CN101903937A - 显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种显示装置。所述显示装置的灰度变换部(23)对输入图像进行灰度变换，所述灰度变换是对于比边界灰度CVth要小的灰度应用一定的增益，对于比边界灰度CVth要大的灰度进行特性成为样条曲线的灰度变换。图像解析部(22)为了决定灰度变换部(23)的特性，而基于输入图像，求出边界灰度CVth和最大灰度CVmax，决定线性增益偏移系数LGs，使得进行背光源(30)的亮度控制时的最大灰度CVmax的亮度下降率成为限制值以下。由此，既抑制画质劣化，又削减背光源的功耗。

Description

显示装置
技术领域
本发明涉及显示装置，特别涉及进行背光源的亮度控制和图像的灰度变换的显示装置。
背景技术
在液晶显示装置等包括背光源的显示装置中，通过根据输入图像来进行背光源的亮度控制，从而能够削减背光源的功耗。另外，通过进行背光源的亮度控制，并对输入图像进行补偿背光源的亮度下降量的灰度变换，从而能够既显示与未进行亮度控制时同样的图像，又削减背光源的功耗。
下文中示出了进行背光源的亮度控制和图像的灰度变换的方法。作为第一方法有以下的方法：即，制成输入图像的直方图，在输入图像中所包含的各像素的灰度中，求出从较小一侧起位于预定比例的位置(例如90％的位置)的灰度，将比求出的灰度要大的灰度全部变换为最大灰度。作为第二方法有以下的方法：即，基于输入图像的直方图来解析数据分布等，根据解析结果来切换γ曲线的γ值(例如，将γ值从2.2切换为1.8)。
另外，在专利文献1中，记载了一种图像显示装置，该图像显示装置包括：检测出图像信号的一个画面量的最大值的单元；光透射型显示单元，上述光透射型显示单元在所检测出的最大值时，光透射率一定；以及光源，上述光源可以获得与所检测出的最大值成比例的光输出。在专利文献2中记载有以下图像调整方法：即，对于比最大忠实再现灰度要小的灰度应用一定的增益，对于比最大忠实再现灰度要大的灰度应用将灰度的最大值设为最终到达点的滚降曲线。在专利文献3中记载有以下图像显示方法：即，从显示数据中求出特性决定量，应用在特性决定量的左右变化的增益来进行亮度变换。在专利文献4中记载有根据要显示的图像来控制从光源射入光调制显示部的光的强度的显示装置。
专利文献1：日本国专利特开平1-239589号公报
专利文献2：日本国专利特开2006-293328号公报
专利文献3：日本国专利特开2004-54250号公报
专利文献4：美国专利第5717422号说明书
发明内容
然而，上述现有方法中存在以下问题。图8是表示上述第一方法的灰度变换特性和显示亮度特性的图。在图8中，CVM表示灰度的最大值，CVth表示在输入图像中所包含的各像素的灰度中、从较小一侧起位于90％的位置的灰度。在该方法中，由于将比CVth要大的灰度全部变换为CVM，因此在显示比CVth要大的灰度时的亮度都相同(图8的X1部分)。因此，在第一方法中，发生以相同亮度显示某范围的亮度的“灰度限幅”。
图9是表示上述第二方法的灰度变换特性和显示亮度特性的图。在该方法中，灰度限幅虽然不发生，但是为了切换γ值，在显示较小的灰度时的亮度不正确(图9的X2部分)。因此，在第二方法中，发生显示偏差了的灰度的“灰度偏差”。
在专利文献1记载的方法中，只要输入图像中包含一个灰度的最大值，则背光源的亮度无法降低。因此，限制了能够削减背光源的功耗的可能性。
在专利文献2记载的方法中，由于进行画质调整时的亮度下降率未被限制，因此在例如显示黑色背景中的白色字符时，字符的亮度大幅下降。另外，由于滚降曲线的最终到达点为灰度的最大值，因此即使在输入图像中所包含的最大灰度与灰度的最大值不同的情况下(例如，灰度的最大值为255，输入图像中所包含的最大灰度为128的情况)，也无法削减功耗。而且，为了优先削减背光源的功耗，有时显示图像的画质大幅劣化。
在专利文献3中详细记载有在特性决定量的左右使增益进行直线性变化的方法，但是未详细记载使增益进行曲线性变化的方法。根据文献的记载，若在特性决定量的左右使增益进行直线性变化，则在特性决定量的左右有损灰度的连续性。另外，在专利文献3记载的方法中，也无法解决黑色背景中的白色文字的亮度下降的问题。
