定領域毎に、補正領域に設定する画像信号を決定する。第２の実施例は、制御フィルタ（３０２）の動作、制御信号３がＯＮ時のバックライト制御値の決定方法（３０５）と、画像信号補正部（２０５）の動作が実施例１と異なる。
図９は、本発明の第２の実施例である、表示領域（１０１）を３種類の領域に分類した図である。
【００５３】
前記制御フィルタは、領域毎のヒストグラム検出部（３０１）より、各領域の制御信号１および制御信号２を受け、全ての領域における制御信号１がＯＮで、且つ制御信号２がＯＮの領域が、領域Ｉ内のみに含まれる場合、制御信号３をＯＮにする。
【００５４】
領域Ｉおよび領域Ｊに含まれる、制御信号２がＯＦＦの領域のバックライト制御値は、点灯領域に隣接する領域および点灯領域からの光漏れ量が所定値以上である領域のバックライト制御値を０とする。点灯領域からの所定距離離れており、点灯領域からの光漏れ量が所定値以下である、制御信号２がＯＦＦの領域のバックライト制御値は、前記目標輝度分布が前記液晶パネルの透過率を変化させることによって表現出来る範囲内で、制御信号２がＯＮの領域に対して十分小さい値（８ｂｉｔで１）で発光するようバックライト制御値を決定する。領域Ｋに含まれる、制御信号２がＯＦＦの領域のバックライト制御値は０とし、消灯する。
【００５５】
また、制御信号２がＯＦＦの領域における、領域Ｉ内に含まれる前記補正領域は、記憶領域部（１００５）から、黒浮きと同等もしくは輝度差を視認できなくなるよう設定した係数値を読み出し、係数演算部（１００３）で演算することにより画像信号を決定する。領域Ｊ内に含まれる該補正領域は、該補正領域の位置情報に対応した、緩やかに前記輝度が０に向かうよう設定した係数値を記憶領域部（１００６）から読み出し、係数演算部（１００４）で演算することにより画像信号を決定する。領域Ｋ内に含まれる該補正領域は画像補正を行わない（１００１）。
【００５６】
上記の動作をすることにより、点灯領域の位置情報によらず一定の面内輝度分布となり、黒浮きが視認されない画像が表示される。
【００５７】
また領域Ｉ、領域Ｊ、領域Ｋの領域数の決定方法、領域形状の取り方は一定ではなく、図９に示すもの以外でもよい。領域Ｉ、領域Ｊ、領域Ｋを全て含む必要もなく、領域Ｊおよび領域Ｋのみ、領域Ｉおよび領域Ｊのみといった組み合わせも可能である。
【実施例３】
【００５８】
図１１は、本発明の第３の実施例である、液晶表示装置における、全体の回路ブロック図である。
【００５９】
この例の液晶表示装置は、同図に示すように、実施例２に動画像検出手段（１１０２）を加えたものである。該動画像検出手段は入力画像信号に対して、動きベクトルで代表される動画像検出手段を有し、その出力を画像信号処理部（１１０１）へ送出し、該画像信号処理部はこの出力を用いて制御方法を変更する。尚、同図に示すように、動画像検出手段は画像信号処理手段の外部である必要はなく、画像処理手段の中に含んでもよい。
【００６０】
前記動画像検出手段により動画像を検出した場合、制御フィルタ（３０２）の動作が実施例２と異なる。前記制御フィルタは、入力画像信号の動く方向に応じて、図９における領域Ｉ、領域Ｊ、領域Ｋを変更する。
【００６１】
例えば、映画のエンドロールに代表される、画面下端から画面上端に向かって白文字がゆっくりと移動する画像が入力された場合、いくつかの前記補正領域において、黒浮きと同等もしくは輝度差を視認できなくなるよう設定した係数値とを演算した画像信号と、緩やかに前記輝度が０に向かうよう設定した係数値とを演算した画像信号が繰り返され、出力画像に違和感を覚えることがある。そこで、前記動画像検出手段により上記画像が入力されたことを検知した場合、図９（ｂ）に示すような領域Ｉ、領域Ｊ、領域Ｋの取り方に変更することにより、前記補正領域は黒浮きと同等もしくは輝度差を視認できなくなるよう設定した画像信号が常に設定され、点灯領域の位置情報によらず一定の面内輝度分布である、黒浮きが視認されない画像を表示することが可能となる。
【００６２】
尚、上記実施形態の説明においては、光源としてＬＥＤを用いた例について説明したが、これ以外の光源、例えばレーザーダイオードや冷陰極/熱陰極蛍光管（ＣＣＦＬ、ＥＥＦＬ、ＨＣＦＬ）も使用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
この発明は、バックライトを複数の領域に分割して個別に制御可能な液晶表示装置、例えば液晶テレビや携帯ディスプレイに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の全体の模式図。
【図２】本発明の全体ブロック図。
【図３】図２中の画像信号処理部の動作を説明するブロック図。
【図４】ヒストグラムによる、特定画像検出図。
【図５】図２中の画像信号補正部の動作を説明するブロック図。
【図６】隣接領域からの光漏れの影響を考察する模式図。
【図７】特定領域の配光寄与率。
【図８】図５中の記憶領域部の動作を説明するブロック図。
【図９】実施例２の制御フィルタを表す図。
【図１０】実施例２の画像信号補正部の動作を説明するブロック図。
【図１１】実施例３の全体ブロック図。
【図１２】従来技術における黒浮き制御概念図。
【符号の説明】
【００６５】
１０１ 表示領域
１０２ 独立に制御可能なバックライト領域
２０１ 画像フレーム受信部
２０２ 画像信号処理部
２０３ バックライト制御部
２０４ 画像信号補正部
２０５ バックライト駆動部
２０６ 液晶制御部
２０７ Ｈ−ドライバ
２０８ Ｖ−ドライバ
