CN101399011B - 图像显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于亮适应及暗适应所需时间的不同、跟踪图像输入信号的特征量的变化而能够使背光源的调光速度进行变化的图像显示装置。该图像显示装置具备：对图像输入信号进行显示的液晶面板；对液晶面板进行照明的背光源；对图像输入信号的平均图像电平进行检测的平均图像电平检测部；以及基于所检测的平均图像电平对背光源在单位规定时间的发光亮度的变化量进行可变控制的控制微型计算机。控制微型计算机进行控制，使得图像输入信号的平均图像电平变高时的所述变化量相比图像输入信号的平均图像电平变低时的所述变化量要大。

Description

图像显示装置

技术领域

本发明涉及一种利用背光源对液晶面板等显示面板进行照明并显示图像的图像显示装置，且涉及一种对应于图像输入信号使背光源的亮度进行动态变化的图像显示装置。

背景技术

使用液晶面板进行图像显示的图像显示装置在电视接收机及计算机装置等图像显示中广泛使用。众所周知，使用液晶面板的图像显示装置，是将液晶封装入设置电极的两块透明基板之间，通过对矩阵状配置的驱动电极单元进行电压控制，来控制液晶分子的组合及取向，使来自设置于透明基板的背面的背光源的照射光的透射率进行改变，以此在液晶面板上显示图像。

在这样的图像显示装置中，能够将背光源的亮度水平设定为通过用户手动操作所调整(调光)的值，此时，背光源的亮度水平与图像输入信号无关，是恒定的。与此不同的是，为了更容易看清显示图像，或者为了降低消耗功率，提供了一种对应于每个画面随时变化的图像输入信号、对背光源的亮度进行动态调整的动态背光方式的图像显示装置。根据此方式，能够力图提高对比度及降低消耗功率。

例如，特开平5—127608号公报中记载了如下技术，即，在切换图像的显示内容时，可任意设定开始进行对比度值或背光亮度值的控制之前的时钟时间，防止在图像频繁切换那样的场景中产生画面闪烁。

然而，上述特开平5—127608号公报所记载的技术中，在切换图像的显示内容时，以使显示亮度为恒定值为目的，对于图像柔和的较暗的场景，尽管平均图像电平(Average Picture Level)较低，但有时光源亮度变得较高，存在图像泛黑未得到改善的问题。

与此不同的是，特开2003—36063号公报、特开2002—357801号公报中记载了如下技术，即，在平均图像电平低的较暗的场景中进行控制，使得光源亮度降低，从而能够防止图像产生泛黑。特开2003—36063号公报中，当图像输入信号的平均图像电平在比规定的阈值小的范围内时，对于此范围所有的情况进行控制，使得照射于显示元件的光通量变为规定的最小水平或接近最小水平。

另外，特开2002—357801号公报中，可分别设定提高光源的发光亮度时和降低光源的发光亮度时的发光亮度的变化速度。具体来讲，通过预先将亮度减小时的变化量设定信号一直设定成比亮度增大时的变化量设定信号要大的值，可使得光源的亮度往变低的方向变化时的发光亮度的变化速度，比光源的亮度往变高的方向变化时的发光亮度的变化速度要快。

图6所示为特开2002—357810号公报中所记载的图像显示装置的构成例的方框图。图像显示装置具备：平均图像电平检测部101、中间控制信号生成部102、信号变化控制部103、光源驱动部104、背光源105、图像信号处理部106、显示元件驱动部107、以及液晶面板108。

图6中，图像信号处理部106对于图像输入信号实施各种图像处理，形成为适合液晶面板108的显示元件的显示形式的形态。

显示元件驱动部107基于图像信号处理部106所处理的图像信号，来驱动液晶面板108的显示元件。

平均图像电平检测部101检测图像输入信号的平均图像电平，将此平均图像电平信号向中间控制信号生成部102进行输出。

中间控制信号生成部102跟踪平均图像电平的变化，生成每单位场期间进行变化的中间控制信号，将此中间控制信号向信号变化控制部103进行输出。

信号变化控制部103对来自中间控制信号生成部102的中间控制信号基于所设定的时间常数进行控制，将其转换成提高光源的发光亮度时和降低光源的发光亮度时具有不同变化速度的信号，将此信号作为光源控制信号向光源驱动部104进行输出。