因此，本发明的目的在于提供一种可以既抑制画质劣化、又削减背光源的功耗的显示装置。
本发明的第一方面是一种显示装置，上述显示装置进行背光源的亮度控制和图像的灰度变换，其特征在于，
包括：显示面板，上述显示面板包含多个像素电路；
驱动电路，上述驱动电路驱动上述显示面板；
背光源，上述背光源将光照射到上述显示面板的背面；
灰度变换部，上述灰度变换部对输入图像进行灰度变换，将变换后的图像输出到上述驱动电路，上述灰度变换是对于比边界灰度要小的灰度应用一定的增益，对于比上述边界灰度要大的灰度应用随着灰度的增大而减小的增益；以及，
图像解析部，上述图像解析部解析上述输入图像，决定上述灰度变换部的特性和上述背光源的亮度，
上述图像解析部基于上述输入图像，求出上述边界灰度和上述输入图像中所包含的最大灰度，基于求出的两个灰度，决定上述灰度变换部的特性，使得进行上述背光源的亮度控制时的上述最大灰度的亮度下降率成为限制值以下。
本发明的第二方面的特征在于，是在本发明的第一方面中，
上述图像解析部基于上述最大灰度和上述边界灰度之差，决定规定上述灰度变换部的特性的参数，使得上述亮度下降率成为上述限制值以下。
本发明的第三方面的特征在于，是在本发明的第二方面中，
上述参数是对于上述最大灰度和上述边界灰度之差的比例。
本发明的第四方面的特征在于，是在本发明的第三方面中，
将上述边界灰度设为CVth，将上述最大灰度设为CVmax，将上述参数设为LGs，将上述灰度变换部的输出灰度的最大值设为CVM，将{CVth+LGs(CVmax-CVth)}设为CVa，将(CVM/CVa)×CVth设为CVb，这时，
上述灰度变化部对于比上述边界灰度要小的灰度，进行增益为(CVM/CVa)的灰度变换，对于比上述边界灰度要大的灰度，进行特性成为将点(CVth，CVb)设为起点、将点(CVa，CVM)设为控制点、将点(CVmax，CVM)设为终点的样条曲线的灰度变换。
本发明的第五方面的特征在于，是在本发明的第二方面中，
上述图像解析部与上述最大灰度和上述边界灰度之差对应地预先存储有使上述亮度下降量成为上述限制值以下而规定的上述参数。
本发明的第六方面的特征在于，是在本发明的第一方面中，
上述灰度变换部对于比上述边界灰度要大的灰度，进行特性成为样条曲线的灰度变换。
本发明的第七方面的特征在于，是在本发明的第一方面中，
上述图像解析部对于比上述边界灰度要小的灰度，决定上述背光源的亮度，使得进行了上述背光源的亮度控制和利用上述灰度变换部的灰度变换时的显示亮度和未进行亮度控制和灰度变换时的显示亮度一致。
本发明的第八方面的特征在于，是在本发明的第一方面中，
上述图像解析部将上述输入图像中所包含的各像素的灰度中的、从较小一侧或较大一侧起位于预定比例的位置的灰度，决定作为上述边界灰度。
本发明的第九方面是一种显示方法，上述显示方法用于具有显示面板、上述显示面板的驱动电路、及背光源的显示装置，其特征在于，
包括：对于输入图像进行灰度变换的步骤，上述灰度变换是对于比边界灰度要小的灰度应用一定的增益，对于比上述边界灰度要大的灰度应用随着灰度的增大而减小的增益；
使用上述驱动电路、基于变换后的图像来驱动上述显示面板的步骤；
使用上述背光源、将光照射到上述显示面板的背面的步骤；以及
解析上述输入图像、决定灰度变换特性和上述背光源的亮度的步骤，
决定上述灰度变换特性的步骤是基于上述输入图像，求出上述边界灰度和上述输入图像中所包含的最大灰度，基于求出的两个灰度，决定上述灰度变换特性，使得进行上述背光源的亮度控制时的上述最大灰度的亮度下降率成为限制值以下。
根据本发明的第一或第九方面，通过解析输入图像，基于解析结果来进行背光源的亮度控制，从而能够根据输入图像的特性，削减背光源的功耗。另外，通过限制进行背光源的亮度控制时的最大灰度的亮度下降率，从而能够不大幅减低最大灰度或与其相近的灰度的亮度就进行显示。另外，对于比边界灰度要小的灰度使用一定的增益，对于比边界灰度要大的灰度应用单调递减的增益，从而能够抑制灰度限幅，抑制灰度偏差。由此，能够既抑制画质劣化，又削减背光源的功耗。
根据本发明的第二方面，基于最大灰度和边界灰度之差，决定规定灰度变换部的特性的参数，使得最大灰度的亮度下降率成为限制值以下，从而能够既抑制画质劣化，又削减背光源的功耗。