２０９ 液晶パネル
２１０ バックライト部
３０１ 領域毎のヒストグラム検出部
３０２ 制御フィルタ部
３０３ 制御信号３ＯＮ部
３０４ 制御信号３ＯＦＦ部
３０５ バックライト制御値決定部（制御信号３ＯＮ）
３０６ バックライト制御値決定部（制御信号３ＯＦＦ）
３０７ バックライト輝度分布作成部
３０８ 記憶領域部
５０１ 判断部１
５０２ 判断部２
５０３ 判断部３
５０４ 画像信号設定部
５０５ バックライト輝度分布に基づく画像信号補正部
５０６ バックライト輝度分布に基づく画像信号補正部
５０７ 係数演算部
５０８ 記憶領域部
１００１ 判断部４
１００２ 判断部５
１００３ 領域Ｉにおける係数演算部
１００４ 領域Ｊにおける係数演算部
１００５ 領域Ｉに対応した記憶領域部
１００６ 領域Ｊに対応した記憶領域部
１１０１ 画像信号処理部
１１０２ 動画像検出手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像信号に応じてバックライトを変調することで画像の表示を行う画像表示装置に関し、特に、画像表示領域を複数の領域にわけ、画像信号に対応した領域のバックライトの明るさを制御する照明装置とこれを備えた画像表示装置及び画像表示方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
表示装置は、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）やプラズマディスプレイパネルなどの発光型の表示装置と、液晶ディスプレイ（液晶表示装置，液晶表示パネルとも呼ぶ）などの非発光型の表示装置に大別できる。
【０００３】
非発光型の表示装置としては、画像信号に応じて光の反射光量を調節する反射型の光変調素子を用いるものと、画像信号に応じて光の透過光量を調整する透過型の光変調素子を用いるものがある。特に、透過型の光変調素子として液晶表示パネルを用い、その裏面に照明装置（バックライトとも呼ぶ）を備える液晶表示装置は薄型，軽量であることから、コンピュータのモニターやテレビなどさまざまな表示装置として採用されている。
【０００４】
ところで、ＣＲＴのような自発光型の表示装置では、画像を表示する際、画像信号に応じて特定の画素を必要な光量で選択的に発光させている。このため、黒表示や、暗い画像を表示する場合には画素の発光を停止したり、発光量を小さくできるので消費電力は小さくなる。
【０００５】
これに対し、一般に液晶表示装置のような非発光型の表示装置では、画像信号に関わらずバックライトは常に一定の明るさで発光させている。したがって、バックライトの明るさは通常、画面の明るさ（輝度とも呼ぶ）が最大となる条件に合わせており、黒表示や暗い画像を表示する場合でも同じ明るさで発光しているため、表示に寄与しない不要な電力が消費されることになる。さらに、黒表示の際には、バックライトの光の一部が漏れて、十分に暗くならないので、暗室でのコントラストは、ＣＲＴ等の自発光型の表示装置に比べ小さくなる。
【０００６】
そこで、液晶表示装置において、画像表示領域を複数の領域にわけ、画像信号に対応した領域のバックライトの輝度を分割領域単位毎に制御することで、コントラスト比が高く、省電力を実現する液晶表示装置が種々開発されている。
【０００７】
しかし、領域毎の画像信号でバックライトの制御値を決定した場合、同一領域内に白画像と黒画像がある画像が入力されると、該領域のバックライト制御値は最大輝度となるように点灯するため、黒画像の部分に不自然な黒浮きが発生する。特に、バックライトが最大輝度で点灯する領域と無点灯の領域が隣接する場合、液晶パネルのコントラストが無限大ではないため、不自然な黒浮きが顕著に視認されるという問題を有している。
【０００８】
上記課題に対し、従来からバックライトの明るさを制御することで黒浮きを抑制する液晶表示装置が提案されている。従来、この種の技術としては、たとえば、特許文献１に記載されたものがある。特許文献１に記載された液晶表示装置は、図１２（ｂ）に示すように、画像信号に基づいて点灯された分割領域に隣接する非点灯領域の一定幅の隣接領域（図１２ ｃ）に対して、点灯された分割領域の輝度よりも小さい輝度にてバックライトを点灯させることにより、黒浮き（図１２ Ａｂ）を視認させないようにしている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−５１９０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記従来の液晶表示装置では、次のような問題点があった。
【００１１】
画像信号に基づいて点灯された分割領域に隣接する非点灯領域の一定幅の隣接領域に対し、点灯領域との輝度差を視認出来ない輝度となるようにバックライトを発光するため、表示に寄与しない不要な電力が多く消費されてしまう。また、点灯領域から不点灯領域への光漏れについては記述が無く、制御中に考慮していない。
【００１２】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものである。そして本発明は、バックライトの不要な電力を抑えつつ、黒浮きを抑制することが可能な技術を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、特許請求の範囲に記載されているように、点灯領域からの光漏れ量が、所定の値以上となる領域の前記バックライトの輝度を消灯させ、表示パネルの光制御量を制御することにより、黒浮きを抑制することを特徴とする。表示パネルとして、液晶表示パネル等の透過型表示パネルを用いる場合は、光制御量として透過率を制御する。
