CN100358001C - 显示装置 - Google Patents

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Abstract

显示装置设有：液晶板(9)、背光源(8)、背光源点灯电路(6)；液晶驱动电路(7)；检测每一定期间的峰值电平的峰值电平检测电路(1)；根据峰值电平输出光输出增益的光输出增益计算电路(2)；扩展光输出增益与通常灯控制信号的积、并输出光输出电平扩展信号Lout的光输出控制电路(4)；在明亮的场景中根据场景的亮度变化调整灯控制信号使白色峰值辉度提高并输出到背光源点亮电路(6)、同时在暗场景中算出调整图像信号振幅用的图像振幅增益并输出的白色峰值提高电路(5)；将图像信号与图像振幅增益相乘并输出至液晶驱动电路(7)的可变增益放大电路(3)。

Description

显示装置
发明领域
本发明涉及为了提高液晶板等显示板的显示质量、而使暗场景的对比度提高同时使白色峰值辉度提高的显示装置。
背景技术
近年来，液晶彩色显示器业已开发多种产品，并正在销售中，为了提高液晶显示器的显示质量，重要的问题在于提高明亮场景的白色峰值及提高暗场景的对比度。
以往，作为提高暗场景的对比度的方法，如日本国公开特许公报“特开平6-102484号公报(公开日1994年4月15日)、特开平11-109317号公报(公开日1999年4月23日)以及特开平11-65528号公报(公开日1999年3月9日)”所揭示的方法，有从规定期间中的图像信号的峰值电平算出增益，根据该增益使背光源输出电平变暗，同时扩展图像信号振幅。利用该方法，在图像的亮度不变的状态下可提高暗场景的对比度。
上述以往的使暗场景的对比度提高的液晶显示装置，如图13所示，由下述各部分构成：峰值电平检测电路201、增益计算电路202、振幅调制电路203、光输出控制电路204、背光源点灯电路205、液晶驱动电路206、背光源207、以及液晶板208。
图像信号输入上述峰值电平检测电路201，输出峰值电平。增益计算电路202中输入峰值电平检测电路201的输出即峰值电平，输出增益。
增益计算电路202输出的增益分别输入到振幅调制电路203与光输出控制电路204。振幅调制电路203中输入增益计算电路202输出的增益与图像信号，输出调制振幅后的图像信号，通过液晶驱动电路206驱动液晶板208，进行显示。另一方面，光输出控制电路204输入增益计算电路202输出的增益，输出控制背光源207的亮度用的背光源控制信号，通过背光源点灯电路205使背光源207点亮。
下面示出上述液晶显示装置中使暗场景中的对比度提高时的动作例。
首先对输入的图像信号，用峰值电平检测电路201检测例如1个垂直同步期间等的某一定期间的峰值电平，输出各期间中的峰值电平，接着用增益计算电路202算出增益值。
例如，图像的峰值是100IRE的一半(50IRE)时，增益为0.5，图像的峰值是100IRE时增益为1.0。增益计算电路202算出的增益值输入到振幅调制电路203与光输出控制电路204，在振幅调制电路203以增益值除图像信号的振幅，同时在光输出控制电路204以增益值乘使背光源207点亮的通常的控制信号，算出新的背光源207的控制信号。所谓100IRE是图像为白色时的输入信号。因此，所谓图像的峰值是100IRE，意指输入的图像信号的、一定期间中的峰值是白的最高灰度等级。
利用以上的方法，例如当图像信号的峰值是50IRE时，图像的振幅扩展到2倍，背光源207的亮度减半。结果，图像的亮度原样不变，而构成图像信号的灰度等级变为2倍，能提高暗场景的对比度。
也就是说，上述方法中由于背光源207的控制信号与增益值相乘，同时用增益值除图像信号，故综合的图像亮度不变。
另一方面，在杂志报道《控制光源的辉度，提高液晶板图像质量》(日经电子1999.11.15，NO.757，p.139～146)中记述，通过扩展背光源的控制信号使背光源的最大辉度不是通常点灯时的辉度，而是在不超过背光源额定的范围下可输出的最大辉度，来综合地加亮图像，这样能使白色峰值辉度提高。但是，在上述杂志所记述的方法中，在采用例如同样地扩展背光源的控制信号使白光峰值辉度提高的方法时，与将最大辉度按通常那样的情况相比，存在暗场景中输出图像比输入图像更明亮的问题。
例如，背光源的控制信号扩展到1.2倍时，最大辉度为通常显示的1.2倍，实现了白色峰值辉度的提高，但最低辉度也同样为1.2倍，因此发生黑色漂浮。也就是说出现黑色变亮的现象。
而且，这样，即使施加提高峰值辉度的处理，如果最低辉度也以相同的比例变亮，那末与未提高峰值辉度的情况相比，动态范围并未改变。
这里，如果在暗场景中显示增益值未扩展时的最低辉度，明亮场景中显示增益值扩展后的峰值辉度，则能进一步扩大动态范围。
又，如上述那样，在扩展与背光源的控制信号相乘的增益值时，背光源中流过的电流增大，耗电也增加。而且，为提高白色峰值亮度，必须施加使图像的亮度比通常显示更亮那样的处理。
这里，在上述图13所示的以往技术中，即使施加例如图像的振幅为2倍、背光源的亮度减半等提高对比度的处理，但因图像亮度未改变，故显示质量虽也未恶化，但在上述文献的场合，为了提高峰值辉度，必须施加使图像的亮度比输入图像更亮的那种处理。即，施加使峰值辉度提高处理的结果，由于图像的亮度跟原来的图像有了改变，故也认为显示质量比输入图像恶化了。
本发明鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供通过明亮场景中使白色辉度提高及暗场景中抑制黑色漂浮来扩展动态范围、并能进一步抑制电耗增加的显示装置。
发明内容
