CN102298906A - 液晶显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种液晶显示装置。在液晶显示装置的背光源的控制中，能够根据视听环境和视频的种类设定为最佳亮度，并且抑制光晕等画质劣化。将液晶显示装置的背光源(13)分割为多个区域，背光源区域调光部(11)根据输入视频的特征量，对背光源(13)按各区域单位独立地进行调光值的设定。背光源调光限制部(8)，对于背光源区域调光部(11)设定的调光值的范围，设定其上限值和下限值。此时，背光源调光限制部(8)，根据外部光的照度信息、输入视频的类型信息和用户设定的视频模式信息中至少2种信息的组合，切换设定调光值的上限值和下限值。

Description

液晶显示装置

技术领域

本发明涉及具备对显示视频的液晶面板从背面照射光的背光源、根据显示的视频信号进行背光源的亮度调整的液晶显示装置。

背景技术

现有的液晶显示装置中，作为对于液晶面板从背面照射光的背光源的光源，逐渐采用消耗电力少且能够提高画质的发光二极管(LED)代替以往为主流的冷阴极管(CCFL)。通常，背光源与视频信号无关地以恒定亮度发光，通过根据视频信号的亮度来控制液晶面板的光透过率，显示所要求的亮度的视频。因此，即使是较暗的视频，背光源的电力也不会减少，而是恒定消耗，电力效率不好。作为其对策，提出了使背光源的亮度可变，基于输入视频信号的电平(level)控制液晶面板的灰度等级和背光源的亮度，由此降低消耗电力，提高画质的技术。此外，也已知将背光源分割为多个区域(area)，按每个区域控制上述背光源的亮度的技术(称为区域控制，或者局部变暗(LocalDimming))。

例如专利文献1的实施例1中记载的液晶显示装置，将背光源分割为多个区域，在各区域中按输入视频信号的R、G、B分别检测出帧中最亮的灰度等级，以使该灰度等级与灰度等级的上限值为相同等级的方式变换输入视频信号的灰度等级，并且在背光源的点亮期间中，以与上述最亮的灰度等级相对于灰度等级的上限值的比例对应的占空比使背光源点亮熄灭。

专利文献1：日本特开2008-15430号公报

发明内容

通过上述区域控制，能够按区域优化消耗电力，所以能够使背光源整体的消耗电力最小化。但是，根据画面的图案，有时可能会因施加了区域控制而使画质劣化。例如，背景全黑且在一部分显示白色图案时，背光源的光会漏入到图案的周围，黑色背景以圆形发光，品质恶化。进而，该图案移动的情况下，在其后侧会残留残像般的光。这称为“光晕”，在进行区域控制上是较大的课题。

另一方面，显示画面的亮度和背光源的电力降低，最佳条件因视听环境和视频的种类而不同。例如，周围环境较亮的情况和体育节目等要比电力降低更优先进行高亮度化，周围环境较暗的情况和电影节目等要优先降低亮度进行电力降低。此外，在任何一个亮度的情况下，都需要抑制上述画质劣化(光晕)。

本发明提供一种在液晶显示装置的背光源的控制中，能够根据视听环境和视频的种类设定最佳亮度，并且能够抑制光晕等画质劣化的技术。

本发明是一种包括液晶显示部和对该液晶显示部照射光的背光源的液晶显示装置，该背光源被分割为多个区域，上述液晶显示装置包括：背光源区域调光部，根据输入视频的特征量，对该背光源按各区域单位独立进行调光值的设定；背光源调光限制部，对于该背光源区域调光部所设定的调光值的范围，设定该范围的上限值和下限值；和检测外部光的照度的传感器受光部；上述背光源调光限制部，根据从上述传感器受光部取得的照度信息，切换设定上述调光值的上限值和下限值。

或者，本发明的液晶显示装置，还具备检测输入视频的类型的视频特征检测部，上述背光源调光限制部，根据从上述视频特征检测部取得的类型信息，切换设定上述调光值的上限值和下限值。

或者，本发明的液晶显示装置，还具备通过遥控器接收用户的指示的遥控受光部，上述背光源调光限制部，根据从上述遥控受光部取得的用户设定的视频模式信息，切换设定上述调光值的上限值和下限值。