根据本发明的第三方面，基于最大灰度和边界灰度之差，决定对于最大灰度和边界灰度之差的比例，使得最大灰度的亮度下降率成为限制值以下，使用所决定的比例来决定灰度变换部的特性，从而能够既抑制画质劣化，又削减背光源的功耗。
根据本发明的第四方面，对于比边界灰度要大的灰度进行特性成为样条曲线的灰度变换，从而比边界灰度要大的部分的灰度变换特性进行连续且光滑的变化。另外，由于该样条曲线在边界灰度与比边界灰度要小的部分的灰度变换特性相切，因此灰度变换特性在边界灰度的左右进行连续且光滑的变化。因而，能够抑制灰度变换部的输出灰度或显示亮度成为不连续的情况，能够抑制画质劣化。
根据本发明的第五方面，预先存储使最大灰度的亮度下降率成为限制值以下而规定的参数，从而能够容易地求出最大灰度的亮度下降率成为限制值以下的参数。
根据本发明的第六方面，对于比边界灰度要大的灰度进行特性成为样条曲线的灰度变换，从而比边界灰度要大的部分的灰度变换特性进行连续且光滑的变化。因而，对于比边界灰度要大的灰度，能够抑制灰度变换部的输出灰度或显示亮度成为不连续的情况，能够抑制画质劣化。
根据本发明的第七方面，通过适当地控制背光源的亮度，从而能够对于比边界灰度要小的灰度以与未进行亮度控制和灰度变换时相同的亮度进行显示，能够显示与未进行亮度控制和灰度变换时相同的图像。另外，不是基于灰度的最大值，而是基于输入图像中所包含的最大灰度来决定背光源的亮度，从而能够更有效地削减背光源的功耗。
根据本发明的第八方面，通过基于上述比例来决定边界灰度，从而能够对输入图像中所包含的预定比例的像素应用一定的增益进行灰度变换来显示。另外，若适当地控制背光源的亮度，则能够对输入图像中所包含的预定比例的像素以与未进行亮度控制和灰度变换时相同的亮度来进行显示。
附图说明
图1是表示本发明实施方式的液晶显示装置的结构的框图。
图2是表示图1所示的液晶显示装置的灰度变换特性和显示亮度特性的图。
图3是表示图1所示的液晶显示装置的图像解析部的处理的流程图。
图4是表示图1所示的液晶显示装置中制成的直方图的示例图。
图5是表示图1所示的液晶显示装置的变换表的示例图。
图6是表示求出图1所示的液晶显示装置的线性增益偏移系数的处理的流程图。
图7A是表示图1所示的液晶显示装置的输入图像的示例图。
图7B是表示图1所示的液晶显示装置的输入图像的其他例子的图。
图7C是表示图1所示的液晶显示装置的输入图像的其他例子的图。
图7D是表示图1所示的液晶显示装置的输入图像的其他例子的图。
图8是表示现有的第一方法的灰度变换特性和显示亮度特性的图。
图9是表示现有的第二方法的灰度变换特性和显示亮度特性的图。
附图标记
1 液晶显示装置
10 液晶面板
11 扫描信号线驱动电路
12 视频信号线驱动电路
20 显示控制电路
21 定时控制部
22 图像解析部
23 灰度变换部
24 PWM信号生成部
30 背光源
31 背光源电源电路
具体实施方式
图1是表示本发明实施方式的液晶显示装置的结构的框图。图1所示的液晶显示装置1包括液晶面板10、扫描信号线驱动电路11、视频信号线驱动电路12、显示控制电路20、背光源30、以及背光源电源电路31。显示控制电路20包含定时控制部21、图像解析部22、灰度变换部23、以及PWM(PulseWidth Modulation：脉冲宽度调制)信号生成部24。
从外部向液晶显示装置1输入表示液晶面板10要显示的图像(以下，称为输入图像)的视频信号V1，和表示视频信号V1的输入定时的定时控制信号C1。液晶显示装置1解析输入图像，将进行了与解析结果相对应的灰度变换的图像显示于液晶面板10，并且根据解析结果控制背光源30的亮度。以下，设输入图像包含三个颜色分量(R分量、G分量、及B分量)。
液晶面板10包含m根扫描信号线G1至Gm、n根视频信号线S1至Sn、以及(m×n)个像素电路P(其中，m和n是2以上的整数)。扫描信号线G1至Gm彼此平行配置，视频信号线S1至Sn彼此平行而与扫描信号线G1至Gm相垂直地配置。(m×n)个的像素电路P对应于扫描信号线G1至Gm和视频信号线S1至Sn的各交点而配置成二维状。扫描信号线G1至Gm对于配置于同一行中的像素电路P进行公用连接。视频信号线S1至Sn对于配置于同一列中的像素电路P进行公用连接。