为达到上述目的，本发明的显示装置，包括：显示板；通过以可变系数乘输入的图像信号求得放大图像信号并驱动所述显示板的可变系数驱动装置；根据灯控制信号使对所述显示板进行照明的灯点亮的点灯装置；根据从输入的图像信号求得的光输出增益及灯的输出峰值、对点亮所述灯用的预设的光输出电平进行扩展并输出光输出扩展信号的电平扩展信号计算装置；以及输入上述光输出电平扩展信号、同时在比通常的亮度更亮的场景中根据场景亮度变化输出为了提高白色峰值辉度而调整的灯控制信号到点灯装置、并在通常亮度的场景中算出调整图像信号振幅用的图像振幅增益作为系数输出到可变增益驱动装置的白色峰值提高装置；所述白色峰值提高装置包括：检测亮度的变化成分、并为了使亮度变化得到强调而算出灯控制信号的校正信号的变化成分检测块；算出所述灯控制信号的基准信号与所述图像振幅增益的基准信号及图像振幅增益计算块；和对所述变化成分检测块的输出与所述灯控制信号的基准信号进行相加、并作为所述灯控制信号输出的加法装置。
本发明的显示装置，是在上述的显示装置中，所述可变系数驱动装置包括使作为所述白色峰值提高装置算出的系数的图像振幅增益与所述输入的图像信号相乘来放大图像振幅、并输出到驱动装置的可变增益放大装置；和根据上述放大后的图像振幅来驱动显示板的驱动装置。
本发明的显示装置，是在上述的显示装置中，所述电平扩展信号计算装置包括从输入的图像信号检测每一定期间的峰值电平的峰值电平检测装置；根据上述峰值电平检测装置检测出的峰值电平算出光输出增益并输出的光输出增益计算装置；和使上述光输出增益计算装置输出的光输出增益与点亮所述灯用的预设定的光输出电平之积的最大值与所述灯的峰值相一致而输出光输出电平扩展信号的光输出控制装置。
本发明中在以往的显示装置中增加白色峰值提高装置，构成将作为调制装置的振幅调制电路置换为可变增益放大装置的显示装置。
这里，白色峰值提高装置输入电平扩展信号计算装置中的光输出控制装置的光输出电平扩展信号，调制光输出电平扩展信号，使白色峰值辉度提高，对点灯装置输出灯控制信号。又，白色峰值提高装置算出使图像振幅放大用的系数即图像振幅增益，并输出到可变系数驱动装置的可变增益放大装置。可变增益放大装置中根据输入的图像振幅增益来放大图像信号，并将放大后的图像信号供给驱动装置。
结果，在输入图像为比通常亮度更亮的场景的图像时，从图像信号的峰值电平的时间变化中检测场景亮度的变化，根据场景的亮度变化瞬时地控制照明灯的输出光，视觉上能提高白色峰值辉度。
因此，通过在以往的对比度提高电路中增加白色峰值提高装置，使在明亮的场景中提高峰值辉度、暗场景中抑制黑色漂浮，从而能提供扩大动态范围、并可抑制电耗增加的显示装置。
又，本发明的显示装置，是在上述的显示装置中，所述白色峰值提高装置包括检测亮度的变化成分、并为了使亮度变化得到强调而算出灯控制信号的校正信号的变化成分检测块；算出所述灯控制信号的基准信号与所述图像振幅增益的基准信号及图像振幅增益计算块；和对所述变化成分检测块的输出与所述灯控制信号的基准信号进行相加、并作为所述灯控制信号输出的加法装置。
根据上述的发明，白色峰值提高装置由变化成分检测块、基准信号及图像振幅增益计算块、以及将上述变化成分检测块的输出与上述灯控制信号的基准信号进行相加并作为上述灯控制信号输出的加法装置所构成。然后，变化成分检测块检测亮度的变化成分，为使亮度变化得到强调而算出灯控制信号的校正信号。又，基准信号及图像振幅增益计算块算出灯控制信号的基准信号与图像振幅增益。
因此，对输入明亮场景图像的场合，在峰值电平变高时，瞬时地提高灯的亮度，峰值电平变低时，瞬时地降低灯的亮度，从而强调了亮度的变化，在视觉上提高白色峰值辉度。而且，根据输入图像是明亮场景或是通常亮度的场景来改变灯的控制方法，即使在暗电平下改变场景的亮度，也不会瞬间地改变灯的亮度，因此在暗场景中能稳定地显示黑色，抑制黑色漂浮。
又，本发明的显示装置，是在上述的显示装置中，所述变化成分检测块包括从所述光输出控制装置输出的光输出电平扩展信号中减去预设的阈值、并输出相减结果的正成分的电平变换电路；以某个时间常数对所述电平变换电路的输出信号进行微分的微分电路；对所述微分电路的输出根据正成分或负成分分别乘以预设定的系数、并算出控制点灯装置的光量的信号的辉度适应变换电路；和通过对所述辉度适应变换电路输出中的变化成分的上限进行限幅、而使灯控制信号不输出超过灯的峰值的信号的限幅电路。
根据上述的发明，变化成分检测块由电平变换电路、微分电路、辉度适应变换电路以及限幅电路构成，检测输入的图像信号为较明亮场景的图像时的、与峰值电平随时间经过而相应的变化成分，为了强调输入比较明亮场景的图像时图像亮度的变化而算出灯控制信号的校正信号。
即，电平变换电路通过从光输出控制装置输出的光输出电平扩展信号减去阈值，仅提取相减结果的正成分，能提取比较明亮的图像场景中的光输出电平扩展信号的波形。
因而，白色峰值提高装置中能够判别输入图像是比较明亮的场景还是通常亮度的场景，当明亮场景时施加强调峰值电平的亮度变化的处理。
微分电路是以某时间常数对电平变换电路的输出进行微分、检测比较明亮的图像场景中的光输出电平扩展信号的变化成分的电路。又，微分电路中通过设定时间常数为适当的值，控制随着时间经过而相应的灯的变化，使得没有视觉上的不舒适感。因而，白色峰值提高装置中能够提取输入图像为明亮场景时的峰值电平的变化成分。此外通过设定时间常数为适当的值，可以设定为使得随着时间经过而相应的灯的变化没有视觉上的不舒适感。
辉度适应变换电路是通过对微分电路输出的峰值电平的变化成分乘以系数、来控制灯的变化量使得没有视觉上的不舒适感的电路。辉度适应变换电路中互相独立地设定对变化成分的正成分相乘的系数及对负成分相乘的系数，分别控制强调场景变亮时的亮度变化的程度与强调场景变暗时的亮度变化的程度，使得没有视觉上的不舒适感，例如通过将对负成分相乘系数设定为0，可设定使得场景变暗时不强调亮度的变化。
限幅电路是对校正灯控制信号的结果的上限及下限进行限幅、使流过灯的电流不超过额定的电路。
通过以上的电路，在变化成分检出块中算出灯控制信号的校正信号，使得强调图像的亮度的变化。