光源驱动部104基于来自信号变化控制部103的光源控制信号，使背光源105的发光亮度进行变化。

图7所示为图6所示的图像显示装置中相对于平均图像电平的变化的背光源的发光亮度的时间变化图。图7(A)表示平均图像电平的变化，图7(B)表示背光源的发光亮度的时间变化。

根据此调光控制方法，可分别设定提高背光源的发光亮度时与降低背光源的发光亮度时的发光亮度的变化速度。图7(B)的例中，使光源的亮度往变低的方向变化时的发光亮度的变化速度，比光源的亮度往变高的方向变化时的发光亮度的变化速度要快。即，使得当光源的亮度变高时，使背光的发光亮度以观看者不会察觉的速度缓慢地进行变化，而当光源的亮度变低时，使背光的发光亮度比较快地进行变化。

然而，上述特开2002—357810号公报所记载的技术中，虽然平均图像电平急剧变低时没有大问题，但平均图像电平急剧变高时，观看者会看出图像不变而只有亮度缓慢变化的现象，从而导致图像品质的下降。

即，平均图像电平高时，虽然进行提高调光的控制，但所谓平均图像电平高，是指大部分图像变得具有亮度成分。从而，应该对应于图像的每一时刻返回本来的亮度，但如特开2002—357810号公报所示，提高发光亮度时的调光速度较慢时，虽然显示图像，但背光的发光亮度仍旧很低，图像依旧很暗的状态会持续下去。

与此相反，所谓平均图像电平低，是指黑色所占图像的面积变得较多，此时，本来为黑色，但由于液晶面板的特性上，黑色部分会通过漏光而多少有些变亮。此为观看者可看出的水平。因此，在平均图像电平低的较暗的场景中要进行控制，使得降低光源亮度，且进一步为了使此亮度的变化不让观看者识别而进行变化，希望减缓降低发光亮度时的调光速度。

作为产生这样问题的原因，有例如人眼对亮适应、暗适应所需时间不同。平均图像电平急剧变高时，人眼为适应急剧的亮度的变化而进行亮适应。由于此亮适应所需时间相比暗适应所需时间非常短，因此眼睛立刻即适应此亮度。因此，当平均图像电平变高时，若背光的亮度变化较慢，观看者会看出亮度变化中的图像，从而识别亮度的变化。其结果，会导致图像的品质变差，带给观看者异样感。

为解决上述问题，考虑到亮适应及暗适应所需的时间的差异，想到使背光源的调光速度动态变化，此想法是上述特开平5—127608号公报、特开2003—36063号公报、特开2002—357810号公报所记载的技术中未实现的。

发明内容

本发明的目的为提供一种基于亮适应及暗适应所需时间的不同、跟踪图像输入信号的特征量的变化而能够使背光源的调光速度进行变化的图像显示装置。

本发明的其它目的为提供一种图像显示装置，其具备：对图像输入信号进行显示的显示面板；对该显示面板进行照明的背光源；对前述图像输入信号的特征量进行检测的特征量检测部；以及基于该检测的特征量对前述背光源在单位规定时间的发光亮度的变化量进行可变控制的光源控制部，其特征在于，前述光源控制部进行控制，使得前述图像输入信号的特征量变高时的前述变化量相比前述图像输入信号的特征量变低时的前述变化量要大。

本发明的其它目的为提供一种图像显示装置，其特征在于，前述光源控制部进行控制，使得对应于前述图像输入信号的特征量决定背光源的目标亮度，前述背光源所设定的设定亮度比该决定的目标亮度要低时，达到前述目标亮度之前的前述变化量比规定值要大。