また、本発明は、入力画像信号を解析し、その特徴に応じて黒浮きを制御する必要がある特定画像を検出し、かつ点灯領域の位置情報を得る。点灯領域からの光漏れ、および点灯領域からの距離を考慮することで、点灯領域に隣接および一定距離内にある非点灯領域（補正領域）の表示パネルの透過率を、点灯領域との位置関係に基づいて制御し、黒浮きが低減され、不要なバックライト電力を最小限に抑えることを特徴とする。
【００１４】
かかる構成によれば、画像表示領域を複数の領域にわけ、画像信号に対応した領域のバックライトの輝度を制御する照明装置と、これを備えた画像表示装置において、非点灯領域に対応した表示パネルの光制御量を制御することによりで、省電力効果が大きく、黒浮きを抑制した画像を得ることが出来る。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、省電力効果が大きく、黒浮きを抑制した画像を得ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明の実施の形態を説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１は、本発明の第１の実施例である液晶表示装置の、（ａ）入力画像信号と、入力画像信号が入力された際の（ｂ）バックライト制御値、（ｃ）バックライト輝度分布、（ｄ）目標輝度分布、（ｅ）液晶パネルの透過率変化を示す模式図である。例として、前記入力画像信号は、黒画像（例えば８ｂｉｔで０）領域と白画像（２５５）領域で構成されているものとし、表示領域（１０１）を複数の領域に分割した際の、独立に制御可能なバックライトの領域（１０２）は横方向６領域、縦方向５領域の計３０領域で構成されているものとする。各領域には、個別にその光量（輝度）が制御可能な、例えば発光ダイオード等の光源が１或いは複数設けられている。この各領域に対応する光源を制御することにより、各領域のバックライトの輝度を個別に制御するようにしている。各領域を以下では「バックライト領域」と呼ぶこともある。
【００１８】
前記バックライト制御値は、前記入力画像信号に対応しており、白画像が入力されている領域（点灯領域ともいう）に対応するバックライト制御値を、該領域が最大輝度となる制御値（例えば８ｂｉｔで２５５）と決定し、該点灯領域に隣接する領域および点灯領域からの光漏れ量が所定値以上である領域のバックライト制御値を０とする。点灯領域からの所定距離離れており、点灯領域からの光漏れ量が所定値以下である、黒画像が入力されている領域に対応するバックライト制御値を、前記目標輝度分布が前記液晶パネルの透過率を変化させることによって表現出来る範囲内で、白画像が入力されている領域に対して十分小さい値（８ｂｉｔで１）で発光するよう制御する。
【００１９】
一般的な液晶表示装置の構成では、バックライト部と液晶パネル部の間に、拡散板等の数枚の光学シート類が入り、点灯領域からの発光は、該領域に対応する液晶パネルの表示領域に比べ、大きく分布する。よって、点灯領域に隣接する非点灯領域にも、点灯領域からの光が侵入する光漏れが発生する。ここで、光漏れ量とは、液晶パネルの透過率を最大にした時に、点灯領域から不点灯領域に漏れる光量を指し、正面輝度などで定義される値を指す。
【００２０】
この時、前記点灯領域からの光漏れ量の所定値は、不点灯領域において、点灯領域最大輝度の１％以上の輝度を有するのが望ましい。
【００２１】
前記目標輝度分布は、前記点灯領域から一定距離以内は、黒浮きと同等もしくは輝度差を視認できない輝度値とし、一定距離以降、緩やかに前記輝度が０に向かうよう設定する。
前記バックライト制御値を受け、前記目標輝度分布になるように、前記液晶パネルの透過率変化に示すように画像信号を補正することにより、黒浮きを視認することなく、省電力効果の高い画像を得ることができる。
【００２２】
以下、本発明の実施例について、図面を用いて詳細に説明する。
【００２３】
図２は、本発明の第１の実施例である液晶表示装置における、全体の回路ブロック図である。
【００２４】
この例の液晶表示装置は、同図に示すように、画像フレーム受信部（２０１） と、画像処理部（２０２） と、バックライト制御部（２０３）と、画像信号補正部（２０４）と、バックライト駆動部（２０５）と、液晶制御部（２０６）と、Ｈ − ドライバ（２０７） と、Ｖ − ドライバ（２０８） と、液晶パネル（２０９） と、バックライト部（２１０）から構成されている。
【００２５】
図３は、前記画像信号処理部の動作を説明するブロック図である。
【００２６】
前記画像フレーム受信部が受信した画像フレームは、前記画像信号処理部へ送出される。該画像信号処理部に入力された前記画像フレームは、領域毎のヒストグラム検出部（３０１）により、複数の独立に制御可能なバックライト領域毎にヒストグラム検出を行う。このヒストグラム検出において、該バックライト領域に含まれる画像フレームの各画素の階調値をカウントし、所定の上限階調値（Ｐ１）以下の階調値と所定の下限階調値（Ｐ２）以上の階調値が、該バックライト領域に対応する画素数の９０％以上を占める場合、制御信号１をＯＮにする。また、該バックライト領域に含まれる階調値が、Ｐ１以下の階調値とＰ２以上の階調値が、該バックライト領域に対応する画素数の９０％以上を占め、且つＰ２以上の階調値を含む場合、制御信号２をＯＮにする。