因此，通过变化成分检测块的各具体电路，能可靠地算出灯控制信号的校正信号，使输入比较明亮场景的图像时强调图像亮度的变化。
又，本发明的显示装置，是在上述显示装置中，所述基准信号及图像振幅增益计算块包括将所述光输出控制装置输出的光输出电平扩展信号限幅为预设的阈值、作为灯控制信号的基准信号输出的波形限制电路；和通过使所述波形限制电路的输出信号标准化并取倒数、而算出图像振幅增益的图像振幅增益计算电路。
又，本发明的显示装置，是在上述显示装置中，所述波形限制电路用与所述电平变换电路的阈值相同的阈值对光输出电平扩展信号进行限幅。
根据上述的发明，基准信号及图像振幅增益计算块由波形限幅电路与图像振幅增益计算电路构成，算出灯控制信号的基准信号与图像振幅增益。
因而，能算出控制灯与图像信号的信号，并能进行灯的控制和图像振幅的控制，使输出图像的亮度无不舒适感。
即，上述波形限幅电路是对光输出控制电路输出的光输出电平扩展信号限幅为阈值、并算出灯控制信号的基准信号的电路。这里所用的阈值与变化成分检测块的电平变换电路所用的阈值相同为好。这样，白色峰值提高装置中，通过判别输入图像是比较明亮的场景还是通常亮度的场景，并在通常的场景时进行控制，使得不强调亮度的变化，从而可抑制暗场景中的黑色漂浮。
所谓灯控制信号的基准信号意指除去强调图像场景亮度变化的校正部分后的灯控制信号。
上述图像振幅增益计算电路是对应于灯控制信号的基准信号算出使图像信号放大的系数的电路。因此，通过对应于灯控制信号的基准信号算出调整图像信号振幅的系数，可控制图像振幅，使输出图像亮度无不舒适感。
接着，变化成分检测块中，用所述加法装置将已算出的灯控制信号的校正信号与灯控制信号的基准信号相加，输出灯控制信号，由点灯装置进行灯的控制，使得强调图像的亮度变化，提高峰值电平。此外，图像振幅增益被输入到可变增益放大装置，将图像信号与图像振幅增益相乘，放大图像信号，并将其供给驱动装置。
根据以上方法，在明亮场景中利用场景的亮度变化来调整灯的控制信号，暗场景中用使黑对比度提高的以往的控制信号，从而能在暗场景中无黑色漂浮，明亮场景中使白色峰值提高。
又，由于显示装置中能显示的最低辉度与以往方法中未提高白色峰值辉度时的最低辉度相等，显示装置中能显示的最高辉度与以往方法中使白色峰值辉度提高后的最高辉度相等，因此与以往方法相比，能展宽动态范围。
又，以往方法在使白色峰值辉度提高时，明亮的场景中总是为了使峰值辉度提高而将灯点亮到高于通常的程度，但本发明中图像信号的峰值电平变亮时，只是瞬时地对灯加亮，故与以往方法中提高白色峰值的情况相比，可减小电耗。
又，本发明的显示装置，是在上述的显示装置中，所述变化成分检测块包括从所述光输出控制装置输出的光输出电平扩展信号中减去预设的阈值、并输出相减结果的正成分的电平变换电路；以某个时间常数对所述电平变换电路的输出信号进行微分的微分电路；对所述微分电路的输出通过以预设的系数乘以正成分并对负成分限幅、从而算出控制点灯装置的光量的信号的辉度适应变换电路；和通过对所述辉度适应变换电路输出的变化成分的上限进行限幅、而使灯控制信号不输出超过灯的峰值的信号的限幅电路。
根据上述的发明，则在白色峰值提高电路的变化成分检测块中，通过调整微分电路输出的峰值电平变化成分的振幅，在强调亮度变化而瞬时地改变灯的亮度的处理中，通过峰值电平变亮时亮度变化量无不舒适感、而在峰值电平变暗时瞬时地放大图像振幅仅为灯瞬时变暗的部分，从而即使峰值电平变化，也能控制使画面不瞬时变暗。
因而，白色峰值提高装置中，通过对微分电路输出的峰值电平变化成分的正成分与负成分的各振幅分别独立地作电平变换，能在强调亮度的变化、瞬时地改变灯的亮度的处理中，进行设定使得对亮度变化量无不舒适感。
又，本发明的显示装置，是在上述的显示装置中，所述基准信号及图像振幅增益计算块包括将所述光输出控制装置输出的光输出电平扩展信号限幅为预设的阈值、并作为灯控制信号的基准信号输出的波形限制电路；和通过使与所述辉度适应变换电路的输出中的负成分的相加结果标准化并取倒数、从而算出图像振幅增益的图像振幅增益计算电路。
根据上述的发明，则通过对应于灯的控制信号与所述辉度适应变换电路输出的负成分的相加结果，算出调整图像信号振幅用的适当的系数，能控制图像振幅，使得对输出图像的亮度无不舒适感。又，所述算出的系数可控制图像振幅，使在峰值电平变暗时不强调亮度的变化。
又，本发明的显示装置，是在上述的显示装置中，所谓亮度意指与信号形式(YPbPr、YUV、RGB等)无关，是根据构成图像的像素信息计算的、表示图像帧的亮度的参数。
因而，最好例如所述亮度是以表示亮度的参数即图像帧内的辉度(Y)中的最大值、平均值、或最小值为基准。
又，最好所述亮度是以表示亮度的参数即组合RGB的值为基准，以图像帧内最亮像素的亮度作为图像帧的亮度。
又，最好所述亮度是生成在图像帧内表示所述亮度的参数的直方图、并设定从上位起相当于例如10％等的规定％的像素的亮度。
又，最好所述亮度是不只用一个图像帧内的信息决定所述亮度，而是考虑前面图像帧的信息来决定的。
又，最好所谓通常亮度与比通常亮度更亮的场景是根据阈值来区别。
本发明的其他目的、特征、以及优点将通过以下所述而得到充分理解。又，本发明的利益通过参照附图的以下说明将益加明显。
附图说明
图1示出本发明的液晶显示装置一实施形态的框图。
图2为上述液晶显示装置的光输出控制电路及白色峰值提高电路中的处理框图。
图3(a)～图3(i)示出上述光输出控制电路及白色峰值提高电路中光输出控制信号波形如何改变的波形图。
图4示出上述白色峰值提高电路中的微分电路的构成框图。
图5(a)示出白色峰值提高电路中的电平变换电路的输出波形图。
图5(b)示出白色峰值提高电路中的微分电路的输出波形图。
图6示出上述白色峰值提高电路中的辉度适应变换电路的构成框图。
图7(a)示出白色峰值提高电路中的微分电路的输出波形图，图7(b)示出表示正成分的输出的波形图，图7(c)示出表示负成分的输出的波形图，图7(d)示出辉度适应变换电路的输出波形图。