本发明的其它目的为提供一种图像显示装置，其特征在于，前述图像输入信号的特征量是通过该图像输入信号的平均亮度水平、最大亮度水平、最小亮度水平、亮度分布状态的任一个或任两个以上的组合所求得的。

附图说明

图1所示为本发明的实施方式之一所涉及的图像显示装置的构成例的方框图。

图2所示为图1所示图像显示装置中相对于平均图像电平的变化的背光源的发光亮度的时间变化图。

图3所示为表示图像输入信号的平均图像电平和背光亮度的关系的特性曲线图。

图4为用于说明本发明的图像显示装置的一例动态背光控制的流程图。

图5为用于说明本发明的图像显示装置的一例动态背光控制的流程图。

图6所示为特开2002—357810号公报所记载的图像显示装置的构成例的方框图。

图7所示为图6所示的图像显示装置中相对于平均图像电平的变化的背光源的发光亮度的时间变化图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的图像显示装置的最佳实施方式进行说明。

图1所示为本发明的实施方式之一所涉及的图像显示装置的构成例的方框图。本实施方式的图像显示装置具备：对于图像输入信号实施各种图像处理并形成为适合液晶面板3的显示元件的显示形式的形态的图像信号处理部1；及基于图像信号处理部1中所处理的图像显示信号、对液晶面板3的栅极驱动器4及源极驱动器5输出液晶驱动信号的液晶控制器2。

另外，图像显示装置具备：对每1个画面检测图像输入信号的平均图像电平的平均图像电平检测部6；对用户使用未图示的遥控器(远程控制器)输入的指示信号进行接收的遥控器受光部7；以及对遥控器受光部7所接收的指示信号进行检测·分析、并基于平均图像电平检测部6所检测的平均图像电平对驱动背光源9的逆变器电路等光源驱动部10进行控制的控制微型计算机8。

图1的构成中，本发明的显示面板相当于液晶面板3，本发明的特征量检测部相当于平均图像电平检测部6，本发明的光源控制部相当于控制微型计算机8及光源驱动部10。

本实施方式的图像显示装置中，直下型背光方式、边光型背光方式任一种皆可，另外作为背光源9，除了现在一般所使用的冷阴极管(CCFL)以外，可使用发光二极管(LED)等，或者也可将这些并用。另外，作为背光源9的亮度控制方式，不仅限于电压(或者电流)控制，当然也可采用占空比(发光脉冲宽度)控制。

本发明的主要特征部分在于，基于亮适应及暗适应所需时间的不同，跟踪图像输入信号的特征量的变化，使背光源的调光速度进行变化。具体来讲，平均图像电平急剧变高时，加快背光源9的调光速度，使背光源9的发光亮度跟踪图像的变化，使得观看者看不出同一图像中的亮度变化。另一方面，平均图像电平急剧变低时，减慢背光源9的调光速度，使漏光所造成的亮度变化以观看者无法识别的速度进行亮度变化。由此，使观看者难以看出图像和亮度的失配，从而可力图提高图像品质。

图1中，平均图像电平检测部6对图像输入信号的平均图像电平进行检测，将检测结果作为平均图像电平信号向控制微型计算机8进行输出。

控制微型计算机8对来自平均图像电平检测部6的平均图像电平信号和前次的平均图像电平信号进行比较，检测平均图像电平的变化。进一步地，控制微型计算机8基于平均图像电平的变化，决定背光源9的目标亮度，并且决定背光源9在单位规定时间的发光亮度的变化量(以下称为发光亮度变化量)，将这些目标亮度和发光亮度变化量向光源驱动部10进行输出。

光源驱动部10基于来自控制微型计算机8的目标亮度和发光亮度变化量，使背光源9的发光亮度进行变化。

图2所示为图1所示图像显示装置中相对于平均图像电平的变化的背光源的发光亮度的时间变化图。图2(A)表示平均图像电平的变化，图2(B)表示背光源的发光亮度的时间变化。