输入到液晶显示装置1的定时控制信号C1中包含有水平同步信号HSYNC和垂直同步信号VSYNC等。定时控制部21基于定时控制信号C1，输出对扫描信号线驱动电路11的定时控制信号C2和对视频信号线驱动电路12的定时控制信号C3。图像解析部22解析输入图像，基于解析结果决定灰度变换部23的特性和背光源30的亮度(在后文中详细叙述)。灰度变换部23对视频信号V1进行具有由图像解析部22决定的特性的灰度变换，将变换后的视频信号V2输出到视频信号线驱动电路12。PWM信号生成部24输出具有与图像解析部22决定的亮度相对应的宽度的PWM信号C4。
扫描信号线驱动电路11和视频信号线驱动电路12是液晶面板10的驱动电路。扫描信号线驱动电路11根据定时控制信号C2，依次选择扫描信号线G1至Gm。视频信号线驱动电路12根据定时控制信号C3，将与视频信号V2相对应的电压施加到视频信号线S1至Sn。由此，对于与所选择的扫描信号线相连接的像素电路P，能够将与视频信号V2相对应的电压经由视频信号线进行写入。液晶面板10的像素的透射率由写入像素电路P的电压决定。因而，使用扫描信号线驱动电路11和视频信号线驱动电路12，能够将基于视频信号V2的图像显示于液晶面板10。
背光源30包含多个光源(未图示)，将光(背光源光)照射到液晶面板10的背面。背光源电源电路31仅在PWM信号C4为预定电平(例如，高电平)的期间，向背光源30提供电源电压。因而，使用PWM信号生成部24和背光源电源电路31，能够使背光源30的亮度与图像解析部22决定的亮度一致。
图2是表示液晶显示装置1的灰度变换特性和显示亮度特性的图。在图2中，将原点设为O，横轴设为x轴，纵轴设为y轴。灰度变换部23的输入输出的灰度的最小值为0，最大值为CVM。在例如8bit的视频信号的情况下，灰度的最大值CVM成为255。灰度变换特性表示灰度变换部23的输入灰度和输出灰度的关系，在图2中由线段OP1和曲线P1P2所示。显示亮度特性表示灰度变换部23的输入灰度和液晶面板10的亮度(设最大亮度为100％时的相对亮度)的关系，在图2中由曲线OQ1和曲线Q1Q2所示。
图2所示的CVM以外的三个值(最大灰度CVmax、边界灰度CVth及线性增益偏移系数LGs)由图像解析部22求出。此外，最大灰度CVmax一般不同于灰度的最大值CVM，0≤CVth≤CVmax≤CVM成立。线性增益偏移系数LGs取0以上1以下的值。在图2中，作为参考，记载有灰度变换部23进行增益1的灰度变换时的灰度变换特性(线段OP4)和显示亮度特性(曲线OQ1和曲线Q1P4：γ值为2.2的γ曲线)。
图2所示的灰度变换特性由最大灰度CVmax、边界灰度CVth及线性增益偏移系数LGs决定。灰度变换特性基于这三个值，由以下方法决定。首先，使用下式(1)，求出比边界灰度CVth要大最大灰度和边界灰度之差的LGs倍的灰度CVa。
CVa＝CVth+LGs(CVmax-CVth)           (1)
接着，将连接原点O和点P3(CVa，CVM)的线段和直线x＝CVth的交点设为P1。线段OP1由下式(2)表示，点P1的y坐标CVb由下式(3)提供。
y＝(CVM/CVa)×x  (其中，0≤x≤CVth)     (2)
CVb＝(CVM/CVa)×CVth    (3)
曲线P1P2是以点P1(CVth，CVb)为起点、以点P3(CVa，CVM)为控制点、以点P2(CVmax，CVM)为终点的二次样条曲线。曲线P1P2上的点(x，y)使用参数t(0≤t≤1)，由下式(4)和(5)来表示。
x＝(1-t)2×P1x+2(1-t)t×P3x+t2×P2x    (4)
y＝(1-t)2×P1y+2(1-t)t×P3y+t2×P2y    (5)
其中，在式(4)、(5)中，Pix(i＝1至3)是点Pi的x坐标，Piy是点Pi的y坐标。
曲线P1P2随着输入灰度的增大而远离线段P1P3及其延长线。因此，对于大于边界灰度CVth的灰度，在灰度越大时，应用越小的增益。另外，由于曲线P1P2在点P1与线段P1P3相切，因此输入灰度在边界灰度CVth的左右进行连续且光滑的变化。另外，由于曲线P1P2在点P2与线段P2P3相切，因此输出灰度的变化量在最大灰度CVmax附近大致成为0。