图8示出上述白色峰值提高电路中的限幅电路的构成框图。
图9(a)示出白色峰值提高电路中的辉度适应变换电路的输出波形图。
图9(b)示出白色峰值提高电路中的限幅电路的输出波形图。
图10(a)～图10(i)示出本发明的液晶显示装置的其他实施形态，示出光输出控制电路及白色峰值提高电路中光输出控制信号波形如何变化的波形图。
图11示出上述液晶显示装置的其他实施形态，示出光输出控制电路及白色峰值提高电路中的处理框图。
图12(a)示出光输出控制信号的波形图，图12(b)示出表示图像振幅增益的输出的波形图，图12(c)示出输入的图像信号的峰值电平的波形图，图12(d)示出输出的图像信号的峰值电平的波形图。
图13示出以往的液晶显示装置的白色峰值提高电路的框图。
具体实施方式
以下用实施例和比较例详细说明本发明，但本发明不受它们任何限定。
实施形态1
根据图1至图10说明本发明的一实施形态如下。本实施形态中说明作为显示装置的液晶显示装置。液晶显示装置不限于液晶显示板，可适用于投射型的液晶投影器。
本实施形态的液晶显示装置如图1所示，包括作为显示板的液晶板9；作为可变系数驱动装置的可变增益液晶驱动电路10；根据作为灯控制信号的背光源控制信号、将作为对所述液晶板9进行照明的灯的背光源8进行点亮的点灯装置的背光源点灯电路6；作为扩展信号计算装置的电平扩展信号计算电路11；以及作为白色峰值提高装置的白色峰值提高电路5。
上述可变增益液晶驱动电路10由可变增益放大电路3和液晶驱动电路7构成。电平扩展信号计算电路11由峰值电平检测电路1、光输出增益计算电路2以及光输出控制电路4构成。
上述的液晶显示装置中，峰值电平检测电路1从输入的图像信号中检测每一个某一定期间的峰值电平并输出。光输出增益计算电路2中输入峰值电平检测电路1输出的峰值电平，算出控制背光源8的输出光的增益值，将光输出增益值Gs供给光输出控制电路4。光输出控制电路4中输入光输出增益计算电路2输出的光输出增益值Gs，根据该光输出增益值Gs算出背光源8的控制信号，将其输出到白色峰值提高电路5。
白色峰值提高电路5按照输入的背光源控制信号的变化，调整背光源的控制信号，使白色峰值辉度提高，并算出调整图像振幅的图像振幅增益值，并将它们输出。作为灯控制信号的背光源控制信号输入到背光源点灯电路6，图像振幅增益值输入到可变增益放大电路3。
背光源点灯电路6根据背光源的控制信号调整背光源8的输出光。可变增益放大电路3将图像振幅增益与输入的图像信号相乘，调制图像振幅，将调制后的图像信号供给液晶驱动电路7。液晶驱动电路7根据振幅调制后的图像信号使液晶板9动作。峰值电平检测电路1的峰值电平检测的动作由于是以往技术中所用的公知的技术，故省略其详细说明。此外，对于光输出增益计算电路2的电路，以往技术中是将求得的增益输出到光输出控制电路与振幅调制电路的两方面，而与之不同的是，差别在于本发明中只输出到光输出控制电路，关于计算增益的方法与以往技术相同，因此对光输出增益计算电路2的动作也省略详细说明。
以下，根据图2及图3(a)～图3(i)详细说明上述光输出控制电路4及白色峰值提高电路5的构成和动作。
光输出控制电路4如图2所示，具有乘法器41与电平扩展器42。白色峰值提高电路5由基准信号及图像振幅增益计算块53、变化成分检测块58以及作为相加装置的加法器59组成，其中计算块53由波形限幅电路51及图像振幅增益计算电路52组成，而变化成分检测块58由电平变换电路54、微分电路60、辉度适应变换电路70以及限幅电路80组成。
上述光输出控制电路4中，首先是将前进光输出增益计算电路2输出的光输出增益Gs输入到乘法器41。这里，设输入的增益值为图3(a)所示那样的波形。
首先，乘法器41中对通常的灯控制信号即预设的光输出电平的通常灯控制信号L0与光输出增益值Gs进行相乘，求得图3(b)所示那样的相乘灯控制信号Ls。该通常灯控制信号L0不是如以往技术那样为了改善黑对比度在暗场景下使背光源8变暗、或如本实施形态那样根据图像亮度变化改变背光源8的亮度的控制信号，而是以一定亮度点灯的通常的背光源8的控制信号，是由所使用的灯的额定值决定的参数。
其次，扩展相乘灯控制信号Ls，使控制信号的最大值与灯的峰值相一致，得到如图3(c)所示波形的光输出扩展信号Lout。这是以下述作为目的的处理，目的之一是随着图像场景亮度的变化实施使背光源8的亮度变化的处理的结果，使明亮场景中的背光源8的控制信号的基准值与通常灯控制信号L0相一致，目的之二是提高峰值辉度的结果，使得输出的亮度是利用背光源8中流过达到额定值的电流能显示的最大亮度，最大限度地得到白色峰值辉度提高的效果。
接着，将扩展相乘灯控制信号Ls求得的背光源8的光输出电平扩展信号Lout输入到白色峰值提高电路5。
白色峰值提高电路5为了分别处理明亮场景中的信号与通常亮度场景中的信号，将光输出电平扩展信号Lout分别输入到波形限幅电路51与电平变换电路54。这里，设判别光输出电平扩展信号Lout为明亮场景的信号与通常亮度场景的信号的阈值为L1。如后述那样，明亮场景中在有峰值电平变化时，控制信号便以这里所用的阈值L1为基准作上下变动，因此使这里所用的阈值L1为通常的背光源8的控制信号较为理想。即是说，使阈值L1＝通常灯控制信号L0较好。
波形限幅电路51用阈值L1对光输出电平扩展信号Lout进行限幅，得到背光源控制信号的基准信号。图3(d)示出设阈值L1＝通常灯控制信号L0时的波形限幅电路51的输出波形。
另一方面，电平变换电路54中从光输出电平扩展信号Lout减去阈值L1，提取相减结果的正成分，得到明亮图像场景中的控制信号波形。图3(e)示出设阈值L1＝通常灯控制信号L0时的电平变换电路54的输出波形。
接着，在微分电路60用某个时间常数对电平变换电路54的输出进行微分，求出明亮图像场景中的控制信号的电平变化量，如图3(f)所示。