控制微型计算机8决定各发光亮度变化量，使得图像输入信号的平均图像电平变高时的发光亮度变化量相比图像输入信号的平均图像电平变低时的发光亮度变化量要大。由此，如图2(B)所示，平均图像电平急剧变高时，加快背光源9的调光速度，从而可缩短变化时间Tr2，平均图像电平急剧变低时，减慢背光源9的调光速度，从而可延长变化时间Td2。

另外，控制微型计算机8对应于图像输入信号的平均图像电平来决定背光源9的目标亮度，背光源9的亮度比所决定的目标亮度要低时，决定发光亮度变化量，使其变得比规定量要大，以较快的调光速度使背光源9的亮度上升到目标亮度。此规定量为例如基于对背光源9的最大亮度到最小亮度的变化进行亮适应的所需时间(速度)而预先设定的值。通过这样的调光控制，当平均图像电平急剧变高时，加快背光源9的调光速度，可在观看者亮适应前完成调光处理。

根据本发明的图像显示装置的调光控制方法，通过提高背光源的亮度时和降低背光源的亮度时使调光速度进行变化，能够进行跟踪图像变化的调光控制。即，如图2所示，平均图像电平急剧变高时，通过相比以往加快调光速度，使背光源的亮度跟踪图像的变化。由此，可在观看者亮适应前完成调光控制，可在观看者看不出同一图像中的亮度变化的情况下，将背光源的亮度提高到目标水平。

图3所示为表示图像输入信号的平均图像电平和背光亮度的关系的特性曲线图。横轴以百分比(％)表示平均图像电平，显示图像整个画面全部为黑色时设平均图像电平为0％，全部为白色时设平均图像电平为100％。另外纵轴以百分比(％)表示背光源9的发光亮度，对其进行控制，使得背光亮度最亮时设为100％，背光调光时的最低亮度设为大约10％至20％左右。

此外，图3揭示使用冷阴极管的背光源的特性曲线的例子，对于使用发光二极管、有机电致发光等其它光源的情况，其特性曲线当然是与图3不同的特性曲线。

控制微型计算机8对使用未图示的内装的只读内存器的查找表进行参照，或者，通过使用近似函数所进行的运算，对应于图像输入信号的平均亮度水平，适当地改变背光源9的驱动电压值(或电流值)。此时，控制微型计算机8基于图3所示的平均图像电平—背光亮度(亮度)特性，决定背光源9的目标亮度。即，基于图3的背光源9的发光亮度控制例中，进行控制，使得随图像输入信号的平均图像电平上升而提高背光源9的发光亮度，从而画面亮度上升。

图4及图5为用于说明本发明的图像显示装置的一例动态背光控制的流程图。此外，本例的处理是利用图1所示的图像显示装置来执行，图中，调光现在值表示对背光源9现在所设定的发光亮度的设定值，调光目标值表示背光源9的发光亮度的目标值，向上调光用步数表示对背光源9进行向上调光时的发光亮度设定值的变化量，向下调光用步数表示对背光源9进行向下调光时的发光亮度设定值的变化量。

首先，基于图4(A)，对本发明的图像显示装置的一例初始设定处理进行说明。图像显示装置的控制微型计算机8将现在的图像模式的调光设定值设定作为调光现在值(步骤S1)。图像显示装置也可具备多个图像模式，每个图像模式具备不同的调光设定值。此时，将观看者通过遥控器等选择的图像模式所对应的调光设定值设定作为调光现在值。

接着，基于图4(B)，对本发明的图像显示装置的一例调光目标值设定处理进行说明。此处的处理以16msec为单位执行。

图像显示装置的控制微型计算机8得到图像输入信号的平均图像电平(平均亮度水平)(步骤S11)，由图3所示的特性曲线(平均图像电平—背光亮度特性)计算对应于所得到的平均图像电平的调光水平，将其设定作为调光目标值(步骤S12)。

