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技術 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

出願人 株式会社日立製作所株式会社ジャパンディスプレイ
発明者 紺野哲豊足立昌哉梶田大介近藤克己山本恒典犬塚達基桧山郁夫内海夕香
出願日 2004年12月20日 (14年6ヶ月経過) 出願番号 2004-366988
公開日 2005年9月22日 (13年9ヶ月経過) 公開番号 2005-258403
状態 特許登録済
技術分野 液晶4(光学部材との組合せ) 液晶5(電極、アクティブマトリックス) 液晶6(駆動) 液晶表示装置の制御 陰極線管以外の表示装置の制御 液晶4(光学部材との組合せ) 液晶6(駆動)
主要キーワード 境界領域部分 分布回路 分布検出回路 パルス振幅変調方式 変更許 ロードライバー 補正係数算出回路 係数部分
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図面 (20)

課題

画像表示装置表示輝度範囲理想の範囲に拡大し、かつ、画像品質も確保すること。

解決手段

画像信号に応じて画像を形成するLCDパネル10と、前記光変調素子に画像を表示させるための照明光照射するLEDパネルバックライト)20とを備えた画像表示装置において、前記照明光を複数の領域に分割して放射する照明手段25と、前記複数の領域に対応する画像信号の輝度分布を算出して領域毎の照明光の明るさを決定する輝度分布算出手段50と、前記輝度分布算出手段の決定に基づいて、前記照明手段の領域毎の照明光を制御するバックライト制御手段80と、前記輝度分布算出手段の決定に基づいて、前記光変調素子に入力する画像信号を補正する画像補正手段60とを備える画像表示装置。

概要

背景

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)やエレクトロクロミックディスプレイなどの非発光型の表示装置に大別できる。

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素子(液晶表示パネルとも呼ぶ)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、コンピュータモニターテレビ(TVとも呼ぶ)などさまざまな表示装置として採用されている。

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。また、黒表示の場合、画素は発光しないので暗室でのコントラスト比は数万以上と高くできる。

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、画面最大輝度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比は500〜1000程度であって、CRTなどの自発光型の表示装置に比べると小さくなる。

なお、従来からバックライトの明るさ(以下、輝度とも表現する)を制御することで消費電力を低減したり、画質を向上する液晶表示装置が提案されている。

例えば、下記特許文献1には、バックライトパネルを複数の分割領域単位で駆動し、画像信号に応じてバックライトの輝度を制御することにより、消費電力を削減することが開示されている。

また、下記特許文献2には、液晶表示パネルの背面に赤,緑,青の3色のエレクトロルミネッセンス素子EL素子)を有するELパネルを配置し、画像信号に応じてEL素子の発光を制御することで、動画時のぼやけや色のにじみなどの画質劣化を防止する技術が開示されている。

さらに、下記特許文献3には、一つの画像フレームを基準として局部的に輝度が高い画像や全体的に高い輝度が要求される画面の場合にはバックライトの輝度を高くし、そうでない場合にはバックライトの輝度を通常状態に維持することで、高いコントラスト比を実現することが開示されている。

特開2001−142409号公報
特開2001−290125号公報
特開2002−202767号公報

概要

画像表示装置表示輝度範囲理想の範囲に拡大し、かつ、画像品質も確保すること。画像信号に応じて画像を形成するLCDパネル10と、前記光変調素子に画像を表示させるための照明光照射するLEDパネル(バックライト)20とを備えた画像表示装置において、前記照明光を複数の領域に分割して放射する照明手段25と、前記複数の領域に対応する画像信号の輝度分布を算出して領域毎の照明光の明るさを決定する輝度分布算出手段50と、前記輝度分布算出手段の決定に基づいて、前記照明手段の領域毎の照明光を制御するバックライト制御手段80と、前記輝度分布算出手段の決定に基づいて、前記光変調素子に入力する画像信号を補正する画像補正手段60とを備える画像表示装置。

目的

本発明は、上記実情に鑑みなされたもので、その目的は、画像品質の劣化がなく消費電力を削減した照明装置を実現し、また、画像品質を劣化することなく、表示輝度範囲を拡大し、コントラスト比の高い画像表示装置及び画像表示方法を実現することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
44件
牽制数
76件

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請求項1

画像信号に応じて画像を形成する光変調素子に画像を表示させるための照明光照射する照明装置において、前記照明光を複数の領域に分割して放射する照明手段と、前記複数の領域に対応する画像信号の輝度分布を算出して領域毎の照明光の明るさを決定する輝度分布算出手段と、前記輝度分布算出手段の決定に基づいて前記照明手段の領域毎の照明光を制御する照明制御手段とを備えたことを特徴とする照明装置。

請求項2

画像信号に応じて画像を形成する光変調素子と前記光変調素子に画像を表示させるための照明光を照射する照明装置とを備えた画像表示装置において、前記照明光を複数の領域に分割して放射する照明手段と、前記複数の領域に対応する画像信号の輝度分布を算出して領域毎の照明光の明るさを決定する輝度分布算出手段と、前記輝度分布算出手段の決定に基づいて前記照明手段の領域毎の照明光を制御する照明制御手段と、前記輝度分布算出手段の決定に基づいて前記光変調素子に入力する画像信号を補正する画像補正手段とを備えたことを特徴とする画像表示装置。

請求項3

前記輝度分布算出手段は、領域間照明輝度分布を決定し、この決定に基づいて前記画像補正手段は、前記光変調素子に入力する画像信号の領域間を補正することを特徴とする請求項2に記載の画像表示装置。

請求項4

前記照明手段は、前記光変調素子の直下に配置した複数の光源を備えることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の照明装置又は画像表示装置。

請求項5

前記照明手段は、前記光変調素子の直下に配置される導光手段と光源とから構成され、前記光源は導光手段の少なくとも一辺に配置されることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の照明装置又は画像表示装置。

請求項6

前記光源が、発光ダイオードであることを特徴とする請求項4又は5に記載の照明装置又は画像表示装置。

請求項7

前記光源が、有機EL素子であることを特徴とする請求項4又は5に記載の照明装置又は画像表示装置。

請求項8

前記光源が、冷陰極蛍光灯であることを特徴とする請求項4又は5に記載の照明装置又は画像表示装置。

請求項9

前記照明手段は、カラムとローとで制御するマトリクス駆動方式であることを特徴とする請求項4ないし6のいずれかに記載の照明装置又は画像表示装置。

請求項10

前記照明手段は、光源とアクティブスイッチで駆動するアクティブマトリクス駆動方式であることを特徴とする請求項9に記載の照明装置又は画像表示装置。

請求項11

前記照明手段は、パッシブマトリクス駆動方式であることを特徴とする請求項9に記載の照明装置又は画像表示装置。

請求項12

前記照明手段は、パルス幅変調方式で制御することを特徴とする請求項9に記載の照明装置又は画像表示装置。

請求項13

前記照明手段は、パルス振幅変調方式で制御することを特徴とする請求項9に記載の照明装置又は画像表示装置。

請求項14

前記照明手段は、その照明光の輝度を検出するセンサを有し、前記センサの信号に応じて、前記照明制御手段は照明光を制御することを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の照明装置又は画像表示装置。

請求項15

前記照明手段は、その照明光の輝度を検出するセンサを有し、前記センサの信号に応じて、前記光変調素子に入力する画像信号を補正することを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の照明装置又は画像表示装置。

請求項16

前記センサの設置個所は、少なくとも、前記照明手段の周辺部、複数の領域内又は領域間境界のいずれかであることを特徴とする請求項14又は15に記載の照明装置又は画像表示装置。

請求項17

前記光変調素子が、横電界スイッチング方式液晶素子であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の照明装置又は画像表示装置。

請求項18

領域毎に照明光を放射する照明装置からの照明光が照射される光変調素子に、画像信号に応じて画像を表示させる画像表示方法において、領域毎の画像信号に基づいて前記照明装置から放射する領域毎の照明光の明るさを決定し、この決定に基づき前記照明装置の照明光を制御すると共に前記画像信号を補正することを特徴とする画像表示方法。

請求項19

前記画像信号の補正が、領域間の照明輝度の分布に基づいて行われることを特徴とする請求項18に記載の画像表示方法。

請求項20

前記照明装置から放射する各領域の照明光を決定する際に、前記光変調素子の特性の良好な領域を使用するように前記画像信号を補正して前記照明光を決定することを特徴とする請求項19に記載の画像表示方法。

請求項21

画像信号に応じて画像を形成する光変調素子と前記光変調素子に画像を表示させるための照明光を照射する照明装置とを備えた画像表示装置において、前記画像表示装置の周辺の明るさを検出する検出手段と、前記照明光を複数の領域に分割して放射する照明手段と、前記複数の領域に対応する画像信号の輝度分布を算出して領域毎の照明光の明るさを決定する輝度分布算出手段と、前記輝度分布算出手段の決定に基づいて前記照明手段の領域毎の照明光を制御すると共に前記検出手段で検出された周辺の明るさに基づいて前記照明手段の照明光を制御する照明制御手段と、前記輝度分布算出手段の決定に基づいて前記光変調素子に入力する画像信号を補正する画像補正手段とを備えたことを特徴とする画像表示装置。

請求項22

画像信号に応じて画像を形成する光変調素子と前記光変調素子に画像を表示させるための照明光を照射する照明装置とを備えた画像表示装置において、前記画像表示装置を遠隔操作する遠隔制御装置と、前記照明光を複数の領域に分割して放射する照明手段と、前記複数の領域に対応する画像信号の輝度分布を算出して領域毎の照明光の明るさを決定する輝度分布算出手段と、前記輝度分布算出手段の決定に基づいて前記照明手段の領域毎の照明光を制御すると共に前記遠隔制御装置の指令に基づいて前記照明手段の照明光を制御する照明制御手段と、前記輝度分布算出手段の決定に基づいて前記光変調素子に入力する画像信号を補正する画像補正手段とを備えたことを特徴とする画像表示装置。

請求項23

一対の基板に挟まれた液晶層を有する表示パネルと、該表示パネルに光を供給する光源と、該光源からの光を拡散する光拡散層と、前記表示パネルの画像及び前記光源の輝度を制御する表示処理回路とを有する液晶表示装置であって、前記光源は複数の領域ごとに輝度の制御が可能であり、前記表示処理回路は画像信号を基に前記表示パネルの一フレーム最大輝度分布を算出し、該最大輝度分布に基づき前記光源の複数の領域ごとの輝度を制御することを特徴とする液晶表示装置。

請求項24

前記最大輝度分布は、前記表示パネルの1走査期間における最大輝度を、1フレームの全走査期間において算出して求めた分布であることを特徴とする請求項23に記載の液晶表示装置。

請求項25

前記表示処理回路は前記光拡散層上の輝度分布を算出し、該光拡散層上の輝度分布を基に前記光源の複数の領域ごとの輝度を制御することを特徴とする請求項23に記載の液晶表示装置。