这里，微分电路60由例如图4所示由多个延时电路61、62、63、加法器64、65、66、67、68以及乘法器69构成。
上述的延时电路61、62、63保存例如1个垂直同步期间等的某一定期间的数据。将电平变换电路54的输出LEV输入到延时电路61，将延时电路61的输出D1输入到延时电路62，再将延时电路62的输出D2输入到延时电路63，得到输出D3。
上述加法器64、65、66中，计算电平变换电路54的输出LEV与输出D1、D2、D3各自的差分，进而在加法器67、68中将各自的差分结果相加，通过这样得到差分的合计值S。接着在乘法器69中将合计值S与系数α1相乘，得到输出DIF。
这里作为举例用了3个延时电路61、62、63，实际上最好用更多的延时电路，例如用10个能保存一秒期间数据的延时电路时，便能反映至10秒前的峰值电平变化。根据峰值电平的变化所改变的背光源8的亮度随着时间的经过至返回到通常的亮度之前，在视觉上最好是几秒至几十秒，因此只要用延时电路中保存数据的期间与延时电路的个数进行调整、使背光源8的变化为最佳就可。
这里在该图中取系数α1＝0.3时，对图5(a)所示的输入波形进行微分时，就成为图5(b)所示那样的波形，可见施加了的处理是在图像亮度变化处(C)其变化得到强调，然后依次到点(D)、点(E)、点(F)，随着时间经过，逐渐恢复到原来亮度。
通过按照该微分电路60的输出电平改变灯的光输出量，可以在场景变亮时实施使灯暂时加亮的处理，可提高白色峰值电平。然而，该变化量不仅在场景变亮时，而且从明亮场景变到暗场景时也作同样处理。
这里，在场景变亮时与场景变暗时以相同的电平改变输出光时，变暗时比变亮时其变化的大小更刺眼，故存在图像质量恶化的问题。因此，在所述辉度适应变换电路70中，为使灯的输出光变化量成为如图3(g)所示那样适当的电平，对微分电路60的微分结果分别对正成分和负成分各自设定系数，并相乘、变换电平，在后级限幅电路80中对变化成分的上限进行限幅，从而如图3(h)所示使控制信号不输出超过灯的峰值的信号。这里图3(g)是对正成分乘以1.5、对负成分乘以0.6以后的波形。
以下详细说明辉度适应变换电路70。
辉度适应变换电路70如图6所示，具有正成分提取部71、负成分提取部72、乘法器73、74、以及加法器75。
上述辉度适应变换电路70中，首先用正成分提取部71及负成分提取部72分别提取来自所述微分电路60的输出DIF的正成分和负成分，输出正成分B1及负成分B2。其次用乘法器73对正成分B1与系数αp进行相乘，用乘法器74对负成分B2与系数αm进行相乘，分别得到输出B3、B4。其次由加法器75将B3、B4相加，得到输出BRT。
上述辉度适应变换电路70中，取系数αp＝1.2、系数αm＝0.6时的电路效果如图7(a)～图7(d)所示。这里，瞬间改变亮度处理中，当比较瞬间变亮的情况与瞬时变暗的情况时，以相同电平改变亮度的情况下，瞬时变暗时的信号容易引人注目。这是因为，例如在从辉度100cd/m2提高50cd/m2到达150cd/m2时与从100cd/m2下降50cd/m2到达50cd/m2时，若考虑亮度的比率，则前者辉度比为3∶2，与之不同的是，后者辉度比为2∶1。这样，为使瞬间改变背光源的亮度，在对正方向的变化与对负方向的变化中希望进行辉度适应变换，使对正方向的变化实施加权。
这样，通过对微分电路60的输出DIF分别进行正成分和负成分的独立处理，更能实现视觉上无不舒适感的辉度适应变换。
其次，在前述图2所示的加法器59中，将波形限幅电路51的输出即基准信号A与限幅电路80中的上限限幅的输出CLP相加，作为图3(i)所示的背光源控制信号输出，输入到图1的背光源点灯电路6，调整灯的辉度。
这里详细说明上述限幅电路80。
上述限幅电路80如图8所示，串联有上限限幅电路81与下限限幅电路82。
限幅电路80中，辉度适应变换电路70的输出BRT先输入上限限幅电路81，大于阈值THp的信号被限幅，输出C1。上述C1输入到下限限幅电路82，在其中小于阈值THm的信号被限幅，得到输出CLP。
其结果，在例如取阈值THp＝10、阈值THm＝-10时，图9(a)的波形被限幅成如图9(b)所示。
另一方面，图2所示的图像振幅增益计算电路52中，根据波形限幅电路51将上限限幅的基准信号A，算出调整图像振幅的增益，供给图1所示的可变增益放大电路3。此外，有关该图中所示的背光源点灯电路6、液晶驱动电路7、背光源8、以及液晶板9的各自动作，因为是公知的技术，故省略其说明。
如图1所示，通过将白色峰值提高电路5输出的上述光输出控制信号输入到背光源点灯电路6，调整背光源8的辉度，得到暗场景中的对比度与明亮场景中的白色峰值辉度两方面都提高的高质量显示。
这里，如在图像峰值电平变暗的场合不想实施强调亮度变化的处理，则只要在图6所示的辉度适应变换电路70中施行使系数αm＝0的处理即可。这样，系数αm＝0时的光输出控制信号的波形如图10(a)～图10(i)所示。该图的构成是与图3(a)～图3(i)相同的，故省略其说明，但从图10(a)～图10(i)可见未强调对负方向的亮度变化。
又，采用本实施形态的图像振幅增益时的、相对于输入显示的显示画面亮度如表1所示。顺便对采用以往技术的增益时的、相对于输入显示的显示画面亮度列出如表2所示。
表1  采用本实施形态的振幅增益时的、相对于输入的显示画面的亮度
    本实施形态的图像振幅增益 用本图像振幅放大后的图像信号的振幅(振幅×图像振幅增益)     扩展前的背光源控制信号     扩展为1.5倍、用Lo限幅的背光源控制信号     对输入图像的显示亮度的比率
    1/0.75 图像信号的振幅/0.75     0.5×L0     0.75×L0     1
    1/0.9 图像信号的振幅/0.9     0.6×L0     0.9×L0     1
    1.0 图像信号的振幅     0.7×L0     L0     1