由此，灰度变换部23在小于边界灰度CVth的灰度时，对输入图像应用一定的增益(CVM/CVa)进行灰度变换，在大于边界灰度CVth的灰度时，应用随着灰度的增大而减小的增益进行灰度变换(特性成为样条曲线P1P2的灰度变换)。
图3是表示图像解析部22的处理的流程图。图像解析部22对每一输入图像进行图3所示的处理。如图3所示的那样，图像解析部22首先按照输入图像的不同颜色分量来制成直方图(步骤S1)。图4是表示由步骤S1制成的直方图的例子的图。在例如输入图像包含三种颜色分量时，制成三张如图4那样的直方图。
接着，图像解析部22使用制成的直方图，对各颜色分量求出最大灰度和边界灰度(步骤S2)。此处，所谓最大灰度是指一种颜色分量中所包含的最大灰度，所谓边界灰度是指一种颜色分量中所包含的各像素的灰度中、从较小侧起位于(100×R)％的位置的灰度。其中，比例R(0≤R≤1)是基于显示图像的画质评价结果等而预先决定的。例如在图4中，斜线部分占了整体的80％，在比例R为0.8时，边界灰度成为160。另外，在图4中最大灰度为240。
接着，图像解析部22求出R分量的最大灰度、G分量的最大灰度、及B分量的最大灰度的最大值(以下，称为最大灰度CVmax)和R分量的边界灰度、G分量的边界灰度、及B分量的边界灰度的最大值(以下，称为边界灰度CVth)，并求出两者之差D(＝CVmax-CVth)(步骤S3)。
接着，图像解析部22求出与差D相对应的线性增益偏移系数LGs(步骤S4)。图像解析部22为了求出线性增益偏移系数LGs，而内置有与差D对应存储线性增益偏移系数LGs的变换表。图5是表示变换表的例子的图。图像解析部22使用图5那样的变换表，来求出与差D相对应的线性增益偏移系数LGs。决定存储于变换表中的线性增益偏移系数LGs，使得进行背光源30的亮度控制时的最大灰度CVmax的亮度下降率成为限制值以下(在后文中详细叙述)。
接着，图像解析部22基于最大灰度CVmax、边界灰度CVth、及线性增益偏移系数LGs，利用上述方法，来求出与输入灰度相对应的输出灰度(步骤S5)。
接着，图像解析部22基于最大灰度CVmax、边界灰度CVth、及线性增益偏移系数LGs，来决定背光源30的亮度(步骤S6)。步骤S6中，对于比边界灰度CVth要小的灰度，决定背光源30的亮度，使得进行了背光源30的亮度控制和利用灰度变换部23的灰度变换时的显示亮度和未进行亮度控制和灰度变换时的显示亮度一致。在例如显示亮度特性成为γ值＝k的γ曲线时，将背光源30的亮度决定为最大亮度的(CVa/CVM)k倍。
接着，图像解析部22将由步骤S5决定的灰度变换特性输出到灰度变换部23，将由步骤S6决定的亮度输出到PWM信号生成部24(步骤S7)。灰度变换部23为了存储灰度变换特性，而包含有用于存储对应于输入灰度的输出灰度的表格(未图示)。由步骤S5决定的灰度变换特性存储于该表格中。由步骤S6决定的亮度在PWM信号生成部24中变换为PWM信号C4。
由此，图像解析部22基于输入图像，求出边界灰度CVth和最大灰度CVmax，基于求出的两个灰度，决定灰度变换部23的特性，使得进行背光源30的亮度控制时的最大灰度CVmax的亮度下降率成为限制值以下。除此之外，图像解析部22对于比边界灰度CVth要小的灰度，决定背光源30的亮度，使得进行了背光源30的亮度控制和利用灰度变换部23的灰度变换时的显示亮度和未进行亮度控制和灰度变换时的显示亮度一致。
以下，对求出与最大灰度CVmax和边界灰度CVth之差D相对应的线性增益偏移系数LGs的方法进行说明。图6是表示求出线性增益偏移系数LGs的处理的流程图。在设计液晶显示装置1时进行图6所示的处理，将由该处理求出的线性增益偏移系数LGs存储于图像解析部22的变换表(图5)中。
在图6所示的处理中，首先，决定灰度的分割数N(步骤S11)。例如在图5所示的例中，将灰度的分割数N决定为16。在这种情况下，将256个灰度分割为16个等级，将与各等级相对应的灰度(例如，等级内的最小灰度、最大灰度、中央灰度)全部决定为16个。接着，决定背光源的亮度的下限值(步骤S12)。例如将背光源的亮度的下限值决定为最大亮度的10％。