請求項26

前記表示処理回路は、前記複数の領域ごとの輝度の決定値を基に前記光拡散層の輝度分布を算出し、該算出結果を基に前記表示パネルの画像を補正することを特徴とする請求項23に記載の液晶表示装置。

請求項27

前記表示処理回路は前記光拡散層上の輝度分布を算出し、該光拡散層上の輝度分布と、前記液晶層の最大透過率とを基に前記液晶パネル上に表示可能な輝度分布を算出し、該液晶パネル上に表示可能な輝度分布に基づき前記光源の複数の領域ごとの輝度を制御することを特徴とする請求項23に記載の液晶表示装置。

請求項28

一対の基板に挟まれた液晶層を有する表示パネルと、該表示パネルに光を供給する光源と、該光源からの光を拡散する光拡散層と、前記表示パネルの画像及び前記光源の輝度を制御する表示処理回路とを有する液晶表示装置であって、前記光源は複数の領域ごとに輝度の制御が可能であり、前記光源の輝度の変化には許容量が設けられており、前記表示処理回路は該輝度の変化の許容量に基づき前記輝度の設定値を補正することを特徴とする液晶表示装置。

請求項29

前記輝度の変化の許容量は前記表示処理回路により制御されることを特徴とする請求項28に記載の液晶表示装置。

請求項30

前記表示処理回路は、前記表示パネルの画像におけるシーンチェンジを検出し、該シーンチェンジに基づき前記輝度の変化の許容量を制御することを特徴とする請求項28に記載の液晶表示装置。

請求項31

一対の基板に挟まれた液晶層を有する表示パネルと、該表示パネルに光を供給する光源と、該光源からの光を拡散する光拡散層と、前記表示パネルの画像及び前記光源の輝度を制御する表示処理回路と、前記表示パネルの外部の輝度を検出する手段とを有する液晶表示装置であって、前記光源は複数の領域ごとに輝度の制御が可能であり、前記表示処理回路は前記表示パネルの画像信号から字幕に対応する信号を検出する手段と、該字幕に対応する信号を変換する手段とを有することを特徴とする液晶表示装置。

請求項32

一対の基板に挟まれた液晶層を有する表示パネルと、該表示パネルに光を供給する光源と、該光源からの光を拡散する光拡散層と、前記表示パネルの画像及び前記光源の輝度を制御する表示処理回路と、前記表示パネルの外部の輝度の検出手段とを有する液晶表示装置であって、前記光源は複数の領域ごとに輝度の制御が可能であり、前記表示処理回路は画像信号を基に前記表示パネルの一フレームの輝度分布を算出し、該輝度分布と前記検出手段が検出した外部の輝度とに基づき、前記光源の複数の領域ごとの輝度を制御することを特徴とする液晶表示装置。

請求項33

前記輝度分布は、前記表示パネルの1走査期間における輝度分布を、1フレームの全走査期間において算出して求めた分布であることを特徴とする請求項32に記載の液晶表示装置。

請求項34

前記光源は垂直走査方向に分割された領域ごとに輝度の制御が可能であることを特徴とする請求項23に記載のいずれかの液晶表示装置。

請求項35

前記表示処理回路はパルス振幅変調方式で前記光源の輝度を制御することを特徴とする請求項23に記載のいずれかの液晶表示装置。

請求項36

前記光源は、発光ダイオードであることを特徴とする請求項23に記載のいずれかの液晶表示装置。

請求項37

前記光源は、有機EL素子であることを特徴とする請求項23に記載のいずれかの液晶表示装置。

請求項38

前記光源が、冷陰極蛍光灯であることを特徴とする請求項23に記載のいずれかの液晶表示装置。

請求項39

画像信号に応じて画像を形成する光変調素子と、前記光変調素子に画像を表示させるための照明光を照射する照明装置と、前記照明装置の照明光を拡散させる光拡散層を備えた画像表示装置において、前記照明装置は、n個の光源領域に分割されており、分割領域毎輝度制御が可能であって、画像信号から画面上の最大輝度分布を算出する最大輝度分布検出回路と、前記最大輝度分布検出回路の算出結果を基に前記分割領域毎の照明光源照射輝度を設定する照明光源輝度設定回路を設け、前記照明光源輝度設定回路が設定した前記分割領域毎の照明光源輝度設定値を基に前記分割領域毎の照明光源の輝度を制御する照明光源輝度制御回路を備え、前記照明光源輝度設定回路が設定した前記各分割領域の照明光源輝度設定値を基に前記光拡散層の輝度分布を算出する光拡散層輝度分布算出回路を備え、前記光拡散層輝度分布算出回路の輝度算出結果を基に、画像信号を補正する画像信号補正回路とを備えたことを特徴とする画像表示装置。

請求項40

画像信号から映像シーン切り替わりを検出するシーンチェンジ検出回路を設け、シーンチェンジ検出回路の検出結果を基に、前記照明光源輝度設定回路は前記分割領域毎の照明輝度設定値を再設定し、前記照明光源輝度設定回路が再設定した前記分割領域毎の照明光源輝度設定値を基に前記分割領域毎の照明光源の輝度を制御する照明光源輝度制御回路を備え、前記照明光源輝度設定回路が再設定した前記各分割領域の照明光源輝度設定値を基に、前記光拡散層の輝度分布を算出する光拡散層輝度分布算出回路を備え、前記光拡散層輝度分布算出回路の輝度算出結果を基に、画像信号を補正する画像信号補正回路とを備えたことを特徴とする画像表示装置。

請求項41

画像信号に応じて画像を形成する光変調素子と前記光変調素子に画像を表示させるための照明光を照射する照明装置と前記照明装置の照明光を拡散させる光拡散層を備えた画像表示装置において、前記照明装置は、n個の光源領域に分割されており、分割領域毎に輝度制御が可能であって、字幕検出回路を備え、前記字幕検出回路により検出された字幕に対応する画像信号を適宜変更する字幕データ変換回路を設け、画像信号から画面上の最大輝度分布を算出する最大輝度分布検出回路と、前記最大輝度分布検出回路の算出結果を基に前記分割領域毎の照明光源の照射輝度を設定する照明光源輝度設定回路を設け、前記照明光源輝度設定回路が設定した前記分割領域毎の照明光源輝度設定値を基に前記分割領域毎の照明光源の輝度を制御する照明光源輝度制御回路を備え、前記照明光源輝度設定回路が設定した前記各分割領域の照明光源輝度設定値を基に、前記光拡散層の輝度分布を算出する光拡散層輝度分布算出回路を備え、前記光拡散層輝度分布算出回路の輝度算出結果を基に、画像信号を補正する画像信号補正回路とを備えたことを特徴とする画像表示装置。

請求項42

画像信号に応じて画像を形成する光変調素子と前記光変調素子に画像を表示させるための照明光を照射する照明装置と前記照明装置の照明光を拡散させる光拡散層を備えた画像表示装置において、前記照明装置は、n個の光源領域に分割されており、分割領域毎に輝度制御が可能であって、字幕検出回路を備え、前記字幕検出回路により検出された字幕に対応する画像信号を適宜変更する字幕データ変換回路を設け、画像信号から画面上の最大輝度分布を算出する最大輝度分布検出回路と、前記最大輝度分布検出回路の算出結果を基に前記分割領域毎の照明光源の照射輝度を設定する照明光源輝度設定回路を設け、画像信号から映像シーンの切り替わりを検出するシーンチェンジ検出回路を設け、前記シーンチェンジ検出回路の検出結果を基に、前記照明光源輝度設定回路は前記分割領域毎の照明輝度設定値を再設定し、前記照明光源輝度設定回路が再設定した前記分割領域毎の照明光源輝度設定値を基に前記分割領域毎の照明光源の輝度を制御する照明光源輝度制御回路を備え、前記照明光源輝度設定回路が再設定した前記各分割領域の照明光源輝度設定値を基に、前記光拡散層の輝度分布を算出する光拡散層輝度分布算出回路を備え、前記光拡散層輝度分布算出回路の輝度算出結果を基に、画像信号を補正する画像信号補正回路とを備えたことを特徴とする画像表示装置。

請求項43

周囲の明るさを検出する周辺輝度検出手段を備え、前記字幕データ変換回路は、前記周辺輝度検出手段の検出結果を基に前記字幕検出回路により検出された字幕に対応する画像信号を変換することを特徴とする請求項41または請求項42に記載の画像表示装置。

請求項44

画像信号に応じて画像を形成する光変調素子と前記光変調素子に画像を表示させるための照明光を照射する照明装置と前記照明装置の照明光を拡散させる光拡散層を備えた画像表示装置において、前記照明装置は、n個の光源領域に分割されており、分割領域毎に輝度制御が可能であって、画像信号から画面上の輝度分布を算出する輝度分布検出回路と、周囲の明るさを検出する周辺輝度検出手段を設け、前記輝度分布検出回路の算出結果及び、前記周辺輝度検出手段の検出結果を基に、前記分割領域毎の照明光源の照射輝度を設定する照明光源輝度設定回路を設け、前記照明光源輝度設定回路が設定した前記分割領域毎の照明光源輝度設定値を基に前記分割領域毎の照明光源の輝度を制御する照明光源輝度制御回路を備え、前記照明光源輝度設定回路が設定した前記各分割領域の照明光源輝度設定値を基に、前記光拡散層の輝度分布を算出する光拡散層輝度分布算出回路を備え、前記光拡散層輝度分布算出回路の輝度算出結果を基に、画像信号を補正する画像信号補正回路とを備えたことを特徴とする画像表示装置。

請求項45

画像信号に応じて画像を形成する光変調素子と前記光変調素子に画像を表示させるための照明光を照射する照明装置と前記照明装置の照明光を拡散させる光拡散層を備えた画像表示装置において、前記照明装置は、n個の光源領域に分割されており、分割領域毎に輝度制御が可能であって、画像信号から画面上の輝度分布を算出する輝度分布検出回路と、周囲の明るさを検出する周辺輝度検出手段を設け、前記輝度分布検出回路の算出結果及び、前記周辺輝度検出手段の検出結果を基に、前記分割領域毎の照明光源の照射輝度を設定する照明光源輝度設定回路を設け、画像信号から映像シーンの切り替わりを検出するシーンチェンジ検出回路を設け、前記シーンチェンジ検出回路の検出結果を基に、前記照明光源輝度設定回路は前記分割領域毎の照明輝度設定値を再設定し、前記照明光源輝度設定回路が再設定した前記分割領域毎の照明光源輝度設定値を基に前記分割領域毎の照明光源の輝度を制御する照明光源輝度制御回路を備え、前記照明光源輝度設定回路が再設定した前記各分割領域の照明光源輝度設定値を基に、前記光拡散層の輝度分布を算出する光拡散層輝度分布算出回路を備え、前記光拡散層輝度分布算出回路の輝度算出結果を基に、画像信号を補正する画像信号補正回路とを備えたことを特徴とする画像表示装置。