    1.0 图像信号的振幅     0.8×L0     L0     1
    1.0 图像信号的振幅     0.9×L0     L0     1
    1.0 图像信号的振幅     L0     L0     1
表2  采用以往技术的增益时的、相对于输入的显示画面的亮度
  以往的增益 用以往增益调制的图像信号的振幅(振幅/增益)     扩展前的背光源控制信号     扩展为1.5倍、用Lo限幅的背光源控制信号     对输入图像的显示亮度的比率
  0.5 图像信号的振幅/0.5     0.5×L0     0.75×L0     1.5
  0.6 图像信号的振幅/0.6     0.6×L0     0.9×L0     1/5
  0.7 图像信号的振幅/0.7     0.7×L0     L0     1/0.7
  0.8 图像信号的振幅/0.8     0.8×L0     L0     1/0.8
  0.9 图像信号的振幅/0.9     0.9×L0     L0     1/0.9
  1.0 图像信号的振幅/1.0     L0     L0     1
这样，本实施形态的液晶显示装置构成为在以往的液晶显示装置中加上白色峰值提高电路5、并将作为调制装置的振幅调制电路置换为可变增益放大电路3的液晶显示装置。
这里，白色峰值提高电路5输入电平扩展信号计算电路11中的光输出控制电路4的光输出电平扩展信号Lout，调制光输出电平扩展信号Lout，使白色峰值辉度提高，将背光源控制信号输出到背光源点灯电路6。又，白色峰值提高电路5算出使图像振幅放大用的系数即图像振幅增益，输出到可变增益液晶驱动电路10的可变增益放大电路3。可变增益放大电路3根据输入的图像振幅增益，在输入图像为比通常的亮度更亮的场景的图像时，根据图像信号的峰值电平的时间变化检测场景的亮度变化，根据场景的亮度变化瞬间控制照明灯的输出光，在视觉上能使白色峰值辉度提高。
因此，通过对以往的对比度提高电路增加白色峰值提高电路5，在明亮场景中使峰值辉度提高，在暗场景中抑制黑色漂浮，从而提供能扩大动态范围、又抑制电耗增加的液晶显示装置。
又，本实施形态的液晶显示装置中，白色峰值提高电路5由变化成分检出块58、基准信号及图像振幅增益计算块53、将变化成分检出块58的输出与背光源控制信号的基准信号A相加并作为背光源控制信号输出的加法器59所构成。然后，变化成分检出块58检测亮度的变化成分，为强调亮度变化，算出背光源控制信号的校正信号。此外，基准信号及图像振幅增益计算块53算出背光源控制信号的基准信号A与图像振幅增益。
因此，对输入明亮场景图像的场合，通过在峰值电平变高时瞬时地提高背光源8的亮度，峰值电平变低时瞬时地降低背光源8的亮度，从而强调亮度的变化，在视觉上提高白色峰值辉度。而且，根据输入图像是明亮场景或是通常亮度的场景，改变背光源8的控制方法，即使在暗电平下改变场景的亮度，也不会瞬间地改变背光源8的亮度，因此在暗场景中能稳定地显示黑色，抑制黑色漂浮。
又，本实施形态的液晶显示装置中，变化成分检测场58由电平变换电路54、微分电路60、辉度适应变换电路70以及限幅电路80构成，检测输入的图像信号为较明亮场景的图像时的、随着峰值电平的时间经过而相应的变化成分，为了在输入比较明亮场景图像时强调图像亮度的变化，算出背光源控制信号的校正信号。
即，电平变换电路54通过从光输出控制电路4输出的光输出电平扩展信号Lout减去阈值，仅提取相减结果的正成分，则能提取比较明亮的图像场景中的光输出电平扩展信号Lout的波形。
因而，白色峰值提高电路5中能够判别输入图像是比较明亮的场景还是通常亮度的场景，当明亮场景时施加强调峰值电平的亮度变化的处理。
又，微分电路60是以某时间常数对电平变换电路54的输力进行微分、检测比较明亮的图像场景中的光输出电平扩展信号Lout的变化成分的电路。又，微分电路60中通过设定时间常数为适当的值，控制随着时间经过而相应的背光源8的变化，使得没有视觉上的不舒适感。因而，白色峰值提高电路5中能够提取输入图像为明亮场景时的峰值电平的变化成分。另外通过适当设定时间常数，可以设定为使得随着时间经过而相应的背光源8的变化无视觉不舒适感。
又，辉度适应变换电路70是通过对微分电路60输出的峰值电平的变化成分乘以系数、来控制背光源8的变化量使得没有视觉上的不舒适感的电路。辉度适应变换电路70中互相独立地设定对变化成分的正成分相乘的系数与对负成分相乘的系数，分别控制强调场景变亮时的亮度变化的程度与强调场景变暗时的亮度变化的程度无视觉不舒适感，例如通过以对负成分相乘系数设定为0，可设定为使得场景变暗时不强调亮度的变化。
又，限幅电路80是对校正背光源8的控制信号的结果的上限及下限进行限幅、使流过背光源子的电流不超过定额的电路。
通过以上的电路，在变化成分检出块58中算出背光源控制信号的校正信号，使得强调图像亮度的变化。
因此，通过变化成分检测块58的各具体电路，能可靠地算出背光源控制信号的校正信号，使得在输入较明亮场景的图像时强调图像亮度的变化。
又，本实施形态的液晶显示装置中，基准信号及图像振幅增益计算块53由波形限幅电路51与图像振幅增益计算电路52构成，算出背光源控制信号的基准信号A与图像振幅增益。
因而，能算出控制背光源8与图像信号的信号，并能进行背光源8的控制和图像振幅的控制，使输出图像的亮度无不舒适感。
即，波形限幅电路51是用阈值51对光输出控制电路4输出的光输出电平扩展信号Lout进行限幅、并算出背光源控制信号的基准信号A的电路。这里所用的阈值L1与变化成分控制块58的电平变换电路54所用的阈值L1相同为好。这样，白色峰值提高电路5通过判别输入图像是比较明亮的场景还是通常亮度的场景，并在通常的场景时控制使得不强调亮度的变化，从而可抑制暗场景中的黑色漂浮。
又，所谓背光源控制信号的基准信号A是指除去强调图像场景亮度变化的校正部分后的背光源控制信号。