【００２７】
例えば、Ｐ１は画素の最大階調値（８ｂｉｔなら２５５）の０％から１０％の値である２０、Ｐ２は最大階調値の８５％から１００％の値である２２０と設定する。
【００２８】
図４の例で説明すると、（ａ）入力画像信号と、（ｂ）バックライト位置が図中に示す関係である場合、黒画像のみの領域Ａ１におけるヒストグラムは、Ｐ１以下の階調値のみを含み、Ｐ２以上の階調値を含まないので、制御信号１をＯＮ、制御信号２をＯＦＦにする。白画像を含む領域Ａ４は、P１以下の階調値とＰ２以上の階調値のみを含み、且つＰ２以上の階調値を含むので、制御信号１をＯＮ、制御信号２をＯＮにする。これに対し、領域の半数が中間階調画像を含む領域Ａ６は、Ｐ１以下の階調値とＰ２以上の階調値が、前記バックライト領域に対応する画素数の９０％以上を占めるという条件に当てはまらず、制御信号１をＯＦＦ、制御信号２をＯＦＦにする。
【００２９】
上記ヒストグラム検出をすることにより、黒浮きが発生し易い画像フレームを特定することが可能となる。このヒストグラム検出においては、前記画像フレーム中に前記領域毎に中間階調値を検出するカウンタが、該領域の１０％の画素数以上カウントされたら該領域の制御信号１、２が共にＯＦＦとなり、中間階調値が該領域の１０％の画素数以上カウントされず、Ｐ２以上の階調値が１画素でも検出されたら該領域の制御信号２がＯＮとなるため、ヒストグラムにおける階調値カウント数が小さく、ハードウェアの回路規模があまり大きくならないという利点がある。
【００３０】
全ての前記バックライト領域についてヒストグラム検出が終了した後、制御フィルタ（３０２）において、前記画像フレームに対する制御方法の決定を行う。
【００３１】
全ての前記バックライト領域の制御信号１がＯＮの場合に限り、制御信号３をＯＮ（３０３）し、バックライト領域の制御値は、制御信号２がＯＮである領域の位置情報に基づき決定する（３０５）。
【００３２】
以下、制御信号３がＯＮ時のバックライト制御値の決定方法について述べる。
【００３３】
図６は、領域Ｃ３を中心に考えた、光の広がりを示す模式図である。領域Ｃ３のみが発光した際に、液晶パネルの透過率を最大に設定した際の輝度分布を、ｘ軸方向（ａ）、ｙ軸方向（ｂ）に示しており、領域Ｃ３の輝度分布を実線で描き、隣接領域の発光を破線で示す。図中に示す通り、領域Ｃ３の発光は隣接領域に影響を与え、また、領域Ｃ３は隣接領域からの光漏れの影響を受ける。特に、領域Ｃ３を最大輝度に設定する画像信号が入力された場合、領域Ｃ３および領域Ｃ３に影響を与える隣接領域も最大輝度で発光しなければならない。通常、このように、隣接するバックライト領域は相互に関係しており、この相互関係からバックライト制御値が決定され、輝度分布が作成される。輝度分布作成時に、隣接領域からの光漏れを考慮しない場合には、画像破綻起きることや、原画像に忠実な高精細な画像が得られないことが知られている。
【００３４】
領域Ｃ３の輝度寄与率を領域毎に表した模式図を図７に示す。（ａ）で示すように、領域Ｃ３に領域Ｃ３自体の発光が与える割合は７５％であり、残りの２５％は隣接領域からの光漏れにより補間される。すなわち、領域Ｃ３のみの発光で輝度が足りない場合は、隣接領域のバックライト制御値を一定倍するなどして、足りない輝度を補間する。
【００３５】
しかしながら、点灯領域に隣接する非点灯領域を点灯させ輝度を補間する場合は、表示に寄与しない不要な電力が多く消費されてしまう。
【００３６】
そこで、本実施例では、前記制御信号３がＯＮとなる画像フレームに対しては、図７（ｂ）に示すとおり、隣接領域の発光が点灯領域に寄与する寄与率を０と設定し、制御信号２がＯＮの領域を最大輝度にて発光させる。制御信号２がＯＦＦの領域のバックライト制御値は、点灯領域に隣接する領域および点灯領域からの光漏れ量が所定値以上である領域のバックライト制御値を０とする。点灯領域からの所定距離内であり、点灯領域からの光漏れ量が所定値以下である、制御信号２がＯＦＦの領域のバックライト制御値は、前記目標輝度分布が前記液晶パネルの透過率を変化させることによって表現出来る範囲内で、制御信号２がＯＮの領域に対して十分小さい値（８ｂｉｔで１）で発光するようバックライト制御値を決定する。
【００３７】
尚、前記光漏れ量を算出する手段は、単一領域が点灯した場合の光漏れ量を記憶領域部（３０８）等に記憶させて置き、点灯領域からの特定の画素までの位置情報に応じて、全ての点灯領域からの光漏れ量の総和を取ることにより決定する値である。前記光漏れ量を算出する手段は、バックライトの制御値決定手段内に組み込んでも、外部のマイクロプロセッサーやハードウェアで実現してもよい。また、特定の点灯領域が点灯した際の光漏れ量を予め計算しＲＯＭ等で代表される記憶領域に記憶しておき、ＬＵＴ（ＬＯＯＫ ＵＰ ＴＡＢＬＥ）として参照してもよい。
【００３８】
このようにバックライトの制御値を設定することで、所定の下限階調値（Ｐ２）以上の階調値のみを持つ画像フレームの表示輝度が下がってしまうが、表示に寄与しない発光が抑えられ、黒浮きを抑制しつつ、電力削減効果を高めることが可能となる。また、輝度分布はバックライト制御値決定後に作成されるため、画像破綻等は生じない。
【００３９】
前記バックライト領域の制御信号１がＯＦＦの領域が画像フレーム中に含まれる場合、制御信号３をＯＦＦ（３０４）し、バックライト領域の制御値は、入力画像信号に基づき決定する（３０６）。
【００４０】