請求項46

画像信号に応じて画像を形成する光変調素子と前記光変調素子に画像を表示させるための照明光を照射する照明装置と前記照明装置の照明光を拡散させる光拡散層を備えた画像表示装置において、前記照明装置は、n個の光源領域に分割されており、分割領域毎に輝度制御が可能であって、字幕検出回路を備え、前記字幕検出回路により検出された字幕に対応する画像信号を適宜変更する字幕データ変換回路を設け、周囲の明るさを検出する周辺輝度検出手段を設け、画像信号から画面上の輝度分布を算出する輝度分布検出回路と、前記輝度分布検出回路の算出結果及び前記周辺輝度検出回路の検出結果を基に前記分割領域毎の照明光源の照射輝度を設定する照明光源輝度設定回路を設け、前記照明光源輝度設定回路が設定した前記分割領域毎の照明光源輝度設定値を基に前記分割領域毎の照明光源の輝度を制御する照明光源輝度制御回路を備え、前記照明光源輝度設定回路が設定した前記各分割領域の照明光源輝度設定値を基に、前記光拡散層の輝度分布を算出する光拡散層輝度分布算出回路を備え、前記光拡散層輝度分布算出回路の輝度算出結果を基に、画像信号を補正する画像信号補正回路とを備えたことを特徴とする画像表示装置。

請求項47

画像信号に応じて画像を形成する光変調素子と前記光変調素子に画像を表示させるための照明光を照射する照明装置と前記照明装置の照明光を拡散させる光拡散層を備えた画像表示装置において、前記照明装置は、n個の光源領域に分割されており、分割領域毎に輝度制御が可能であって、字幕検出回路を備え、前記字幕検出回路により検出された字幕に対応する画像信号を適宜変更する字幕データ変換回路を設け、周囲の明るさを検出する周辺輝度検出回路を設け、画像信号から画面上の輝度分布を算出する輝度分布検出回路と、前記輝度分布検出回路の算出結果と前記周辺輝度検出手段の検出結果を基に前記分割領域毎の照明光源の照射輝度を設定する照明光源輝度設定回路を設け、画像信号から映像シーンの切り替わりを検出するシーンチェンジ検出回路を設け、前記シーンチェンジ検出回路の検出結果を基に、前記照明光源輝度設定回路は前記分割領域毎の照明輝度設定値を再設定し、前記照明光源輝度設定回路が再設定した前記分割領域毎の照明光源輝度設定値を基に前記分割領域毎の照明光源の輝度を制御する照明光源輝度制御回路を備え、前記照明光源輝度設定回路が再設定した前記各分割領域の照明光源輝度設定値を基に、前記光拡散層の輝度分布を算出する光拡散層輝度分布算出回路を備え、前記光拡散層輝度分布算出回路の輝度算出結果を基に、画像信号を補正する画像信号補正回路とを備えたことを特徴とする画像表示装置。

技術分野

0001

本発明は、画像信号に応じて照明光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、画像信号に応じて照明光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)やエレクトロクロミックディスプレイ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素子(液晶表示パネルとも呼ぶ)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、コンピュータモニターテレビ(TVとも呼ぶ)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。また、黒表示の場合、画素は発光しないので暗室でのコントラスト比は数万以上と高くできる。

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、画面最大輝度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比は500〜1000程度であって、CRTなどの自発光型の表示装置に比べると小さくなる。

0006

なお、従来からバックライトの明るさ(以下、輝度とも表現する)を制御することで消費電力を低減したり、画質を向上する液晶表示装置が提案されている。

0007

例えば、下記特許文献1には、バックライトパネルを複数の分割領域単位で駆動し、画像信号に応じてバックライトの輝度を制御することにより、消費電力を削減することが開示されている。

0008

また、下記特許文献2には、液晶表示パネルの背面に赤,緑,青の3色のエレクトロルミネッセンス素子EL素子)を有するELパネルを配置し、画像信号に応じてEL素子の発光を制御することで、動画時のぼやけや色のにじみなどの画質劣化を防止する技術が開示されている。

0009

さらに、下記特許文献3には、一つの画像フレームを基準として局部的に輝度が高い画像や全体的に高い輝度が要求される画面の場合にはバックライトの輝度を高くし、そうでない場合にはバックライトの輝度を通常状態に維持することで、高いコントラスト比を実現することが開示されている。

0010

特開2001−142409号公報
特開2001−290125号公報
特開2002−202767号公報

発明が解決しようとする課題

0011

上記背景技術において、液晶表示装置などの非発光型の表示装置では、バックライトの輝度が一定の場合、十分なコントラスト比、換言すると広い表示輝度範囲を得ることができない。このため、画像信号に応じてバックライトの明るさを制御することで、表示輝度範囲を広げコントラスト比を向上している。

0012

また、上記背景技術においては、各種目的のためにバックライトの輝度を制御する技術が開示されているが、いずれの技術も画像品質の確保の点で問題がある。

0013

例えば、バックライトの輝度を調整することで画面全体の輝度を制御する方法では、画面の中に局部的に明るい領域がある場合に、バックライトの輝度を高くすると、この画面の中に暗い領域が並存する場合には、その領域の輝度が上がってしまい、所望とする低い輝度が実現できず、画質が劣化するという問題を生じる。つまり、バックライトの輝度を調整することで画面全体の輝度を制御する方法では、本質的にはコントラスト比が向上しないため高いコントラスト比が得られないという問題がある。

0014

また、バックライトを複数の分割領域単位(分割バックライト領域とも呼ぶ)毎に駆動し、画像信号に応じてバックライトの輝度を制御する場合には、表示画像の隣り合う分割バックライト領域の境界に対応する位置に望ましくない輝度差が発生するという問題を生じる。これは以下の理由による。

0015

例えば、図4を用いて説明すると、隣り合う2つの画面領域(図中、area0,area1と表示)において、表示すべき画像信号として一方の画面領域(area0)の中央部のみに輝度の高い領域が存在し、これ以外の領域では他方の画面領域(area1)と輝度が等しい場合を想定する。

0016

この場合、画面領域area0に対応した分割バックライト領域の輝度は画像信号に応じて輝度を高くする。このため、画面領域area0と画面領域area1にそれぞれ対応する分割バックライト領域では互いに輝度が異なることになる。

0017

そして、液晶表示装置から出力される画像は、バックライトの輝度に画像信号に応じて制御される液晶表示パネルの透過率掛け合わせたものとなる。このため、隣り合う分割バックライト領域にバックライトの輝度の差があると、出力される画像には、本来輝度の差が無い境界領域部分に不要な輝度差が生じて画質が劣化してしまうという問題が生じる。

0018

本発明は、上記実情に鑑みなされたもので、その目的は、画像品質の劣化がなく消費電力を削減した照明装置を実現し、また、画像品質を劣化することなく、表示輝度範囲を拡大し、コントラスト比の高い画像表示装置及び画像表示方法を実現することにある。

課題を解決するための手段

0019

以下、本発明の特徴を図面の符号を引用して説明すると、まず、本発明は、画像信号に応じて画像を形成するLCDパネル(10)に画像を表示させるための照明光を照射する照明装置において、前記照明光を複数の領域(25)に分割して放射するLEDパネル
(バックライト)(20)と、前記複数の領域に対応する画像信号を基にして領域毎の照明光の明るさを決定する輝度分布算出手段(50)と、前記輝度分布算出手段の決定に基づいて前記照明手段の領域毎の照明光を制御するバックライト制御手段(80)とを備えることを特徴とし、照明装置の消費電力が削減できる。

0020

次に、本発明は、画像信号に応じて画像を形成するLCDパネル(10)と前記光変調素子に画像を表示させるための照明光を照射する照明装置とを備えた画像表示装置において、前記照明光を複数の領域(25)に分割して放射するLEDパネル(バックライト)(20)と、前記複数の領域に対応する画像信号の輝度分布を算出して領域毎の照明光の明るさを決定する輝度分布算出手段(50)と、前記輝度分布算出手段の決定に基づいて前記照明手段の領域毎の照明光を制御するバックライト制御手段(80)と、前記輝度分布算出手段の決定に基づいて前記光変調素子に入力する画像信号を補正する画像補正手段(60)とを備えたことを特徴とし、コントラスト比が高く品質のよい画像が得られ、かつ、照明装置の消費電力が削減される。

0021

前記輝度分布算出手段(50)は、領域毎の照明輝度を決定し、この決定に基づいて前記画像補正手段(60)は、前記光変調素子(10)に入力する画像信号を領域毎の照明輝度及び領域間照明輝度分布を考慮して補正することを特徴とし、コントラスト比が高くむらの少ない画像が得られ、かつ、照明装置の消費電力が削減される。

0022

さらに、本発明は、領域毎に照明光を放射する照明装置からの照明光が照射される光変調素子に、画像信号に応じて画像を表示させる画像表示方法において、領域毎の画像信号に基づいて(90p1)前記照明装置から放射する領域毎の照明光の明るさを決定(90p2)し、この決定に基づき前記照明装置の照明光を制御(90p5)すると共に前記画像信号を補正(90p4)することを特徴とし、コントラスト比が高く品質のよい画像が得られ、かつ、照明装置の消費電力が削減される。

0023

前記画像信号の補正(90p4)が、領域間の照明輝度の分布に基づいて(90p3)行われることを特徴とし、コントラスト比が高くムラの少ない画像が得られ、かつ、照明装置の消費電力が削減される。

0024

前記照明装置から放射する各領域の照明光を決定する(90p2)際に、前記光変調素子の特性の良好な領域(図31(c))を使用するように前記画像信号を補正(90p4)して前記照明光を決定することを特徴とし、コントラスト比が高くムラの少ない画像が得られると共に照明装置の消費電力が削減され、かつ、視野角の改善を図ることができる。

発明の効果

0025

本発明においては、領域毎の画像信号に基づいて、照明装置の領域毎の照明光の放射動作を制御すると共に画像信号を補正するため、コントラスト比が高くムラの少ない画像品質が得られ、かつ、照明装置の消費電力の削減という利点がある。また、画像表示装置の画質改善と共に視野角の改善を図ったので、広告用ディスプレイ,テレビ用ディスプレイパーソナルコンピュータ用ディスプレイなど多くの画像表示装置に適用できる。

発明を実施するための最良の形態

0026

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。

0027

図1から図11は、本発明の実施例1を示し、まず、図1を用いて、表示輝度範囲を拡大してコントラスト比を高くすることを説明する。

0028

図1において、現状の液晶表示装置のバックライト(BL)の相対輝度を1と定義する。理想的な表示輝度範囲(cd10)は、0.01cd/m2〜1000cd/m2 であるのに対して、液晶表示装置に要求される表示輝度範囲(cd20)は、0.1cd/m2〜1000cd/m2で、コントラスト比(CR)≧10000である。