接着，基于图5对本发明的图像显示装置的一例调光处理进行说明。此处的处理以32msec为单位执行。

图像显示装置的控制微型计算机8判定调光目标值是否比调光现在值大，(步骤S21)，判定调光目标值比调光现在值大时(是的情况)，则判定图像输入信号的平均图像电平变高。此时，控制微型计算机8将向上调光用步数设定作为调光步幅量(步骤S22)。

接着，控制微型计算机8将调光现在值与调光步幅量相加，决定此加法结果作为调光现在值(步骤S23)。然后，将所决定的调光现在值对光源驱动部10进行设定(步骤S24)。光源驱动部10基于来自控制微型计算机8的调光现在值(目标亮度和发光亮度变化量)，使背光源9的发光亮度进行变化。

另一方面，上述步骤S21中，判定调光目标值为调光现在值以下时(否的情况)，控制微型计算机8判定调光目标值是否比调光现在值小(步骤25)。这里，判定调光目标值比调光现在值小时(是的情况)，判定图像输入信号的平均图像电平变低。此时，控制微型计算机8将向下调光用步数设定作为调光步幅量(步骤S26)。此向下调光用步数设定成比向上调光用步数少的值。

接着，控制微型计算机8从调光现在值中减去调光步幅量，决定此减法结果作为调光现在值(步骤S27)。然后，转移至步骤S24，将所决定的调光现在值对光源驱动部10进行设定。光源驱动部10基于来自控制微型计算机8的调光现在值(目标亮度和发光亮度变化量)，使背光源9的发光亮度进行变化。

另外，上述步骤S25中，判定调光目标值为调光现在值以上时(否的情况)，控制微型计算机8判定调光目标值与调光现在值相等，不进行变化，就此终止。

此外，对于向上调光用步数和向下调光用步数，本例中相当于每32ms的背光源9的发光亮度的变化量，设具有向上调光用步数>向下调光用步数的关系。由此，可使平均图像电平变高时的调光速度比平均图像电平变低时的调光速度要快。

另外上述实施方式中，作为图像输入信号的特征量，是使用显示画面内的检测区域的平均亮度水平(平均图像电平)，但本发明并不仅限于此，其构成也可为，对于显示画面内的特定区域的图像信号求出峰值亮度的状态(有无或多少)，将其利用于背光源的亮度调制。

同样地作为图像输入信号的特征量，也可以使用一帧内的指定区域(期间)中的最大亮度水平或最小亮度水平或亮度分布状态(柱状图)，或者也可基于将这些进行两者以上组合所求得的特征量，对背光源的发光亮度进行可变控制。进一步地其构成也可为，对应于图像输入信号的特征量，对背光源的发光亮度进行可变控制，并且与此同步地进行图像输入信号的灰度等级校正控制。

根据本发明，由于能够基于亮适应及暗适应所需时间的不同，跟踪图像输入信号的特征量的变化，使背光源的调光速度进行变化，因此对于一切图像不会使其图像品质降低，即使场景急剧变亮时也不会使观看者感到亮度的变化，因而不会带来异样感。

Claims (2)

1.一种图像显示装置，其具备：对图像输入信号进行显示的显示面板；对该显示面板进行照明的背光源；对所述图像输入信号的特征量进行检测的特征量检测部；及基于该检测出的特征量对所述背光源在单位规定时间的发光亮度的变化量进行可变控制的光源控制部，其特征在于，

所述光源控制部进行控制，使得所述图像输入信号的特征量变高时的所述变化量相比所述图像输入信号的特征量变低时的所述变化量要大，

所述图像输入信号的特征量是通过该图像输入信号的平均亮度水平、最大亮度水平、最小亮度水平、亮度分布状态中的任一个或任两个以上的组合所求得的。

2.如权利要求1所述的图像显示装置，其特征在于，

所述光源控制部进行控制，使得对应于所述图像输入信号的特征量决定背光源的目标亮度，对所述背光源所设定的设定亮度比该决定的目标亮度要低时，达到所述目标亮度之前的所述变化量变得比规定量要大，

所述规定量为基于对所述背光源的最大亮度和最小亮度间的变化进行亮适应的所需时间或其速度而预先设定的值。

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