前記バックライト領域の制御値を決定した後、バックライト輝度分布作成部（３０７）において、該制御値に対応するバックライト輝度分布を作成し、バックライト領域の制御値をバックライト制御部（２０３）へ、作成したバックライト輝度分布を画像信号補正部（２０４）へ送出する。
【００４１】
記憶領域部（３０８）は、ROMやＲＡＭ等に代表される記憶素子で構成されており、バックライトの光の特性や、数フレーム分のバックライト制御値等を保持し、前記バックライト制御値の決定や、前記バックライト輝度分布作成部において必要な情報を記憶しておくものとする。
【００４２】
次に、図５を用いて、前記画像信号補正部における、画像補正手段の説明をする。
【００４３】
前記画像信号補正部は、前記画像信号処理部から、画像フレーム、制御信号３、バックライト輝度分布、各領域の制御信号２が入力され、最初に判断部１（５０１）において、制御信号３がＯＮかＯＦＦかの判断をする。制御信号３がＯＮの場合、判断部２（５０２）へ進み、補正領域の制御信号２がＯＮかＯＦＦかの判断をする。該補正領域の制御信号２がＯＦＦの場合、判断部３（５０３）へ進み、該補正領域は点灯領域から所定距離以内かどうかを判断する。該判断部３は、点灯領域の近くの領域では、黒浮きを視認させないよう液晶パネルの透過率制御を行うが、点灯領域から十分に離れた領域では制御を行わず、該領域の輝度を下げる役割を持つ。該所定距離は、任意に設定できる値であり、点灯領域から目標輝度分布が０になる領域までの領域数を示し、図１の場合は３である。
【００４４】
該補正領域が、点灯領域から所定距離以内である場合、画像信号設定部（５０４）において画像信号を設定する。該画像信号設定部において設定する画像信号は、任意の値を領域内において一定になるように与え、バックライト輝度分布に基づき画像信号補正される（５０５）。
【００４５】
画像信号は、ある画素（ｕ，ｖ）に対し、液晶パネルの表示輝度をＤ（ｕ，ｖ）、前記バックライト輝度分布作成部によって作成された輝度分布をＢＬ（ｕ，ｖ）、補正後の画素階調値をＰ１（ｕ，ｖ）、液晶パネルのガンマ特性をγとすると、
Ｄ（ｕ，ｖ）＝γ（Ｐ１（ｕ，ｖ））×ＢＬ（ｕ，ｖ）
の関係がある。前記画像信号設定部において設定した、領域内において一定の輝度値となるＤ（ｕ，ｖ）に対し、補正後の画素階調値Ｐ１（ｕ，ｖ）は、
Ｐ１（ｕ，ｖ）＝γ−１（Ｄ（ｕ，ｖ）÷ＢＬ（ｕ，ｖ））
となる。この関係より求まるＰ（ｕ，ｖ）は、バックライトの発光が、液晶パネルを透過した際に均一な輝度値となる値であり、係数演算部（５０７）に送出され、点灯領域との位置関係に基づき設定された、各画素に対する係数値を記憶領域部（５０８）から読み出し、演算することにより前記液晶制御部へ送出する画素階調値Ｐ２（ｕ，ｖ）が決定する。
【００４６】
以下、前記係数演算部における係数値の読み出し方法について述べる。
該補正領域の位置を（Ｘｉ，Ｙｉ）、該点灯領域の位置を（Ｘｊ，Ｙｊ）、点灯領域と補正領域のｘ方向の差分をｓ（＝Ｘｉ−Ｘｊ）、ｙ方向の差分をｔ（＝Ｙｉ−Ｙｊ）とおく。前記係数演算部において、全ての点灯領域との差分を調べ、ｓおよびｔの絶対値の合計値が最も小さくなる位置情報を算出する。ｓおよびｔの絶対値の合計値が同数の点灯領域が複数ある場合は、絶対値のみ記憶する。この点灯領域との位置情報に基づき、前記記憶領域部に記憶してある係数値ｋ（ｕ，ｖ）を呼び出し、
Ｐ２（ｕ，ｖ）＝Ｐ１（ｕ，ｖ）×ｋ（ｕ，ｖ）
を演算することによって画像信号を決定する。
【００４７】
例として、前記記憶領域部が保持する係数値の情報を図８に示す。該記憶領域部が保持する係数値はいずれも、隣接領域からの光漏れに対応する係数値を持ち、ｓ，ｔの絶対値ごとに、前記液晶パネルを透過する輝度が、黒浮きと同等もしくは輝度差を視認できなくなるよう設定した係数値（Ａ）か、緩やかに前記輝度が０に向かうよう設定した係数値（Ｂ）か、全黒画像用係数値（Ｃ）を記憶したＴａｂｌｅ１と、ｓおよびｔの絶対値の合計値が同数の点灯領域が複数ある場合の係数値を記憶したＴａｂｌｅ２を持つ。
図８の例では、Ｔａｂｌｅ１は絶対値が２以下では黒浮きと同等もしくは輝度差を視認できなくなるよう設定した係数値（Ａ）が、絶対値が３以上では緩やかに前記輝度が０に向かうよう設定した係数値（Ｂ）または全黒画像用係数値（Ｃ）が、前記補正領域に対し設定される。
【００４８】
例えば、ｓ＝１，ｔ＝１の場合は、前記係数演算部においては、前記記憶領域部が保持している番号Ａ１の係数値を呼び出し、演算することにより、補正領域の画像信号を求める。また、ｓ＝−２，ｔ＝−１の場合は、前記記憶領域部が保持している番号Ｂ２−１の係数値を呼び出し、上下左右反転させた後、演算することにより、補正領域の画像信号を求める。ｓおよびｔの絶対値の合計値が同数の点灯領域が複数ある場合は、絶対値の値に応じた係数値を呼び出し、演算することにより、補正領域の画像信号を決定する。
【００４９】
前記判断部１、判断部２、判断部３において、条件が合致しない前記補正領域の画像信号と、前記画像信号生成部で画像信号を生成した補正領域の画像信号は、バックライト輝度分布に基づき画像信号補正され（５０６）、液晶制御部（２０６）へ送出される。
【００５０】
前記液晶制御部では、入力された映像同期信号に基づいて、制御信号が生成され、Ｈ − ドライバ１（２０７）、Ｖ − ドライバ（２０８） に送出される。Ｈ − ドライバでは、前記画像信号補正部から送出された画像信号に基づいて表示信号が生成され、液晶パネル（２０９）へ送出される。Ｖ − ドライバでは、走査信号が生成され、液晶パネルへ送出される。液晶パネルでは、各走査電極と各データ電極とが駆動されることで、対応する画素領域に表示信号に対応した階調電圧が印加され、当該画素領域における液晶の応答が制御される。