0029

ところが、液晶表示装置の現状の表示輝度範囲(cd30)は、1.0cd/m2〜500cd/m2 で、コントラスト比(CR)は500と小さい。これは、背景技術で説明した液晶表示装置では、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ため、黒表示の際に、バックライトの光の一部が漏れて十分に暗くならないためである。

0030

そこで、本発明では、画像信号に応じてバックライトの輝度を制御し、例えば、画像信号が暗いときには、バックライトの輝度を暗くなるように制御して、表示輝度範囲(cd40)を0.1cd/m2〜50cd/m2(BL相対輝度0.1)とする。一方、画像信号が明るいときには、バックライトの輝度を明るくなるように制御して、表示輝度範囲(cd50)を2.0cd/m2〜1000cd/m2(BL相対輝度2)とすることにより、実際の表示輝度範囲(cd60)を得ることができ、この範囲は要求される表示輝度範囲(cd20)と同じになる。

0031

図2は、本発明に係る光変調素子として最良の形態の1つである横電界スイッチング方式の液晶表示パネル(以下「LCDパネル」ともいう。)の原理図である。このLCDパネルの画素は、透明基板(10−2)上に配置した画素電極(10−2a)と共通電極
(10−2d)、及び画素電極(10−2a)に接続されたTFT(Thin Film Transistor)からなるスイッチング素子(10−2b)を有する。

0032

2枚の透明基板(10−2)(10−4)の間には、誘電方性が正のネマチック液晶からなる液晶層が設けられ、液晶層を構成する液晶分子(10−3)は、2枚の透明基板(10−2)(10−4)上に形成された図示しない配向膜により、その液晶分子長軸配向方向が規定される。液晶分子(10−3)の配向方向は、理想的には2枚の透明基板(10−2)(10−4)間で捩じれのない、いわゆるホモジニアス配向である。

0033

透明基板(10−4)の前面と透明基板(10−2)の背面には、それぞれ偏光板
(10−6)及び偏光板(10−1)を配置する。偏光板(10−1)と偏光板(10−6)は、互いにその直線偏光透過軸が直交するように配置する。また、偏光板(10−1)の直線偏光の透過軸は液晶分子(10−3)の配向方向に平行又は直交するように配置する。

0034

バックライトから放射し、LCDパネルヘ入射する光(入射光(10−10))は、偏光板(10−1)を透過した後、液晶層等を通過して偏光板(10−6)に入射する。この際、画素電極(10−2a)及び共通電極(10−2d)に、液晶分子(10−3)の配列が変化するような電圧印加しない場合(OFF)は、偏光板(10−6)に入射した光の大部分は吸収されて黒(暗)表示となる。

0035

一方、画素電極(10−2a)及び共通電極(10−2d)に電圧を印加して(ON)、主に横方向に発生する電界(10−2c)により液晶分子(10−3)の配列を変化させると、偏光板(10−6)に入射する光は、その偏光状態が変化し、偏光板(10−6)を透過して出射光(10−11)が得られるので所定の明るさの表示が実現できる。

0036

横電界スイッチング方式のLCDパネルは視野角が広いためパソコン(PC)やテレビ(TV)のモニターとして広く用いられている。

0037

光変調素子としては、横電界スイッチング方式のLCDパネルの他に、例えばTN
(Twisted Nematic)方式,STN(Super Twisted Nematic)方式,ECB(ElectricalControlled Birefringence)方式,VA(Vertical Alingned)方式などのLCDパネルを用いることができる。これらのLCDパネルは偏光板を備え、液晶層に入射する光の偏光状態を制御することで映像の表示を行うものであり、比較的低い駆動電圧でコントラスト比の高い映像が得られるもので、本発明の光変調素子として好適である。

0038

次に、図3は、本発明に係る画像表示装置の全体の概略構成図であって、10はLCDパネルからなる光変調素子、15は光拡散シート、20は照明手段としてのLEDパネルであって照明光を放射する。30は画像信号処理手段、50は輝度分布算出手段、60は画像補正手段、80は照明制御手段としてのバックライト制御手段である。ここで、LEDパネル20は、複数の領域25に分割(5×6)した例で示している。

0039

まず、画像信号が画像信号処理手段30に入力されると、画像表示領域制御のためのタイミング信号生成処理が行われる。

0040

次に、輝度分布算出手段50において、入力されたオリジナル画像信号の最大値最小値などの解析が、各領域25に対応して行われ、この解析結果により、領域25毎のバックライト輝度レベルが決定される。

0041

次に、画像補正手段60は、領域25毎のバックライト輝度レベルに応じて画像補正を行う。また、同時に、バックライト制御手段80で、領域25毎のバックライト輝度レベルに応じてバックライトを制御する。これにより、図1で説明したように、液晶表示装置の要求される表示輝度範囲をカバーし、かつ、各領域25での輝度差による画質劣化を防止することができる。

0042

図4から図11は、本発明の動作原理を説明するための図である。図4は画像表示装置において、2つの隣り合う領域((area0),(area1))に表示される画像の例を示す図である。この図は領域(area0)の中央部に明るい円を表示し、この円以外の領域(以下「背景部」という。)と領域(area1)の全面を円よりも暗く表示する場合を示す。ここでは、以下、図4において破線(sample)で示される位置での表示動作について説明する。

0043

図4の領域(area0)では、画像に明るい部分が含まれるが、領域(area1)では画像に明るい部分が含まれない。このため領域(area0)では、バックライトの輝度を高く、領域(area1)では、バックライトの輝度を低く制御する。この制御によって、図1を参照して説明したとおり、表示輝度範囲を拡大し、コントラスト比を高くすることができる。しかし、このような制御を行った場合には、画質劣化という新たな課題が生じる。これについて図5を参照して説明する。

0044

図5において、(a)オリジナル画像信号は、図4の破線(sample)で示す位置に表示すべき画像の階調レベルを模式的に示すものである。同図(b)バックライト輝度は、領域毎に制御されたバックライトの輝度を模式的に示すものである。なお、光変調素子
(LCDパネル)の透過率は、これに入力する画像信号に応じて制御されるので、画像信号の階調レベルをLCDパネルの透過率のレペルに読み替えることができる。このため、出力画像の輝度は同図(c)出力画像に示すように、同図(a)オリジナル画像信号に応じて制御されるLCDパネルの透過率と同図(b)バックライト輝度とを掛け合わせたものとなる。この場合、領域(area0)では、バックライトの輝度が高いためその背景部は、本来同じ輝度でなければならない領域(area1)よりも輝度が高くなってしまう。

0045

つまり、バックライトの輝度を領域毎に制御することで、本来同じ明るさであるはずの部分に輝度の違い、つまり、明るさの違いが発生して画質が劣化してしまう。

0046

そこで、このような画質劣化の発生を防止するために画像信号を補正する方法について図6を参照して説明する。図6は、同図(a)に示すオリジナル画像信号を、同図(b)に示すように補正することで、画質劣化が発生しないことを説明するための原理図である。すなわち、同図(c)に示すように、バックライトの輝度を制御することで発生する画像劣化をなくすため、領域(area1)に対する画像信号は、同図(b)に示すように、オリジナル画像信号よりもレベルを上げるように補正する。これにより、出力画像は、同図(d)に示すように、オリジナル画像信号、つまり表示すべき画像の階調レベルに対応した画質劣化のない画像となる。

0047

図7は、画像信号の補正の原理を説明するための図であり、横軸階調(Gray Scale)、縦軸が輝度(単位:cd/m2 )を示す。曲線B0と曲線B1は、それぞれバックライトの輝度が異なる場合の階調レベルと画像表示装置の輝度の関係を示し、曲線B0 が領域
(area0)に対応し、曲線B1 が領域(area1)に対応する。ここで、それぞれの曲線は一般にガンマ曲線と呼ばれるものであり、階調をG、輝度をBとすると、両者は次式(1)により関係付けられる。

0048

B=kGγ …(1)
ここで、kは定数である。また、γは一般にガンマ係数と呼ばれるもので、一般の画像表示装置では1.8〜3程度の値である。

0049

図7に示すように、領域(area0)と領域(area1)ではバックライトの輝度が異なるため、式(1)における比例定数kが異なる。比例定数kは、バックライトの輝度に比例し、領域(area0)においてk0、領域(area1)においてk1 とすると、本例ではk0>k1である。

0050

例えば、領域(area0)の背景部の階調レベルをG0 とする場合、領域(area0)において階調G0 に対応する輝度と、領域(area1)の輝度を同じにするには、領域(area1)の階調レベルを同図に示す階調G0から階調G1に変換すればよい。これを式で表すと次式(2)(3)のようになる。

0051

k1G1γ=k0G0γ …(2)
G1=G0(k0/k1)1/γ …(3)
ここで、k0/k1は領域(area0)と領域(area1)におけるバックライトの輝度比である。

0052

このように、図6に示すオリジナル画像信号(a)の領域(area1)における階調レベルを補正して(上げて)、補正後の画像信号(b)とすることで、出力画像(d)の領域間における輝度の差をなくすことができる。

0053

なお、現実のバックライトでは領域間の輝度は図6(c)に示すように急激(階段状)には変化せず、図8(c)に示すようになだらかに変化することが一般的である。このため、このような領域間におけるバックライトの輝度の変化を考慮していない画像信号の補正では出力画像が図8(d)に例示するようになり、画質の劣化を生じてしまう。そこで、バックライトの領域間の輝度分布を考慮した画像信号補正方法について、図9を参照して説明する。

0054

図9は、同図(a)に示すオリジナル画像信号を、同図(b)に示すように補正することで、画質劣化が発生しないことを説明するための原理図である。すなわち、領域毎にバックライトの輝度制御を行った結果、発生する同図(c)に示す領域間の輝度分布を補償するように画像信号の補正を行い、同図(b)に示す補正後の画像信号を得る。これにより、出力画像は同図(d)に示すように、オリジナル画像信号、つまり、表示すべき画像の階調レベルに対応した画質劣化のない画像となる。

0055

図10及び図11を用いて、バックライトの領域間の輝度分布を補償する画像信号補正について説明する。図11(a)は、バックライトの領域間の輝度分布を実測した結果である。同図において、バックライトの最大輝度(本例では約7000cd/m2 )が1となるように縦軸を正規化し、横軸を画素数で表したものが図11(b)である(図11
(b)では、説明を分かり易くするため、位置0を領域(area0)と領域(area1)の境界としている)。図11(b)について、横軸をX、縦軸をf(X)と近似関数化する。この近似関数f(X)を用いると、画像信号補正が容易となる。