接着，在步骤S13至S21中，对于最大灰度CVmax、边界灰度CVth、及线性增益偏移系数LGs的值的组合，来判定最大灰度CVmax的亮度下降率是否为限制值以下。更具体而言，首先，从与各等级相对应的N个灰度中，选择最大灰度CVmax和边界灰度CVth，使得满足CVth≤CVmax，从0以上10以下的整数中选择一个整数，将其的0.1倍设为线性增益偏移系数LGs(步骤S13)。接着，与图3所示的步骤S6相同，基于最大灰度CVmax、边界灰度CVth、及线性增益偏移系数LGs，来决定背光源的亮度(步骤S14)。
接着，求出进行亮度控制和灰度变换、显示最大灰度CVmax时的亮度A(步骤S15)，求出不进行亮度控制和灰度变换、而显示最大灰度CVmax时的亮度B(步骤S16)。其中，在由步骤S15求出亮度A时，设背光源的亮度为由步骤S12决定的下限值以上。接着，基于求出的两个亮度A、B，根据下式(6)，求出显示最大灰度CVmax时的亮度下降率C(步骤S17)。
C＝(B-A)×100/B    (6)
接着，判断亮度下降率C是否为预定的限制值以下(步骤S18)，在亮度下降率C为限制值以下的情况下将判定结果设为1(步骤S19)，在亮度下降率C超过限制值的情况下，将判定结果设为0(步骤S20)。步骤S18所使用的限制值基于显示图像的画质评价结果等而决定为例如40％。接着，判断是否处理了最大灰度CVmax、边界灰度CVth、及线性增益偏移系数LGs的值的全部组合(步骤S21)，在剩下有未处理的组的情况下，前进到步骤S13，在完成了全部处理的情况下，前进到步骤S22。
在后者的情况下，从与各等级相对应的N个灰度中，选择最大灰度CVmax和边界灰度CVth之差D(步骤S22)。接着，在从与各等级相对应的N个灰度中选择最大灰度CVmax和边界灰度CVth而使得满足D＝CVmax-CVth时，将对于任意的值的组合的判定结果都成为1的LGs的最小值，选择作为与差D相对应的线性增益偏移系数LGs(步骤S23)。接着，判断是否对于全部的差D都进行了处理(步骤S24)，在剩下有未处理的差的情况下，前进到步骤S22，在完成了全部处理的情况下，处理结束。
通过进行以上的处理(图6所示的处理)，能够获得图像解析部22的变换表(图5)。此外，根据图6所示的处理，若求出差D较小的情况下的线性增益偏移系数LGs，则有时LGs＝0，但若直接使用该值，则会产生灰度限幅。因此，在优先抑制灰度限幅的情况下，也可以将求出的值0校正为例如0.1或0.2等。反之，在优先削减功耗的情况下，也可以直接使用求出的值0。
根据图6所示的处理，能够决定线性增益偏移系数LGs，使得最大灰度CVmax的亮度下降率成为限制值以下(例如，40％以下)。此外，在图6所示的处理中，也可以任意地决定灰度的分割数N、线性增益偏移系数LGs的步长、最大灰度的亮度下降率的限制值。例如，若增大灰度的分割数N，并减小线性增益偏移系数LGs的步长，则对于具有各种最大灰度CVmax和边界灰度CVth的图像，能够决定灰度变换特性和背光源的亮度，使得最大灰度CVmax的亮度下降率更接近限制值，能够更有效地削减背光源的功耗。
图7A至图7D是表示液晶显示装置1的输入图像的示例图。此处，灰度的最大值CVM为255。图7A所示的图像在包括了黑色区域(灰度为0)和灰色区域(灰度为168)的背景中包含三个白色字符(灰度从左起依次为255、243、230)。图7B所示的图像在与图7A相同的背景中包含一个白色字符(灰度为230)。图7C所示的图像在黑色背景(灰度为0)中包含一个白色字符(灰度为255)。图7D所示的图像是左端为黑色(灰度为0)、右端为白色(灰度为255)的灰度等级图像。此外，在图7A至图7C所示的图像中，在图像整体中白色字符所占的比例为不到10％。
若使用现有的方法来显示图7A至图7D所示的图像，则会产生以下的问题。在使用上述现有的第一方法(图8)来显示图7A所示的图像的情况下，三个字符全部以与灰色区域相同的亮度进行显示，无法区别字符的上半部分和灰色区域。即使在显示图7B所示的图像的情况下，也无法区别字符的上半部分和灰色区域。在显示图7C所示的图像的情况下，字符以与黑色背景相同的亮度进行显示，完全看不见。在显示图7D所示的图像的情况下，从图像的右端到预定的范围(例如，在将CVth设为从较小侧起位于90％的位置的灰度时的10％的范围)以最大亮度显示为白色。在现有的第一方法中，尽管能够大幅削减背光源的功耗，但是由于以相同亮度显示某范围的灰度，即产生灰度限幅，因此无法看见黑色背景中的白色字符等。