【００５１】
また、前記画像信号処理部から前記バックライト制御部へ各領域のバックライト制御値を伝達する伝達方法は、該領域を指定する為の信号と、発光強度を指定する為の信号を含んでいれば、専用のバス線を使用する、各種インターフェース規格に準ずるものを使用する、画像信号のブランキング期間に挿入する等、特に指定しない。前記バックライト制御部では、各バックライト部（２１０）の発光強度に対応した制御信号を前記バックライト駆動部へ送出する。該バックライト駆動部において、バックライトを駆動する信号は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）、もしくは振幅変調である。ＰＷＭの場合、ＰＷＭ周波数は一定とし、発光強度に応じてＯＮ期間とＯＦＦ期間の比（デューティ比）を変化させて、ＬＥＤを駆動するためのＬＥＤドライバにＰＷＭ制御させる。また、ＰＷＭ周波数は、液晶表示装置のフレーム周波数より高いことが望ましい。
【実施例２】
【００５２】
本発明の第２の実施例は、面内の輝度分布を一定に保つために、点灯領域との位置情報によらず、特定領域毎に、補正領域に設定する画像信号を決定する。第２の実施例は、制御フィルタ（３０２）の動作、制御信号３がＯＮ時のバックライト制御値の決定方法（３０５）と、画像信号補正部（２０５）の動作が実施例１と異なる。
図９は、本発明の第２の実施例である、表示領域（１０１）を３種類の領域に分類した図である。
【００５３】
前記制御フィルタは、領域毎のヒストグラム検出部（３０１）より、各領域の制御信号１および制御信号２を受け、全ての領域における制御信号１がＯＮで、且つ制御信号２がＯＮの領域が、領域Ｉ内のみに含まれる場合、制御信号３をＯＮにする。
【００５４】
領域Ｉおよび領域Ｊに含まれる、制御信号２がＯＦＦの領域のバックライト制御値は、点灯領域に隣接する領域および点灯領域からの光漏れ量が所定値以上である領域のバックライト制御値を０とする。点灯領域からの所定距離離れており、点灯領域からの光漏れ量が所定値以下である、制御信号２がＯＦＦの領域のバックライト制御値は、前記目標輝度分布が前記液晶パネルの透過率を変化させることによって表現出来る範囲内で、制御信号２がＯＮの領域に対して十分小さい値（８ｂｉｔで１）で発光するようバックライト制御値を決定する。領域Ｋに含まれる、制御信号２がＯＦＦの領域のバックライト制御値は０とし、消灯する。
【００５５】
また、制御信号２がＯＦＦの領域における、領域Ｉ内に含まれる前記補正領域は、記憶領域部（１００５）から、黒浮きと同等もしくは輝度差を視認できなくなるよう設定した係数値を読み出し、係数演算部（１００３）で演算することにより画像信号を決定する。領域Ｊ内に含まれる該補正領域は、該補正領域の位置情報に対応した、緩やかに前記輝度が０に向かうよう設定した係数値を記憶領域部（１００６）から読み出し、係数演算部（１００４）で演算することにより画像信号を決定する。領域Ｋ内に含まれる該補正領域は画像補正を行わない（１００１）。
【００５６】
上記の動作をすることにより、点灯領域の位置情報によらず一定の面内輝度分布となり、黒浮きが視認されない画像が表示される。
【００５７】
また領域Ｉ、領域Ｊ、領域Ｋの領域数の決定方法、領域形状の取り方は一定ではなく、図９に示すもの以外でもよい。領域Ｉ、領域Ｊ、領域Ｋを全て含む必要もなく、領域Ｊおよび領域Ｋのみ、領域Ｉおよび領域Ｊのみといった組み合わせも可能である。
【実施例３】
【００５８】
図１１は、本発明の第３の実施例である、液晶表示装置における、全体の回路ブロック図である。
【００５９】
この例の液晶表示装置は、同図に示すように、実施例２に動画像検出手段（１１０２）を加えたものである。該動画像検出手段は入力画像信号に対して、動きベクトルで代表される動画像検出手段を有し、その出力を画像信号処理部（１１０１）へ送出し、該画像信号処理部はこの出力を用いて制御方法を変更する。尚、同図に示すように、動画像検出手段は画像信号処理手段の外部である必要はなく、画像処理手段の中に含んでもよい。
【００６０】
前記動画像検出手段により動画像を検出した場合、制御フィルタ（３０２）の動作が実施例２と異なる。前記制御フィルタは、入力画像信号の動く方向に応じて、図９における領域Ｉ、領域Ｊ、領域Ｋを変更する。
【００６１】
例えば、映画のエンドロールに代表される、画面下端から画面上端に向かって白文字がゆっくりと移動する画像が入力された場合、いくつかの前記補正領域において、黒浮きと同等もしくは輝度差を視認できなくなるよう設定した係数値とを演算した画像信号と、緩やかに前記輝度が０に向かうよう設定した係数値とを演算した画像信号が繰り返され、出力画像に違和感を覚えることがある。そこで、前記動画像検出手段により上記画像が入力されたことを検知した場合、図９（ｂ）に示すような領域Ｉ、領域Ｊ、領域Ｋの取り方に変更することにより、前記補正領域は黒浮きと同等もしくは輝度差を視認できなくなるよう設定した画像信号が常に設定され、点灯領域の位置情報によらず一定の面内輝度分布である、黒浮きが視認されない画像を表示することが可能となる。
【００６２】
尚、上記実施形態の説明においては、光源としてＬＥＤを用いた例について説明したが、これ以外の光源、例えばレーザーダイオードや冷陰極/熱陰極蛍光管（ＣＣＦＬ、ＥＥＦＬ、ＨＣＦＬ）も使用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