0056

図11(b)によると、−65<X<65において輝度分布の影響が生じる。この範囲を領域(area01)とし、近似関数f(X)を用いて画像信号補正を行うことを図10を参照して説明する。ここで、G0 は領域(area01)におけるオリジナル画像信号、つまり、表示すべき画像の階調である。図10に示した例では、領域(area01)におけるオリジナル画像信号レベル差異がないため、G0 はXに依らない定数となるが、一般的にはXの関数である。この場合、G0(X) とすればよい。ここで、補正後の画像信号(各画素に最終的に入力される階調レベル)をG(X)とすると、G(X)は次式(4)で表される。

0057

G(X)=G0[1/f(X)]1/γ …(4)
なお、ここでは、近似関数f(X)を求め、図10に示した式、つまり式(4)を用いてG(X)を求めたが、図11に例示したようなバックライトの領域間の輝度分布の実測値をデータとしてメモリに記憶させ、これを基に補正するようにしてもよい。あるいは、図
10に示した式において、G0 の係数部分を近似関数としてもよい。

0058

以下、本発明の実施例2を図12ないし図17を用いて説明する。本実施例は、図3に示した本発明に係る全体概略構成の詳細な構成であって、同一部分は同じ番号を用いている。

0059

図12において、LCDパネル10は、データドライバー11の信号線s90とゲートドライバー12の信号線s100により駆動される。データドライバー11へのデータ信号s70は画像補正手段60から供給される。さらに、ゲートドライバー12へのタイミング信号s60も同様に画像補正手段60から供給される。

0060

バックライトとして機能するLEDパネル20は、カラムドライバー21の信号線s140とロードライバー22の信号線s150により駆動される。カラムドライバー21へのカラムドライバー信号s115とPWM信号s120はバックライト制御手段80から供給される。さらに、ロードライバー22へのタイミング信号s110も同様にバックライト制御手段80から供給される。LEDパネル20の所定個所にはセンサが配置され、このセンサ信号s130は、バックライト制御手段80と画像補正手段60に供給される。

0061

LCDパネル10とLEDパネル20を制御する表示コントローラ90は、画像信号
s1から各種アドレスs5,s6を生成する画像信号処理手段30と、画像信号処理手段30からの画素信号s10を格納するフレームメモリ40と、各種アドレスs5,s6と画素信号s10を入力して領域毎のバックライトの輝度分布を算出する輝度分布算出手段50と、輝度分布算出手段50からのバックライト輝度分布データ信号s30に応じて、表示データs20を補正する画像補正手段60と、輝度分布算出手段50からのバックライト輝度分布データ信号s30と領域識別信号s40を入力してバックライトの輝度レベルを制御するバックライト制御手段80とで構成される。

0062

画像信号処理手段30からは、フレームメモリ40への書き込み画像アドレスである入力画素アドレスs5とLCDパネルの表示のための表示アドレスs6が出力され、輝度分布算出手段50に供給されている。また、画像信号処理手段30からの画素信号s10は、フレームメモリ40と輝度分布算出手段50に供給されている。

0063

フレームメモリ40からの表示データs20は画像補正手段60に供給されている。また、輝度分布算出手段50からは、領域毎のバックライト輝度分布データ信号s30と領域識別信号s40が出力される。バックライト輝度分布データ信号s30は画像補正手段60とバックライト制御手段80に入力され、領域識別信号s40はバックライト制御手段80に入力される。なお、フレームメモリ40を用いないでリアルタイム処理を行ってもよい。

0064

画像補正手段60には、図10図11に示した所定関数f(X)をテーブル化した補正メモリ70が接続され、輝度勾配データs50が読み込まれる。

0065

図13は、図12回路構成の動作を説明する概略チャート図である。まず、輝度分布算出手段50において、画像信号処理手段30からの画素信号s10の領域毎の最大・最小値などの解析調査を実施し(90p1)、この解析調査に基づいて図1に示すように領域毎のバックライトの明るさを決定し(90p2)、領域毎のバックライトの明るさに基づいて、図11に示すように領域間のバックライト輝度分布を算出する(90p3)。次に、画像補正手段60において、領域毎のバックライト輝度分布データ信号s30に基づいて、フレームメモリ40からの1フレーム遅れた表示データs20を補正する(90p4)。また、同時に、バックライト制御手段80では、領域毎のバックライトの輝度分布データ信号s30と領域識別信号s40に基づいて、バックライト制御を行う(90p5)。したがって、図9に示すように、ムラのない出力画像が得られる。なお、領域間のバックライト輝度分布を算出するステップ(90p3)を省略すると、図6に示すような出力画像が得られるが、これは領域間のバックライトの輝度が階段状に変化する場合である。

0066

図14は、輝度分布算出手段50の詳細な回路である。まず、入力画素アドレスs5が入力されると、入力画素アドレス判定回路51によって、入力画素がどの領域にあるかを示す領域識別信号を生成し、この領域識別信号は、画素信号s10の最大値・最小値を検出する領域毎に設けられた最大最小検出回路52,53に供給される。最大最小検出回路52,53は、それぞれの領域にある画素信号の最大値・最小値を解析調査し、それぞれの領域の最大値・最小値のデータをそれぞれの領域に対応するレジスタ55,56に格納する。

0067

次に、表示画素アドレス判定回路54は、表示画素アドレスs6が入力されると、領域識別信号s40を生成し、この表示領域に対応したレジスタ55に格納された最大値・最小値のデータを読み出すことによって、その表示領域のバックライト輝度のレベルが決定される。このレベルはバックライト輝度分布計算回路57に入力され、表示領域毎の輝度分布データ信号s30を出力する。表示領域毎の最大値・最小値から平均値を算出したり、全表示領域の最大値と最小値から輝度のレベルの範囲を算出してもよい。

0068

図15は、画像補正手段60の詳細な回路である。まず、領域毎のバックライト輝度分布データ信号s30と補正メモリ70に格納されている輝度勾配データ信号s50とから輝度勾配近似計算回路62は輝度勾配を近似計算し、この輝度勾配から表示画素補正係数算出回路63は補正係数を算出し、この補正係数に基づいて表示画素補正回路61は表示データs20を補正する。この補正データ表示制御回路65により、LCDパネルのタイミング信号s60とデータ信号s70に変換される。なお、LEDパネル20の所定個所に設置されたセンサからのセンサ信号s130は、光センサ検出回路64で変換され、輝度勾配近似計算62で利用し、LED特性違いによる発光ムラを削減する効果がある。

0069

図16は、バックライト制御手段80の詳細な回路である。領域識別信号s40は領域タイミング回路81に入力され、LEDパネル20のロードライバー信号s110とカラムドライバー信号s115として出力される。また、領域毎のバックライト輝度分布データ信号s30は、パルス幅変調(PWM)発生回路82に入力され、PWM信号s120として出力される。なお、センサ信号s130は、このバックライト制御手段80においても、画像補正手段60と同様に、光センサ検出回路83に入力され、パルス幅変調
(PWM)発生回路82に修正を加える。これにより、LEDの特性の違いによる発光ムラを削減する効果がある。

0070

図17(a)〜(d)は、LEDパネル20に光センサを設置する個所の例を説明した図である。同図(a)はLEDパネル20のコーナ(S1,S2)に設置する例、同図
(b)はLEDパネル20の辺(S1,S2)に設置する例、同図(c)は分割領域の中央内部(S1,S2)に設置する例、同図(d)は分割領域の境界(S1,S2)に設置する例である。それぞれの図において、2個の設置例を示したが、センサの個数バランスを考慮して分散して2個以上複数配置してもよい。

0071

図18ないし図29は、照明装置(バックライト)の実施例であって、図18は、照明光を放射する発光素子として発光ダイオードLEDを用いた領域別バックライトの構造図である。LEDパネル20は、予め指定された領域25に分割し、各領域25には、複数個のLED(ここでは4個)を配置する。また、LEDパネル20はLCDパネル10の直下に配置し、光拡散シート15を通すことにより、各領域25の輝度の分布は均一化される。

0072

図19は、LEDパネル20のマトリクス駆動方式基本モデルを示した図であって、データ線DATAline)と走査線SCANline)の交叉点には、スイッチ素子Mが配置され、データ線(DATAline)と走査線(SCANline)間の電位差に応じて、スイッチSWをオンオフする役目を持つ。2つの共通電極線(COMMON1,COMMON2)の間に電位があり、かつ、スイッチSWがオンのとき、発光ダイオードLEDは発光する。スイッチ素子Mにトランジスタを用いるとアクティブマトリクス駆動方式になる。また、データ線
(DATAline)と走査線(SCANline)をそれぞれLEDのアノードカソードに接続して、それぞれの電位差を制御することでスイッチ素子Mを省略してもよい。この場合は、パッシブマトリクス駆動方式となる。

0073

図20は、LEDパネル20のアクティブマトリクス駆動方式の具体的回路図である。データ線(DATAline(D1,D2,…))と走査線(SCANline(G1,G2,…))とのそれぞれの交叉点には、データ線(DATAline)と走査線(SCANline)とによって選択されるトランジスタスイッチSW1と、このスイッチSW1がオンすることで電荷チャージするコンデンサCと、チャージされたコンデンサCの電位差でオンするトランジスタスイッチSW2と、このスイッチSW2がオンすることで発光する発光ダイオードLEDが接続されている。また、発光ダイオードLEDは2つの共通電極(COMMON1,
COMMON2)に接続され、この共通電極の電位差で発光する。

0074

図21は、図20に示すアクティブマトリクス駆動方式において、発光ダイオードLEDの発光制御パルス密度変調(PNM (Pulse Number Modulation))方式で行う場合のタイムチャートである。同図(a)は、画像信号の画像1周期(Tcycle(1画面書き換え周期))毎に、画像が画像表示期間(Tdisp )で表示される。この例では動画表示時に人が感じるぼやけを抑制するためにTdisp<Tcycle としている。同図(b)は、画像表示期間(Tdisp )の一部であるバックライト走査1周期(TBLgi) を拡大したタイムチャートであって、G1,G2,…,Gnは、図20に示すロードライバー22の走査線(SCANline)からの出力であり、また、D1,…,Dnは、図20に示すカラムドライバー21のデータ線(DATAline)からの出力である。このパルス密度変調(PNM)は、1画像表示期間(Tdisp )において、LEDに入力されるパルスの数を制御することで、発光時間を調整し、バックライト輝度を変化させる方式である。当然、1画像表示期間(Tdisp )において、入力されるパルスの数が多いLEDの輝度が高くなる。

0075

図22は、図20に示すアクティブマトリクス駆動方式の別な実施例として、パルス振幅変調(PAM(Pulse Amplitude Modulation))方式のタイムチャートを示した図である。ここで、area1のLEDは図20におけるデータ線D1と走査線G1により駆動され、area2のLEDは図20におけるデータ線D1と走査線G2により駆動されるとする。図20に示したコンデンサCには、接続されているデータ線と走査線の電位差に応じて電荷がチャージされ、一定期間この電位差を保つ。トランジスタSW2の抵抗は、この電位差に応じて変化する。この作用によりLEDに対して、データ線と走査線間の電位差に応じて、トランジスタSW1がオフとなった後も一定期間電位差を与えることが可能となる。