若使用以上现有的第二方法(图9)来显示图7A至图7D所示的图像，则由于在大致全部的灰度都产生从原始γ曲线的偏差，因此无法以所希望的亮度显示字符。在使用专利文献1记载的方法来显示图7A、图7C及图7D所示的图像的情况下，由于图像中包含灰度的最大值255，因此无法完全降低背光源的亮度。在使用专利文献2及3记载的方法来显示图7A至图7C所示的图像的情况下，白色字符的亮度大幅下降。
与此相对，若将本实施方式的液晶显示装置1的最大灰度的亮度下降率的限制值设为40％，来显示图7A至图7D所示的图像，则可以获得以下结果。背光源30的亮度对于图7A所示的图像可以削减大约21％，对于图7B所示的图像可以削减大约42％，对于图7C所示的图像可以削减大约40％，对于图7D所示的图像可以削减大约31％。在显示图7A至图7C所示的图像的情况下，由于对字符以不同于背景的亮度进行显示，因此能够与背景进行区别，而且在图7A的情况下，能够分别以不同的亮度显示白色字符X、Y及Z。此时，尽管字符的亮度下降，但是由于最大灰度的亮度下降率被限制，因此字符的亮度不会下降到限制以上。在显示图7D所示的图像的情况下，从图像的右端到预定的范围(例如，在将边界灰度CVth设为从较小侧起位于80％的位置的灰度时的20％的范围)中亮度的分布状况进行变化，但即使在该范围中也不产生灰度限幅。另外，在显示图7A至图7D所示的图像的情况下，仅略偏差了显示亮度的γ曲线。
如上所示，根据本实施方式的液晶显示装置1，通过解析输入图像，基于解析结果来进行背光源30的亮度控制，从而能够根据输入图像的特性，削减背光源30的功耗。另外，通过限制进行背光源30的亮度控制时的最大灰度CVmax的亮度下降率，从而能够不大幅减低最大灰度CVmax或与其相近的灰度的亮度就进行显示。另外，对于比边界灰度CVth要小的灰度使用一定的增益，对于比边界灰度CVth要大的灰度应用单调递减的增益，从而能够抑制灰度限幅，抑制灰度偏差。由此，能够既抑制画质劣化，又削减背光源的功耗。
另外，灰度变换部23对于比边界灰度CVth要大的灰度进行特性成为样条曲线的灰度变换。因此，比边界灰度CVth要大的部分的灰度变换特性进行连续且光滑的变化。另外，由于该样条曲线在边界灰度CVth与比边界灰度CVth要小的部分的灰度变换特性相切，因此灰度变换特性在边界灰度CVth的左右进行连续且光滑的变化。因而，能够抑制灰度变换部23的输出灰度或显示亮度成为不连续的情况，能够抑制画质劣化。
另外，图像解析部22预先将使最大灰度CVmax的亮度下降率成为限制值以下而规定的线性增益偏移系数LGs存储到变换表中。由此，不需要每次输入图像时就进行复杂的图像解析运算，能够容易地求出数据最大灰度CVmax的亮度下降率成为限制值以下的线性增益偏移系数LGs。
另外，图像解析部22对于比边界灰度CVth要小的灰度，决定背光源30的亮度，使得进行了背光源30的亮度控制和利用灰度变换部23的灰度变换时的显示亮度和未进行亮度控制和灰度变换时的显示亮度一致。由此，对于比边界灰度CVth要小的灰度，能够以与未进行亮度控制和灰度变换时相同的亮度进行显示，能够显示与未进行亮度控制和灰度变换时相同的图像。另外，不是基于灰度的最大值CVM，而是基于输入图像中所包含的最大灰度CVmax来决定背光源30的亮度，从而能够更有效地削减背光源30的功耗。
另外，图像解析部22将输入图像中所包含的各像素的灰度中的、从较小侧起位于预定比例的位置的灰度，决定作为边界灰度CVth。由此，能够对输入图像中所包含的预定比例的像素应用一定的增益进行灰度变换来显示。另外，若适当地控制背光源30的亮度，则能够对输入图像中所包含的预定比例的像素以与未进行亮度控制和灰度变换时相同的亮度来显示。
此外，对于本实施方式的液晶显示装置1，能够采用各种变形例的结构。例如，图像解析部22也可以将输入图像中所包含的各像素的灰度中的、从较大侧起位于预定比例的位置的灰度，决定作为边界灰度CVth。或者，图像解析部22也可以基于最大灰度CVmax决定边界灰度CVth。另外，也可以不是图像解析部22，而是灰度变换部23进行基于最大灰度CVmax、边界灰度CVth、及线性增益偏移系数LGs来求出与输入灰度相对应的输出灰度的处理(图3的步骤S5)。另外，也可以用上述方法构造液晶显示装置以外的显示装置。根据这些变形例的显示装置(包含液晶显示装置)，能够既抑制画质劣化，又削减背光源的功耗。