この発明は、バックライトを複数の領域に分割して個別に制御可能な液晶表示装置、例えば液晶テレビや携帯ディスプレイに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の全体の模式図。
【図２】本発明の全体ブロック図。
【図３】図２中の画像信号処理部の動作を説明するブロック図。
【図４】ヒストグラムによる、特定画像検出図。
【図５】図２中の画像信号補正部の動作を説明するブロック図。
【図６】隣接領域からの光漏れの影響を考察する模式図。
【図７】特定領域の配光寄与率。
【図８】図５中の記憶領域部の動作を説明するブロック図。
【図９】実施例２の制御フィルタを表す図。
【図１０】実施例２の画像信号補正部の動作を説明するブロック図。
【図１１】実施例３の全体ブロック図。
【図１２】従来技術における黒浮き制御概念図。
【符号の説明】
【００６５】
１０１ 表示領域
１０２ 独立に制御可能なバックライト領域
２０１ 画像フレーム受信部
２０２ 画像信号処理部
２０３ バックライト制御部
２０４ 画像信号補正部
２０５ バックライト駆動部
２０６ 液晶制御部
２０７ Ｈ−ドライバ
２０８ Ｖ−ドライバ
２０９ 液晶パネル
２１０ バックライト部
３０１ 領域毎のヒストグラム検出部
３０２ 制御フィルタ部
３０３ 制御信号３ＯＮ部
３０４ 制御信号３ＯＦＦ部
３０５ バックライト制御値決定部（制御信号３ＯＮ）
３０６ バックライト制御値決定部（制御信号３ＯＦＦ）
３０７ バックライト輝度分布作成部
３０８ 記憶領域部
５０１ 判断部１
５０２ 判断部２
５０３ 判断部３
５０４ 画像信号設定部
５０５ バックライト輝度分布に基づく画像信号補正部
５０６ バックライト輝度分布に基づく画像信号補正部
５０７ 係数演算部
５０８ 記憶領域部
１００１ 判断部４
１００２ 判断部５
１００３ 領域Ｉにおける係数演算部
１００４ 領域Ｊにおける係数演算部
１００５ 領域Ｉに対応した記憶領域部
１００６ 領域Ｊに対応した記憶領域部
１１０１ 画像信号処理部
１１０２ 動画像検出手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示パネルと、該表示パネルに光を照射する複数の領域に分割されたバックライトを有し、該複数の領域毎にバックライトの輝度が制御可能なように構成された画像表示装置において、
１フレームの入力画像信号から該バックライトに対応する表示領域毎にヒストグラム検出を行うヒストグラム検出部と、
前記検出されたヒストグラムに応じて、入力画像が特定画像であるかを判断する判断部と、
前記判断部によって入力画像が特定画像と判定されたときに、ある前記領域が点灯したときにおける、その他の前記領域への光漏れ量を算出する光漏れ量算出部と、
前記検出されたヒストグラムと前記光漏れ量に応じて、前記バックライトの制御値を決定する制御部と、
前記制御部が決定したバックライト制御値に応じて、前記表示パネルの光制御量を調整する画像信号補正部を具備することを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
請求項１記載の画像表示装置において、
前記判断部は、前記検出されたヒストグラムが、所定の上限階調値（Ｐ１）以下の階調値と所定の下限階調値（Ｐ２）以上の階調値が、全ての領域において、領域内の画素数の９０％以上で構成される場合に、入力画像信号を特定画像であると判断することを特徴とする画像表示装置。
【請求項３】
請求項２記載の画像表示装置において、
前記所定の上限階調値（Ｐ１）は、画素の最大階調値の０％から１０％の値であり、前記所定の下限階調値（Ｐ２）は最大階調値の８５％から１００％の値であることを特徴とする画像表示装置。
【請求項４】
請求項１記載の画像表示装置において、
前記制御部は、前記特定画像信号が入力された場合、
前記光漏れ量が、所定の値以上となる領域の前記バックライトの輝度を消灯するよう制御し、
前記光漏れ量が、所定の値以下となる領域の前記バックライトの輝度を点灯領域の輝度よりも低い輝度にて点灯するよう制御することを特徴とする画像表示装置。
【請求項５】
請求項１記載の画像表示装置において、
前記制御部は、前記特定画像信号が入力された場合、
前記光漏れ量が、所定の値以上となる領域の前記バックライトの輝度を消灯又は点灯輝度の１／１００以下の輝度で点灯するよう制御し、
前記光漏れ量が、所定の値以下となる領域の前記バックライトの輝度を点灯領域の光源の輝度よりも１／１００以下とするよう制御することを特徴とする画像表示装置。
【請求項６】
請求項４乃至５のいずれかに記載の画像表示装置において、
前記光漏れ量の所定値は、前記点灯領域における最大輝度の１％以上の輝度を有することを特徴とする画像表示装置。
【請求項７】
請求項２乃至３のいずれかに記載の画像表示装置において、
前記制御部は、前記特定画像信号が入力された場合、
前記所定の下限階調値（Ｐ２）以上の階調値を含む領域の前記バックライトの輝度を最大輝度にて発光するよう制御することを特徴とする画像表示装置。
【請求項８】
請求項１記載の画像表示装置において、
前記画像信号補正部は、前記非点灯である表示領域に対応する表示パネルの光制御量を、前記点灯領域の位置情報に基づいて補正することを特徴とする画像表示装置。
【請求項９】
請求項１記載の画像表示装置において、