0076

これをタイムチャートで表したものが図22である。同図では、area1及びarea2の
LEDに印加されている電圧(p11,p12,p21,p22)を示している。当然、印加されている電圧が大きいほど輝度が高い。また、同図に示すように、データ線と信号線間に電位差を与え、LEDに電圧が印加されるまでに一定の書き込み時間を要する。

0077

このため、実際に駆動する場合、図20において、データ線D1と走査線G1間に電位差を与えた後、書き込み時間tw1後にデータ線Dlと走査線G2間に電位差を与える。この結果、area1とarea2のLEDが発光を開始するタイミングはtw1だけずれるが、この時間は非常に短いため画質に与える影響は小さい。

0078

図23は、パッシブマトリクス駆動方式の回路構成図であって、マトリクスには発光ダイオードLEDのみが存在し、カラムドライバー21にはデータ線(DATAline(D1,
D2,D3,…))が接続され、また、ロードライバー22には走査線(SCANline(G1,G2,G3,…))が接続され、これら各交叉点に発光ダイオードLEDが配置される。

0079

図24は、図23に示すパッシブマトリクス駆動方式において、発光ダイオードLEDの発光制御をパルス幅変調(PWM(Pulse Width Modulation))方式で行う場合のタイムチャートで、一般にスクロール制御方式となる。すなわち、走査線(SCANline (G1,
G2,G3,…))を順次選択し、画像の1フレームを走査する。ここで、データ線
(ATAline (D1,D2,…))に電位があるときに発光素子LEDが発光する。このパルス幅変調(PWM)は、パルス幅を制御することで、発光時間を調整し、バックライト輝度を変化させることができる方式である。当然、パルス幅が長いほど輝度も高くなる。

0080

図25は、パッシブマトリクス駆動方式におけるタイムチャートを、LCDパネル側
(画素書込走査及び液晶応答)とバックライト側(BL1行目発光(G1),BL2行目発光(G2),…)で関連付けて示したものである。LCDパネル10に対して、上行から下行に画素書き込み走査が順次なされる。

0081

しかし、液晶応答に時間を要するため、図25に示すように、最上段から最下段の画素へ順次光透過が可能となる。液晶応答が安定する前にバックライトが発光すると、動画ぼやけの要因となるため、同図では、当該バックライト領域に含まれる画素の液晶応答が安定した後、バックライトを発光させている。この結果、同図に示すように、バックライトの発光が行方向にスクロールするような制御となる。

0082

図26は、バックライトに有機EL素子を用いる場合の構造の一例を示す概略断面図である。バックライト20は高い放熱特性が得られることを考慮して、金属などの熱伝導性が高く、ガスバリア性を有する材質からなる封止基板20−1と、絶縁膜20−2と、光反射性の金属からなる反射電極20−3と、発光ユニット20−4,20−6,20−8及びチャージ生成層20−5,20−7と、光透過性導電材料からなる透明電極20−9と、ガラスプラスチックなどの透明でガスバリア性を有する透明基板20−10とから構成される。

0083

このように、発光ユニットとチャージ生成層を複数積層する構造の素子マルチフォトン有機EL素子と呼ばれ、例えば、SID03,DIGEST,p.964−965に記載されているように、発光ユニットとチャージ生成層の積層数に応じた高い発光効率
(cd/A)が得られるため、本発明に係るバックライトに好適な素子である。

0084

この素子は、反射電極20−3と透明電極20−9に直流電圧を印加して電流を流す各発光ユニット20−4,20−6,20−8が発光してバックライトとして機能する。バックライト20は透明基板20−10側をLCDパネル10に向けて配置し、LCDパネル10とバックライト20の間には必要に応じて光拡散シート15を配置する。

0085

図27は、照明装置としてのLEDエッジ方式による領域別バックライト断面図であって、バックライトパネルの対向する辺にLED101が配置される。このLED101の光は、導光部102を伝わり反射部103の反射体104で反射され、光拡散シート
106を介して、表面に出てくる。中央部の反射体104がオンになると光が出射される仕組みである。反射体104は駆動素子105に連動して上下するようになっている。また、LED101は、領域毎に制御するため、アレイ状モジュールになっている。

0086

図28は、図27に示すLEDエッジ方式を用いた場合の全体回路構成を示したものである。バックライト部100の両端に配置したサイドライトLED101は、図12に示す表示コントローラ90により制御される。また、表示コントローラ90は、データドライバー11とゲートドライバー12を制御してLCDパネル10に画像信号s1に対応する画像を表示する。さらに、表示コントローラ90は、点灯領域制御回路203を制御し、点灯領域制御回路203は、図27に示す駆動素子105を駆動する。

0087

図29は、図28に示すLEDエッジ方式におけるタイムチャートを、LCDパネル側(走査線及び液晶応答)とバックライト側(反射体)で関連付けて示したものである。
LCDパネル10への走査線1,2,3…n…768がオンとなると、液晶応答1,2,3…n…768が開始され、この液晶応答が安定すると、反射体1,2,3…k…16がオンされる。この反射体がオンのときに光が出射され、画像が表示される。

0088

以上、照明装置の光源として発光ダイオードと有機EL素子を用いたが、これらの光源の代りに、冷陰極蛍光灯CCFL)を用いると、高輝度であることが利点である。

0089

以下では、本発明に係る画像表示装置に用いる液晶表示素子の問題である視野角特性について検討し、この視野角特性の問題を解消する本発明の実施例を図30図33を用いて説明する。

0090

一般に現行の液晶表示装置は、図30に示すような視野角により画像の見え方が異なるという共通の課題を持っている。現行の液晶表示装置の大半は、図31に示すように良好な視野角特性を保つ得意表示領域(c)とそうではない不得意表示領域(a)を持つ。さらに、この得意表示領域,不得意表示領域は、液晶表示モードにより異なる。

0091

図32は、横電界スイッチング方式の1つであるIPS(In-Plane Switching)方式における赤色の視野角特性を示したものである。同図は横軸に赤色階調(赤色単色)をとり、縦軸に液晶表示パネルを正面から見たときの色を、横方向や斜め上方向などの角度をかえて見た場合、どの角度範囲まで正面の色と同じ色として見えるかを示したものである。つまり、ある画像において、正面から見える色と同じ色として見える角度範囲である。これは正面から測定したCIE1976u′v′色度座標値と、角度を変えて測定したu′v′色度座標値の差を2乗平均した値が0.02 以下である条件で求めた。以後、これを色差視野角特性と呼ぶ。この図によると、本実施例で用いているIPS方式液晶では、255階調領域のなかで100階調以上の領域において色差視野角特性が良好であり、それ以下の領域ではやや特性が落ちることが示されている。

0092

一方、図33は、縦電界スイッチング方式の1つであるVAモードの赤色の色差視野角特性を示したもので、低階調から中階調領域において色差視野角特性が大きく変化している。

0093

そこで、本発明に係るバックライト制御手段及び画像補正手段によって、このような各液晶表示モード固有の不得意表示領域に画像信号が集中した場合(図31(a)を参照)、不得意表示領域を使用せずに画像を変換し、図31(c)のような得意領域に変換して表示することで、各液晶表示モードが本来不得意とする画像に対しても良好な表示を行うことが可能となる。この変換は、図12に示す輝度分布算出手段50と画像補正手段60とバックライト制御手段80を用いて実現できる。すなわち、特性の良好な領域を使用するように画像信号を補正して(上げて)バックライト輝度を決定する(下げる)。

0094

図34は、本発明の画像表示装置を応用したTV装置の構成図である。EQはTV装置本体で、表示装置LCD,チューナTV,録画器DVD,パーソナルコンピュータPCなどで構成される。アンテナNTからはTV映像信号が入力され、また、PCはインターネットNETに接続され、ホームネットワーク及びホームシアターとしての役割を持っている。また、リモコンCNTにより、自由に、TV,DVD,PCを切り替え、各種コンテンツを切り替えることもできるようになっている。また、コンテンツにより、表示装置LCDのバックライトを遠隔制御装置としてのリモコンCNTで制御したり、部屋の明るさを検出手段としてのセンサSeで検出して、バックライトを自動制御して最適な映像を提供することが可能である。たとえば、動画表示の時は、動画ボケを生じないようにバックライトの輝度を制御したり、部屋の明るさに応じて、バックライトを制御して人に最適な映像を自動で切り替えることができる。

0095

以上、本発明によると、バックライトの輝度を制御し、それに応じた画像補正を行うため、画質劣化を防止しながら表示輝度範囲を拡大し、電力消費を低減できる。

0096

本発明の実施の形態6について説明する。図35は本実施の形態に用いた構成を表している。

0097

本実施例の表示装置は、光変調素子としてのLCDパネル208を有する表示部、照明装置213を有する光源部、表示部の画像及び光源の輝度を制御する回路部から構成される。なお、ここでは画像,輝度を制御する回路部を表示処理回路300とする。照明装置213は垂直走査方向に8つの光源領域に分割し、それぞれの分割領域にLED光源を備え、その上に光拡散層205を設けた。LCDパネル208は光拡散層205上の光を透過させ画像を表示する。本実施例では表示処理回路300において、1フレーム分の最大輝度分布を基にバックライト213の各分割領域の輝度を制御する点に特徴を有する。以下、表示処理回路300の内部構成について1例を説明する。

0098

表示処理回路300には、画像信号を記憶するフレームメモリ200と、LCDパネルに送られる画像信号から最大輝度の空間的分布を検出する最大輝度分布検出回路201と、各分割領域の輝度を設定する照明光源輝度設定回路202と、照明光源輝度設定回路
202が設定した照明光源輝度設定値を基に分割領域毎照明光源の輝度を制御する照明光源輝度制御回路204と、光拡散層205上の輝度分布を算出する光拡散層輝度分布算出回路206と、画像信号補正回路207を設ける。

0099

以下に各回路要素の動作を詳細に説明する。

0100

まず、最大輝度分布検出回路201の最大輝度の空間的画面分布を算出する方法について図36を用いて説明する。LCDパネルには1水平走査期間に1ラインの画像信号が送られ、これを少なくとも全ライン数分繰り返し、1垂直走査が完了する。最大輝度分布検出回路201は水平期間毎に1ライン分の画像信号を読み取り、そのラインで最も高い輝度を示す画像信号を検出する。これを全ライン分繰り返すことにより、垂直走査方向に対する最大輝度を示す画像信号分布を算出することができる。ここで、予め255階調を輝度500cd/m2、200階調を輝度300cd/m2、0階調を輝度0.1cd/m2というように割り付けておけば、最大輝度の垂直走査方向の空間的分布を検出したことになる。