工业上的实用性
由于本发明的显示装置能够获得既抑制画质劣化、又削减背光源的功耗的效果，因此能够用于以液晶显示装置为首具备背光源的各种显示装置。

Claims (9)

1.一种显示装置，
是进行背光源的亮度控制和图像的灰度变换的显示装置，其特征在于：
包括：显示面板，该显示面板包含多个像素电路；
驱动电路，该驱动电路驱动所述显示面板；
背光源，该背光源将光照射到所述显示面板的背面；
灰度变换部，该灰度变换部对输入图像进行灰度变换，将变换后的图像输出到所述驱动电路，所述灰度变换是对于比边界灰度要小的灰度应用一定的增益，对于比所述边界灰度要大的灰度应用随着灰度的增大而减小的增益；以及，
图像解析部，该图像解析部解析所述输入图像，决定所述灰度变换部的特性和所述背光源的亮度，
所述图像解析部基于所述输入图像，求出所述边界灰度和所述输入图像中所包含的最大灰度，基于求出的两个灰度，决定所述灰度变换部的特性，使得进行所述背光源的亮度控制时的所述最大灰度的亮度下降率成为限制值以下。
2.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，
所述图像解析部基于所述最大灰度和所述边界灰度之差，决定规定所述灰度变换部的特性的参数，使得所述亮度下降率成为所述限制值以下。
3.如权利要求2所述的显示装置，其特征在于，
所述参数是对于所述最大灰度和所述边界灰度之差的比例。
4.如权利要求3所述的显示装置，其特征在于，
将所述边界灰度设为CVth，将所述最大灰度设为CVmax，将所述参数设为LGs，将所述灰度变换部的输出灰度的最大值设为CVM，将{CVth+LGs(CVmax-CVth)}设为CVa，将(CVM/CVa)×CVth设为CVb，这时，
所述灰度变化部对于比所述边界灰度要小的灰度，进行增益为(CVM/CVa)的灰度变换，对于比所述边界灰度要大的灰度，进行特性成为将点(CVth，CVb)设为起点、将点(CVa，CVM)设为控制点、将点(CVmax，CVM)设为终点的样条曲线的灰度变换。
5.如权利要求2所述的显示装置，其特征在于，
所述图像解析部对应于所述最大灰度和所述边界灰度之差，预先存储有使所述亮度下降率成为所述限制值以下而规定的所述参数。
6.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，
所述灰度变换部对于比所述边界灰度要大的灰度，进行特性成为样条曲线的灰度变换。
7.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，
所述图像解析部对于比所述边界灰度要小的灰度，决定所述背光源的亮度，使得进行了所述背光源的亮度控制和利用所述灰度变换部的灰度变换时的显示亮度和未进行亮度控制和灰度变换时的显示亮度一致。
8.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，
所述图像解析部将所述输入图像中所包含的各像素的灰度中的、从较小一侧或较大一侧起位于预定比例的位置的灰度，决定作为所述边界灰度。
9.一种显示方法，
是用于具有显示面板、所述显示面板的驱动电路、及背光源的显示装置的显示方法，其特征在于，
包括：对于输入图像进行灰度变换的步骤，所述灰度变换是对于比边界灰度要小的灰度应用一定的增益，对于比所述边界灰度要大的灰度应用随着灰度的增大而减小的增益；
使用所述驱动电路、基于变换后的图像来驱动所述显示面板的步骤；
使用所述背光源、将光照射到所述显示面板的背面的步骤；以及
解析所述输入图像、决定灰度变换特性和所述背光源的亮度的步骤，
决定所述灰度变换特性的步骤是基于所述输入图像，求出所述边界灰度和所述输入图像中所包含的最大灰度，基于求出的两个灰度，决定所述灰度变换特性，使得进行所述背光源的亮度控制时的所述最大灰度的亮度下降率成为限制值以下。
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