前記画像信号補正部は、前記特定画像の点灯領域が特定領域内に含まれる場合、前記非点灯である表示領域に対応する前記表示パネルの光制御量を、面内輝度が一定になるように補正することを特徴とする画像表示装置。
【請求項１０】
請求項１記載の画像表示装置において、
動画像の動き方向を検出するための動画像検出部を更に備え、
該動画像検出部が検出した前記特定画像の移動方向に応じて、前記画像信号補正部は、前記非点灯である表示領域に対応する前記表示パネルの光制御量を、面内輝度面内輝度が一定になるように補正することを特徴とする画像表示装置。
【請求項１１】
請求項１記載の画像表示装置において、前記領域のそれぞれに対応して１または複数の光源が設けられており、該光源が発光ダイオード（ＬＥＤ）であることを特徴とする画像表示装置。
【請求項１】
表示パネルと、該表示パネルに光を照射する複数の領域に分割されたバックライトを有し、該複数の領域毎にバックライトの輝度が制御可能なように構成された画像表示装置において、
１フレームの入力画像信号から該バックライトに対応する表示領域毎にヒストグラム検出を行うヒストグラム検出部と、
前記検出されたヒストグラムに応じて、入力画像が特定画像であるかを判断する判断部と、
前記判断部によって入力画像が特定画像と判定されたときに、ある前記領域が点灯したときにおける、その他の前記領域への光漏れ量を算出する光漏れ量算出部と、
前記検出されたヒストグラムと前記光漏れ量に応じて、前記バックライトの制御値を決定する制御部と、
前記制御部が決定したバックライト制御値に応じて、前記表示パネルの光制御量を調整する画像信号補正部を具備することを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
請求項１記載の画像表示装置において、
前記判断部は、前記検出されたヒストグラムが、所定の上限階調値（Ｐ１）以下の階調値と所定の下限階調値（Ｐ２）以上の階調値が、全ての領域において、領域内の画素数の９０％以上で構成される場合に、入力画像信号を特定画像であると判断することを特徴とする画像表示装置。
【請求項３】
請求項２記載の画像表示装置において、
前記所定の上限階調値（Ｐ１）は、画素の最大階調値の０％から１０％の値であり、前記所定の下限階調値（Ｐ２）は最大階調値の８５％から１００％の値であることを特徴とする画像表示装置。
【請求項４】
請求項１記載の画像表示装置において、
前記制御部は、前記特定画像信号が入力された場合、
前記光漏れ量が、所定の値以上となる領域の前記バックライトの輝度を消灯するよう制御し、
前記光漏れ量が、所定の値以下となる領域の前記バックライトの輝度を点灯領域の輝度よりも低い輝度にて点灯するよう制御することを特徴とする画像表示装置。
【請求項５】
請求項１記載の画像表示装置において、
前記制御部は、前記特定画像信号が入力された場合、
前記光漏れ量が、所定の値以上となる領域の前記バックライトの輝度を消灯又は点灯輝度の１／１００以下の輝度で点灯するよう制御し、
前記光漏れ量が、所定の値以下となる領域の前記バックライトの輝度を点灯領域の光源の輝度よりも１／１００以下とするよう制御することを特徴とする画像表示装置。
【請求項６】
請求項４乃至５のいずれかに記載の画像表示装置において、
前記光漏れ量の所定値は、前記点灯領域における最大輝度の１％以上の輝度を有することを特徴とする画像表示装置。
【請求項７】
請求項２乃至３のいずれかに記載の画像表示装置において、
前記制御部は、前記特定画像信号が入力された場合、
前記所定の下限階調値（Ｐ２）以上の階調値を含む領域の前記バックライトの輝度を最大輝度にて発光するよう制御することを特徴とする画像表示装置。
【請求項８】
請求項１記載の画像表示装置において、
前記画像信号補正部は、前記非点灯である表示領域に対応する表示パネルの光制御量を、前記点灯領域の位置情報に基づいて補正することを特徴とする画像表示装置。
【請求項９】
請求項１記載の画像表示装置において、
前記画像信号補正部は、前記特定画像の点灯領域が特定領域内に含まれる場合、前記非点灯である表示領域に対応する前記表示パネルの光制御量を、面内輝度が一定になるように補正することを特徴とする画像表示装置。
【請求項１０】
請求項１記載の画像表示装置において、
動画像の動き方向を検出するための動画像検出部を更に備え、
該動画像検出部が検出した前記特定画像の移動方向に応じて、前記画像信号補正部は、前記非点灯である表示領域に対応する前記表示パネルの光制御量を、面内輝度面内輝度が一定になるように補正することを特徴とする画像表示装置。
【請求項１１】
請求項１記載の画像表示装置において、前記領域のそれぞれに対応して１または複数の光源が設けられており、該光源が発光ダイオード（ＬＥＤ）であることを特徴とする画像表示装置。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−１７５９１３（Ｐ２０１０−１７５９１３Ａ）
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９４４２（Ｐ２００９−１９４４２）
【出願日】平成２１年１月３０日（２００９．１．３０）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月３０日（２００９．１．３０）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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