0101

照明光源輝度設定回路202は、最大輝度分布検出回路201の検出結果を基に、8つに分割された照明装置の分割領域毎の照明光源輝度を設定する。照明光源の輝度は1フレーム期間中発光期間によりその輝度を制御するPWMを用いており、本実施の形態では輝度の低い設定値から輝度の高い設定値まで16個の設定値を用いた。

0102

光拡散層輝度分布算出回路206は、照明光源輝度設定回路202で設定された、各分割領域光源の輝度設定値を基に、光拡散層205上の輝度分布を算出する。図37は分割領域毎に設定された照明光源輝度に対して、光拡散層205上の輝度にLCDの最大透過率を積算した輝度、つまり設定された各分割領域の照明光源輝度により、LCD上に表示できる最大の輝度を表したものである。このLCD上に表示できる最大の輝度が、各ライン上において最大輝度分布検出回路201が算出した各ライン上の最大輝度以上であれば、照明光源の輝度は十分である。

0103

照明光源輝度設定回路202は光拡散層輝度分布算出回路206の算出結果と、最大輝度分布検出回路201の検出結果を逐次比較し、光拡散層上の輝度が、各ラインの画像信号の最大輝度を表示するのに必要最小限の分割領域毎の照明光源輝度設定を行う。

0104

照明光源輝度制御回路204は、照明光源輝度設定回路202の設定値に基づき、分割領域毎の照明光源の発光期間を制御する。

0105

画像信号補正回路207は、各ライン下における光拡散層205の輝度を基に、画像信号が示す表示輝度となるように透過率を制御する、すなわち画像信号を補正する。

0106

以上のように、本実施例では画像及び光源の輝度を制御する表示処理回路300において、ラインごとの最大輝度を全ライン検出し、1画面分の最大輝度分布を算出する。さらに、この1画面分の最大輝度分布を基に照明装置の各分割領域の輝度を設定するため、各分割領域間の相互作用も考慮した輝度設定が可能となる。また、照明光源の輝度を領域毎に減じながら元の画像を再現することが可能となる。

0107

領域毎の照明光源輝度設定から光拡散層輝度分布算出には、1フレーム分の画像信号を読み取ることが必要なため、画像信号はフレームメモリ200に記憶しておき、次のフレームでフレームメモリ200から読み出し、画像信号の補正及びLCDへの出力を行った。

0108

本発明の実施の形態7について説明する。図38は本実施の形態に用いた構成図である。本実施の形態に用いた構成は、表示処理回路301がシーンチェンジ検出回路212を有する点以外は形態6と同様である。

0109

実施の形態6で説明した通り、照明光源輝度設定回路202は、画像信号の最大輝度分布と拡散層輝度分布を基に、各分割領域の光源輝度設定値を算出するが、動画を表示する際は、画像信号の最大輝度分布が刻々と変わるため、各分割領域の照明光源輝度もこれに伴って変化する。ここで光源の輝度変化が大きい場合において、ちらつきが発生するという課題が生じた。ちらつきが発生する原因を以下に説明する。

0110

本実施例の光源輝度は、1フレーム中に発光する期間により制御している。つまり、光源の発光輝度は一定で、明るい輝度を得るためには1フレーム中の発光期間を長く、低い輝度を得るためには1フレーム中の発光期間を短くしている。ここで、ある同一シーンの映像で表示輝度の変化しない背景を表示することを考える。

0111

図39は表示輝度の変化しない背景輝度を表示する際のLCDの透過率波形と照明光源の輝度波形,表示輝度波形の関係を表している。あるフレームにおいて背景以外の映像に明るい部分が現れ、このため照明光源の輝度が急激に変化したとする。このとき、照明光源はその輝度を増大させるため1フレーム中の発光期間を長くする、LCDは照明光源の輝度増大に対し、表示輝度が変化しないように透過率を減少させる。しかしながらLCDの透過率応答には数msから十数msの時間を要するため、目標透過率に達する前に照明光源が点灯してしまい、結果として背景の表示輝度が上昇してしまう。

0112

表示輝度は、発光輝度とその発光期間の積で表される。図39上の斜線部分の面積は、正しく背景輝度を表示する際の発光輝度と、その発光期間の積に相当している。照明光源の輝度が急激に増大するフレームにおいて、表示輝度波形が斜線面積からはみ出しているが、これがちらつきの原因となっている。

0113

このちらつきを解決するためには、照明光源の急激な輝度変化を抑制することが有効である。そこで、照明光源輝度設定回路202は、前フレームに用いた設定値を記憶しておき、現フレームで算出された設定値と比較し、前フレームの設定値からの変更許容量を設け、この変更許容量以内において前フレームで用いられた設定値から現フレームで算出された設定値に近づけるように現フレームで用いる分割領域毎の照明光源輝度を再設定し、急激な輝度変化を抑制した。

0114

図40許容変更量を考慮してフレーム毎の照明光源輝度設定値変更を行った際の、
LCDの透過率波形と照明光源の輝度波形,表示輝度波形の関係を表している。現フレームで算出された設定値に対して、前フレームで用いた設定値と比較し、現フレームで算出された設定値の方が大きい場合、許容変更量範囲内で設定値を増大させる。逆に前フレームで用いた設定値が現フレームで算出された設定値より小さい場合は、許容変更量範囲内で設定値を減少させる。勿論現フレームで算出された設定値が前フレームに用いた設定値と等しい場合は、設定値は変更しない。

0115

以上のようにして、照明光源輝度設定回路202が最大輝度分布検出回路201の検出結果を基に算出した設定値を直接用いず、前フレームに用いた設定値との比較から、許容変更量以内で現フレームに用いる設定値を再設定することにより、同一シーンでのちらつきを防止することができた。

0116

さらに好ましくは、シーンが変わった場合は、照明光源輝度設定回路202が算出した設定値に素早く切り替わった方がよい。そこでシーンチェンジ検出回路212を導入して、シーンが変化しない場合は照明光源輝度設定値の許容変更量を小さくしてちらつきを防止し、シーンが変化した場合は、その変化の大きさに応じて照明光源輝度設定値の変更許容量を大きくし素早く照明光源輝度が切り替わるようにし、全く違和感のない照明光源輝度制御を行うことが可能となった。

0117

シーンチェンジ検出回路212は、フレーム毎に全画面の映像のヒストグラムを作成し、フレーム間でヒストグラムの差分を計算し、その差分量の大小判断により構成することができる。

0118

図41は照明光源輝度設定回路202が算出した設定値と、再設定された設定値と、フレーム間ヒストグラム差分つまりシーンチェンジ検出回路212の状態の関係を表している。フレーム間のヒストグラム差分量が小さいときは、同一シーンと判断し、照明光源輝度設定回路202が算出した設定値に再設定された設定値が徐々に近づいていき、フレーム間ヒストグラム差分量が大きいときはシーンチェンジと判断し、算出された設定値に素早く近づくように再設定されている。

0119

本発明の実施の形態8について説明する。図42は本実施の形態の構成を示すブロック図である。本実施の形態は、画像表示装置周囲の明るさを検出する周辺輝度検出手段209と、表示処理回路302が字幕検出回路211と、字幕データ変換回路210を有する点以外は実施の形態7と同様である。

0120

本実施例は、字幕の表示輝度を適宜減ずることによって、照明光源の輝度を減少させ消費電力を低減するのが目的である。

0121

DVD(Digital Versatile Disk)で映画鑑賞する際など、画面上に字幕が現れることがしばしばある。この字幕は255階調の白色である場合が多く、これを表示するためには照明光源を最大輝度で発光させる必要があった。

0122

しかしながら、周囲の明るさによっては255階調の輝度の字幕は眩しく感じられるケースもあり、適宜字幕の輝度を減じた方が見やすくなり、且つ消費電力を低減できる効果もある。

0123

本実施の形態では周囲の明るさを検出する周辺輝度検出手段209と、画像信号から字幕に対応する信号を検出する字幕検出回路211と、字幕検出回路211が検出した字幕に対する画像信号を変換する字幕データ変換回路210を備えた。以下に本実施形態における制御方法について説明する。

0124

実施の形態7で説明したように、最大輝度分布検出回路201は、画像信号から垂直走査方向の最大輝度分布を算出する。図43は字幕を含む画像信号から算出された垂直走査方向の最大輝度分布の一例である。字幕の現れる領域は最大表示輝度となっている。この最大輝度分布から分割領域毎の照明光源の輝度を設定した場合の、その照明光源輝度を以ってLCD上に表示できる最大の輝度分布を表したのが図44であり、字幕が表示される領域付近の照明光源の輝度が高くなっていることがわかる。字幕検出回路211が字幕を検出した場合は、字幕データ変換回路210が、周辺輝度検出手段209の検出結果を基に255階調の字幕の画像信号を変更する。例えば周囲の明るさが150lxだったら、200階調に変更し、周囲の明るさが10lxだったら128階調に変更するといった具合に、周囲が暗くなるに従って低い階調に変更する。字幕の画像信号を変更した後、字幕が現れた領域のラインの画像信号をフレームメモリ200から読み出し再度最大輝度分布回路に入力し、最大輝度分布を修正する。図45は修正した最大輝度分布を示す図である。ここでは、字幕の画像信号を128階調に変更した。この最大輝度分布から分割領域毎の照明光源輝度を設定した際の、LCD上に表示できる最大の輝度を表したのが図46である。以上のように、字幕を検出し、周辺の明るさに応じて字幕の画像信号を変更し、字幕の現れる領域の照明光源の輝度を低減することができた。

0125

本発明の実施の形態9について説明する。図47は本実施の形態の構成を示すブロック図である。本実施の形態は、本発明の実施の形態7に記載した構成から、最大輝度分布検出回路201を輝度分布検出回路215に変更し、また、周辺輝度検出手段209を追加したこと以外は同様の構成である。

0126

輝度分布検出回路215は、LCDパネル208の各ラインの画像信号から、各ライン上の輝度毎の画素数をカウントする。例えば、1番目のラインには、500cd/m2 の輝度を示す画素が10個、50cd/m2 の輝度を示す画素が100個といった具合に、輝度毎の画素数をカウントする。この動作を全ラインに対して行うことにより、垂直走査方向に対する輝度の分布状況を検出することが可能となる。

0127

図48は、輝度分布検出回路215によって得られた垂直走査方向の輝度の分布を示すものである。各ラインにおいて、輝度毎にその画素数分プロットしている。このような検出を行うことにより、各ライン上の最大輝度,最低輝度のみならず、明るい映像が集中している領域、中間的明るさの集中している領域、暗い映像が集中している領域といった情報も読み取ることが可能になる。図48の例においては、画面上部は明るい映像が集中しており、画面中央付近では中間的な明るさが集中しており、画面下部付近では暗い映像が集中している。

0128

照明光源輝度設定回路202は、輝度分布検出回路215及び、周辺輝度検出手段209からの情報を基に、領域毎の照明光源の輝度を設定する。以下に照明光源輝度設定の方法について詳述する。