上述图像振幅增益计算电路52是对应于背光源控制信号的基准信号算出使图像信号放大的系数的电路。因此通过对应于背光源控制信号的基准信号算出调整图像信号振幅的系数，可控制图像振幅，使输出图像亮度无不舒适感。
接着，变化成分检测块58中用加法器59将已算出的背光源控制信号的校正信号与背光源控制信号的基准信号A相加，输出背光源控制信号，由背光源点灯电路6进行背光源8的控制，使强调图像的亮度变化，提高峰值电平。此外，图像振幅增益被输入到可变增益放大电路3，将图像信号与图像振幅增益相乘，放大图像信号，并将其供给液晶驱动电路7。
根据以上方法，通过在明亮场景中利用场景的亮度变化调整灯的控制信号，在暗场景中采用使黑对比度提高的以往的控制信号，从而能实现在黑场景中无黑色漂移，明亮场景中使白色峰值提高。
又，液晶显示装置中能显示的最低辉度与以往方法中未提高白色峰值辉度时的最低辉度相等，液晶显示装置中能显示的最高辉度与以往方法中使白色峰值辉度提高后的最高辉度相等，因此与以往方法相比，能展宽动态范围。
又，以往方法中在使白色峰值辉度提高时，明亮的场景中为了使峰值辉度提高总是将灯点亮到高于通常亮度的程度，但本实施形态中图像信号的峰值电平变亮时只是瞬时地对背光源8加亮，故与以往方法中提高白色峰值的情况相比，可减小电耗。
又，本实施形态的显示装置中，所谓亮度意指与信号形式无关、而根据构成图像的像素信息计算的、表示图像帧的亮度的参数。
因而，最好例如所述亮度是以表示亮度的参数即图像帧内的辉度(Y)中的最大值、平均值或最小值作为基准。
又，最好所述亮度是以表示亮度的参数即组合RGB的值为基准，以图像帧内最亮像素的亮度作为图像帧的亮度。
又，最好所述亮度是生成在图像内表示所述亮度的参数的直方图、并设定从上位起相当于例如10％等的规定％的像素的亮度。
又，最好所述亮度是不只用一个图像帧内的信息决定所述亮度，而是考虑前面图像帧的信息决定的。
又，最好所谓通常亮度与比通常亮度更亮的场景是根据阈值来区别。
实施形态2
根据图11和图12说明本发明的另一实施形态如下。为说明方便起见，对于与所述实施形态1的附图所示的构件有相同功能的构件，标注相同标号并省略其说明。
本实施形态中，液晶显示装置的总体构成例虽然如实施形态1中的图1所示的那样，但光输出控制电路4及白色峰值提高电路5中施行与上述实施形态1不同的处理。即在实施形态1的图6所示辉度适应变换电路70中，是使系数αm＝0，施行对负方向的亮度变化不作强调的处理，但本实施形态中，也同样地对负方向的亮度变化不作强调的处理。
图11示出本实施形态的光输出控制电路104及白色峰值提高电路105的构成例。
即，本实施形态的光输光出控制电路104中，与实施形态1的光输出控制电路4作比较时，在乘法器41之前设置增益电平调整电路140这一点有所不同。
另外，白色峰值提高电路105中，与实施形态1的白色峰值提高电路105作比较时，基准信号及图像振幅增益算出块53的图像振幅增益计算电路105由负成分提取电路151、加法器152以及除法器153构成这一点有所不同。
上述的光输出控制电路104中，首先将前述实施形态1的图1所示的光输出增益计算电路2输出的光输出增益值Gs输入到该光输出控制电路104。该光输出增益Gs被输入增益电平调整电路140，经电平变换后，在乘法器41中与通常灯控制信号L0相乘。相乘结果输入到电平扩展器42，经电平扩展后，输入到白色峰值提高电路105中的波形限幅电路51与电平变换电路54。
电平变换电路54的输出经微分电路60微分后，输入辉度适应变换电路70。辉度适应变换电路70的输出分别输入到限幅电路80及图像振幅增益计算电路150的负成分提取电路151。
上述限幅电路80的输出在加法器59中与波形限幅电路51的输出相加，输出作为背光源控制信号。又，负成分提取电路151的输出在加法器152中与波形限幅电路51的输出相加，通过除法器153后，作为图像振幅增益输出。
以下对上述光输出控制电路104及白色峰值提高电路105的动作详加说明。
首先，输入到光输出控制电路104的光输出增益值在增益电平调整电路140作电平变换。这里增益电平调整电路140是将图1所示的光输出增益计算电路2算出的光输出增益值Gs校正为接近于1的值的电路，α是满足0＜α＜1.0的系数。
另外，乘法器41、电平扩展器42、电平变换电路54、微分电路60、辉度适应变换电路70、以及限幅电路80，由于与图2的各该电路相同，故省略其说明。
图像振幅增益计算电路150的负成分提取电路151对辉度适应变换电路70输出的正成分进行限幅。该负成分提取电路151的输出在加法器152与波形限幅电路51的输出相加后，输入到除法器153。除法器153中以加法器152的相加结果除阈值L1，输出图像振幅增益。另外，之所以用加法器152的相加结果除阈值L1，是因为它是以阈值L1除加法器152的相加结果并取倒数。结果，上述各电路的输出如图12(a)～图12(d)所示。
这样，本实施形态的液晶显示装置在白色峰值提高电路105的变化成分检测块58中，通过调整微分电路60输出的峰值电平变化成分的振幅，来强调亮度变化、瞬间改变背光源8亮度，在这样的处理中，当峰值电平变亮时，亮度的变化量没有不舒适感，而当峰值电平变暗时，仅在背光源8瞬间变暗的部分瞬间地放大图像振幅，从而即使峰值电平变化，也能控制使画面瞬间不变暗。
因此，通过在白色峰值提高电路105中各自独立地对微分电路60输出的峰值电平的变化成分的正成分与负成分的各振幅作电平变换，来强调亮度变化、瞬间改变背光源8亮度的处理中，能够设定使亮度变化量无不舒适感。
又，本实施形态的液晶显示装置通过与背光源8的控制信号与辉度适应变换电路70输出的负成分的相加结果对应地算出为了调整图像信号的振幅的适当的系数，控制图像振幅使输出图像的亮度没有不舒适感。又，所述算出的系数在峰值电平变暗时，可控制图像振幅使得不强调亮度的变化。