0129

ここで、画像表示装置周辺の明るさと、表示ダイナミックレンジの関係について説明する。LCDパネル208の表示面は反射防止加工がされており、周辺の光がなるべく反射しないように処理されていることが多い。しかしながら、完全に反射を無くすことは困難で表示面は僅かに明るくなってしまう。図49は我々が作成したLCDパネル208における、周囲の明るさと、照明光源無発光時のLCDパネル208表面反射輝度の関係を表す測定結果である。周辺の明るさが明るくなるに従ってLCDパネル208表面の輝度は上昇していく。LCDパネル208に表示される映像で、この反射輝度以下の映像は反射輝度の影響により人間が見る輝度の分解能が低下し視認されにくくなる。つまり周囲が明るくなるに従ってLCDの表示ダイナミックレンジは狭くなる。

0130

図50は、輝度分布検出回路215が検出したライン毎の輝度分布と、周辺の明るさに対して、LCD上で視認できるダイナミックレンジの関係を表した図である。周辺の明るさが200lxの場合は、視認できる表示ダイナミックレンジは2cd/m2 から500
cd/m2と比較的狭く、周辺の明るさが10lxの場合は0.1cd/m2 から500
cd/m2 と広い。ここで用いたLCDはコントラスト比が500:1である。つまり
500cd/m2を表示する最大輝度とすると最低の輝度は1cd/m2であり、1cd/m2以下の輝度を表示するためには照明光源の輝度変調が必要である。

0131

照明光源輝度設定回路202は、周辺輝度検出手段209の検出結果により視認できるダイナミックレンジを決定し、ライン毎の輝度分布の情報を基に分割領域毎の照明光源輝度を設定する。照明光源の輝度設定方法について、周辺の明るさが200lxの場合と、10lxの場合とに分けて説明する。

0132

まず、周辺の明るさが200lxの場合を考える。この場合、表示すべき輝度範囲は2cd/m2から500cd/m2であり、照明光源が最大輝度で発光した時のLCDのダイナミックレンジ1cd/m2から500cd/m2より狭い。よって、各ライン上の最大輝度が表示可能となるように分割領域毎の照明光源の輝度設定をすればよい。図51は各ライン上の最大輝度が表示可能となるように分割領域毎の照明光源の輝度を設定した際の、LCDの最大透過率で表示した際の輝度と最低輝度で表示した際の輝度、つまり表示ダイナミックレンジを示した図である。周辺の明るさ200lxで視認できるダイナミックレンジの中に入る輝度をすべて表示ダイナミックレンジ内に入れると共に照明光源の輝度を減じることができた。

0133

次に周辺の明るさが10lxの場合を考える。この場合表示する最低の輝度は0.1cd/m2 であり、各ライン上の最大の輝度を表示するように分割領域毎の照明光源輝度を設定すると、最低の輝度を正しく表示できないケースが出てくる。例えば、図51は各ライン上の最大輝度を表示できるように分割領域の照明光源輝度を設定した際の表示できるダイナミックレンジであるが、この場合最低表示できる輝度は0.1cd/m2より大きくなっている。よって図50における最下ラインの1080番付近に多数存在する0.1cd/m2 の画素を正しく表示できない。このように周辺の明るさが暗く視認できるダイナミックレンジが広い場合は、各ライン上の最大輝度のみによる分割領域毎の照明光源輝度設定では不十分なことがある。

0134

輝度分布検出回路215はこれを改善するための回路である。つまり輝度分布検出回路215は各ライン上で輝度毎にその輝度を示す画素数を知ることができるので、より多くの画素を表示ダイナミックレンジに取り込むように照明光源の輝度設定が可能になる。

0135

具体的には、各ライン上において、輝度が高い画素の順から許容できる画素数をダイナミックレンジから外しその分照明光源の輝度を減じて低い輝度の画素をダイナミックレンジの中に取り込む。勿論許容される画素数は表示映像が著しく劣化しない僅かな画素数である。この際、許容画素数を周辺輝度検出手段209による検出結果、また各ライン上の輝度分布状況に応じて変更するとより有効である。つまり、周辺の明るさが暗く、かつ各ライン上における輝度分布が低い輝度に集中しているときは、許容画素数を増やし、周辺の明るさが明るく、かつ輝度分布が明るい輝度の集中している場合は許容画素を減らすといった設定をすることによって最適な照明光源輝度設定が可能になる。

0136

図52は各ライン上の最大輝度を示す画素から数えて2つの画素までは許容し、輝度の分布から適宜ダイナミックレンジから外すことにより低輝度を示す画素をより多くダイナミックレンジ内に取り込むように分割領域毎の照明光源の輝度を設定した際の、LCDの最大透過率で表示した際の輝度と最低輝度で表示した際の輝度、つまり表示ダイナミックレンジを示した図である。この結果、最低0.1cd/m2の輝度を表示することが可能となり、実質的にコントラスト5000:1まで表示特性を向上させることができた。

0137

以上のように、本実施例では、各垂直走査ラインの輝度分布を全ラインにおいて検出し、1画面分の輝度分布を検出する。垂直走査方向に対する輝度の分布状況を検出する。

0138

これまでの説明では、最大輝度を500cd/m2 にすることを前提として述べてきたが、周辺の明るさに応じて照明光源の輝度の絶対量を減少させることも当然可能である。

0139

また、輝度分布検出回路215は1ライン毎の輝度分布を検出したが、1ラインに限定されるものではなく複数ラインとしてもよく、最大で照明光源の分割領域分のライン数まで可能である。

0140

本実施の形態では、照明光源を垂直走査方向に8つに分割したが、分割をさらに細分化することにより、より高画質な映像を表示することが可能である。

0141

本発明の実施の形態10について説明する。実施の形態9で用いた構成は、実施の形態8で説明した字幕検出回路211と、字幕データ変換回路210を容易に導入することが可能である。

0142

図53は本実施の形態に用いる構成のブロック図である。実施の形態9の構成に加え、字幕検出回路211,字幕データ変換回路210を備えた。

0143

字幕検出回路211は画像信号から字幕に対応する画像信号を検出し、字幕データ変換回路210は、検出された字幕に対応する画像信号を周辺輝度検出手段209の検出結果により適宜変更し、字幕が現れたラインの画像信号を再度フレームメモリ200から読み出し、輝度分布検出回路215に入力する。輝度分布検出回路215は字幕に対応する画像信号の変更後の、字幕が現れたラインの輝度分布を再算出し、画面全体の輝度分布情報を修正する。修正された輝度分布情報は、照明光源輝度設定回路202に送られる。その後の照明光源輝度設定回路202の分割領域毎の照明光源輝度設定方法は実施の形態9で説明したものと同様である。

図面の簡単な説明

0144

バックライト輝度の領域毎制御による表示輝度範囲拡大を説明する図。
横電界スイッチング方式の説明図。
本発明に係る画像表示装置の全体概略構成図。
本発明の効果を説明するための画像例を示す説明図。
画像信号補正を行わずにバックライト輝度の領域毎制御を行った場合の画質劣化を示す説明図。
画像信号補正による画質劣化低減を示す説明図。
ガンマ補正の原理図。
領域間のバックライト輝度分布による画質劣化を示す説明図。
領域間のバックライト輝度分布を補償した画像信号補正による画質劣化抑制を示す説明図。
バックライト輝度分布が存在する領域を示した説明図。
領域間のバックライト輝度分布の実測結果及びその近似関数を示した特性図。
本発明に係る画像表示装置の全体詳細構成図。
本発明に係る画像表示装置の動作を説明する概略チャート。
図12に示す輝度分布算出手段50の回路構成図。
図12に示す画像補正手段60の回路構成図。
図12に示すバックライト制御手段80の回路構成図。
光センサの配置例を示した図。
本発明の一実施例であるバックライトとしてLEDを用いた場合の構成図。
マトリクス駆動方式によるLED制御を示した概念図。
アクティブマトリクス駆動方式によるLED制御を実現する回路構成図。
PNM方式によるLED制御のタイムチャート。
PAM方式によるLED制御のタイムチャート。
パッシブマトリクス駆動方式によるLED制御を実現する回路構成図。
パッシブマトリクス駆動方式によるLED制御のタイムチャート。
液晶応答と関連付けたパッシブマトリクス駆動方式によるLED制御のタイムチャート。
本発明の一実施例であるバックライトとして有機EL素子を用いた場合の構成図。
LEDエッジ方式によるバックライト断面図。
LEDエッジ方式における全体回路構成図。
LEDエッジ方式における1フレームのタイムチャート。
視野角の説明図。
一般的液晶表示装置における視野角特性の傾向を示す概念図。
一般的1PS方式における赤色表示時の色差視野角特性階調依存性を示す特性図。
一般的VA方式における赤色表示時の色差視野角特性階調依存性を示す特性図。
本発明に係る画像表示装置を応用したTV装置の構成図。
本発明に係る画像表示装置の一例を示すブロック図。
画像信号の最大輝度検出の方法を説明するための図。
画像信号の最大輝度とLCDが表示可能な最大輝度の関係を表す図。
本発明に係る画像表示装置の一例を示すブロック図。
ちらつきが発生する要因を説明するための図。
ちらつきを軽減する方法を説明するための図。
フレーム間のヒストグラム差分量と、照明光源輝度設定値のフレーム間変更量を示すための図。
本発明に係る画像表示装置の一例を示すブロック図。
字幕の画像データを変更する前の、画像信号最大輝度分布を示す図。
字幕の画像データを変更する前の、照明光源輝度設定による表示可能な最大輝度を示す図。
字幕の画像データを変更した後の、画像信号最大輝度分布を示す図。
字幕の画像データを変更した後の、照明光源輝度設定による表示可能な最大輝度を示す図。
本発明に係る画像表示装置の一例を示すブロック図。
輝度分布算出回路を説明するための図。
周辺の明るさとLCDパネルの表面反射輝度を示す図。
視認可能なダイナミックレンジと、画像信号輝度分布の関係を表す図。
照明光源輝度設定をした後の表示ダイナミックレンジを示す図。
照明光源輝度設定をした後の表示ダイナミックレンジを示す図。
本発明に係る画像表示装置の一例を示すブロック図。

符号の説明

0145

10,208…LCDパネル、20…LEDパネル(バックライト)、30…画像信号処理手段、40,200…フレームメモリ、50…輝度分布算出手段、60…画像補正手段、70…補正メモリ、80…バックライト制御手段、90…表示コントローラ、201…最大輝度分布検出回路、202…照明光源輝度設定回路、204…照明光源輝度制御回路、205…光拡散層、206…光拡散層輝度分布算出回路、207…画像信号補正回路、209…周辺輝度検出手段、210…字幕データ変換回路、211…字幕検出回路、
212…シーンチェンジ検出回路、213…照明装置、214…分割領域、215…輝度分布検出回路、300,301,302,303,304…表示処理回路。

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