又，本发明不限于上述的各实施形态，在权利要求项所示的范围内可作各种变更。对于适当组合不同实施形态各自揭示的技术装置而得到的实施形态也包含在本发明的技术装置中。
又，实施本发明用的最佳形态项中实施的具体的实施形态或实施例始终是理解本发明的技术内容的例子，不应仅限于这样的具体例子作狭义解释，在本发明的精神及以下的权利要求范围内可作各种变更并加以实施。
工业上的实用性
本发明通过在明亮场景中使峰值辉度提高、暗场景中抑制黑色浮动从而提供能扩展动态范围并抑制电耗增加的显示装置。
因此可适用于例如液晶显示装置、投影型液晶投影机等的显示装置中。

Claims (14)

1、一种显示装置，其特征在于，包括：
显示板；
通过以可变系数乘输入的图像信号求得放大图像信号并驱动所述显示板的可变系数驱动装置；
根据灯控制信号使对所述显示板进行照明的灯点亮的点灯装置；
根据从输入的图像信号求得的光输出增益及灯的输出峰值、对点亮所述灯用的预设的光输出电平进行扩展并输出光输出扩展信号的电平扩展信号计算装置；以及
输入所述光输出电平扩展信号、同时在比通常的亮度更亮的场景中根据场景亮度变化输出为了提高白色峰值辉度而调整的灯控制信号到点灯装置、并在通常亮度的场景中算出调整图像信号振幅用的图像振幅增益作为系数输出到可变增益驱动装置的白色峰值提高装置；
所述白色峰值提高装置包括：
检测亮度的变化成分、并为了使亮度变化得到强调而算出灯控制信号的校正信号的变化成分检测块；
算出所述灯控制信号的基准信号与所述图像振幅增益的基准信号及图像振幅增益计算块；和
对所述变化成分检测块的输出与所述灯控制信号的基准信号进行相加、并作为所述灯控制信号输出的加法装置。
2、如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，
所述可变系数驱动装置包括：
使作为所述白色峰值提高装置算出的系数的图像振幅增益与所述输入的图像信号相乘来放大图像振幅、并输出到驱动装置的可变增益放大装置；和
根据所述放大后的图像振幅来驱动显示板的驱动装置。
3、如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，
所述电平扩展信号计算装置包括：
从输入的图像信号检测每一定期间的峰值电平的峰值电平检测装置；
根据所述峰值电平检测装置检测出的峰值电平算出光输出增益并输出的光输出增益计算装置；和
使所述光输出增益计算装置输出的光输出增益与点亮所述灯用的预设定的光输出电平之积的最大值与所述灯的峰值相一致而输出光输出电平扩展信号的光输出控制装置。
4、如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，
所述变化成分检测块包括：
从所述光输出控制装置输出的光输出电平扩展信号中减去预设的阈值、并输出相减结果的正成分的电平变换电路；
以某个时间常数对所述电平变换电路的输出信号进行微分的微分电路；
对所述微分电路的输出根据正成分或负成分分别乘以预设定的系数、并算出控制点灯装置的光量的信号的辉度适应变换电路；和
通过对所述辉度适应变换电路输出中的变化成分的上限进行限幅、而使灯控制信号不输出超过灯的峰值的信号的限幅电路。
5、如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，
所述基准信号及图像振幅增益计算块包括：
将所述光输出控制装置输出的光输出电平扩展信号限幅为预设的阈值、作为灯控制信号的基准信号输出的波形限制电路；和
通过使所述波形限制电路的输出信号标准化并取倒数、而算出图像振幅增益的图像振幅增益计算电路。
6、如权利要求5所述的显示装置，其特征在于，
所述波形限制电路用与所述电平变换电路的阈值相同的阈值对光输出电平扩展信号进行限幅。
7、如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，
所述变化成分检测块包括：
从所述光输出控制装置输出的光输出电平扩展信号中减去预设的阈值、并输出相减结果的正成分的电平变换电路；
以某个时间常数对所述电平变换电路的输出信号进行微分的微分电路；
对所述微分电路的输出通过以预设的系数乘以正成分并对负成分限幅、从而算出控制点灯装置的光量的信号的辉度适应变换电路；和
通过对所述辉度适应变换电路输出的变化成分的上限进行限幅、而使灯控制信号不输出超过灯的峰值的信号的限幅电路。
8、如权利要求4所述的显示装置，其特征在于，
所述基准信号及图像振幅增益计算块包括：
将所述光输出控制装置输出的光输出电平扩展信号限幅为预设的阈值、并作为灯控制信号的基准信号输出的波形限制电路；和
通过使与所述辉度适应变换电路的输出中的负成分的相加结果标准化并取倒数、从而算出图像振幅增益的图像振幅增益计算电路。
9、如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，
所谓亮度意指与信号形式无关，是根据构成图像的像素信息计算的、表示图像帧的亮度的参数。
10、如权利要求9所述的显示装置，其特征在于，
所述亮度是以表示亮度的参数即图像帧内的辉度(Y)中的最大值、平均值、或最小值为基准。
11、如权利要求9所述的显示装置，其特征在于，
所述亮度是以表示亮度的参数即组合RGB的值为基准，以图像帧内最亮像素的亮度作为图像帧的亮度。
12、如权利要求9所述的显示装置，其特征在于，
所述亮度是生成在图像帧内表示所述亮度的参数的直方图、并设定从上位起相当于规定百分比的像素的亮度。
13、如权利要求9所述的显示装置，其特征在于，
所述亮度是不只用一个图像帧内的信息来决定所述亮度，而是也考虑前面图像帧的信息来决定的。
14、如权利要求9所述的显示装置，其特征在于，
所谓通常亮度与比通常亮度更亮的场景是根据阈值来区别。
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