或者，本发明的液晶显示装置，包括上述传感器受光部、上述视频特征检测部和上述遥控受光部，上述背光源调光限制部，根据外部光的照度信息、输入视频的类型信息和用户设定的视频模式信息中的至少2种信息的组合，切换设定上述调光值的上限值和下限值。

根据本发明，能够根据视听环境和视频的种类设定最佳亮度，并且抑制光晕等画质劣化。

附图说明

图1是表示本发明的液晶显示装置的一个实施例的框图。

图2是表示LED背光源13中的区域分割的例子的图。

图3是表示与照度信息相对的调光值的上限值和下限值的设定方法的一个例子的图。

图4是根据各区域的视频特征量(APL)决定调光值的方法的说明图。

图5是表示与类型信息相对的调光值的上限值和下限值的设定方法的一个例子的图。

图6是表示与模式信息相对的调光值的上限值和下限值的设定方法的一个例子的图。

图7是表示与照度信息、类型信息和模式信息的组合相对的调光值的上限值和下限值的设定方法的一个例子的图。

图8是表示图1的液晶显示装置的变形例的框图。

图9是表示图8的液晶显示装置的另一个变形例的框图。

图10A是现有的显示画面的例子(静止图像)。

图10B是对于图10A应用实施例的显示画面(静止图像)。

图11A是现有的显示画面的例子(动态图像)。

图11B是对于图11A应用实施例的显示画面(动态图像)。

图12A是说明按区域改变设定调光值的上限值和下限值的方法的图。

图12B是应用了图12A的方法的显示画面。

附图标记说明

1…调谐器接收部

2…外部输入部

3…遥控受光部

4…传感器受光部

5…全体区域特征检测部

6…第一控制器(CPUF)

7…画质修正部

8…背光源调光限制部

9…分割区域特征检测部

10…第二控制器(CPUB)

11…背光源区域调光部

12…LED驱动部

13…LED背光源

14…视频信号修正部

15…液晶显示部

20…控制器(CPU)

21…特征检测部

具体实施方式

以下，用附图说明本发明的实施方式。

图1是表示本发明的液晶显示装置的一个实施例的框图。

液晶显示装置，具有液晶显示部15和对该液晶显示部照射光的LED背光源13，显示输入的视频信号。作为信号输入部，包括：从天线接收数字广播的调谐器接收部1；从视频设备等输入视频信号的外部输入部2；通过遥控器接收用户的操作指示的遥控受光部3；和检测外部光的照度和色感等的传感器受光部4。全体区域特征检测部5，基于输入的视频信号，检测视频的特征量(视频类型信息、亮度直方图、饱和度(色度)直方图、色相直方图、明度直方图、平均亮度(APL：Average Picture Level)、最大振幅值(MAX)和最小振幅值(MIN)等)，将该信息传送到第一控制器(CPUF)6。例如类型信息，能够从通过数字广播而播送的节目信息容易地取得。此外，来自遥控受光部3的遥控器代码信息(用户设定的视频模式信息)，和来自传感器受光部4的外部光的照度和色感的信息(外部光照度信息)也被传送给CPUF6。

画质修正部7对输入的视频信号调整画质，背光源调光限制部8进行限制背光源调光值的变动范围的处理(限幅(clip)处理)。此时CPUF6中，根据传送的视频特征量、视频模式信息和外部光照度信息，对画质修正部7提供画质修正值，此外对背光源调光限制部8提供背光源控制的调光上限值和调光下限值。具体而言，如后所述，根据视频的类型信息、模式信息、外部光照度信息计算背光源调光值的上限值和下限值，限制调光值的控制范围(变动范围)。来自画质修正部7的视频信号被送到视频信号修正部14，并且被送到分割区域特征检测部9。来自背光源调光限制部8的调光上限值和调光下限值，被送到背光源区域调光部11。

分割区域特征检测部9，为了进行区域控制(局部变暗(LocalDimming)处理)，而按分割后的区域检测视频的特征量(亮度直方图、饱和度直方图、色相直方图、明度直方图、平均亮度(APL)、最大振幅值(MAX)和最小振幅值(MIN)等)，该信息被送到第二控制器(CPUB)10。CPUB10中，根据每个区域的视频特征量(例如最大振幅值(MAX)、平均亮度(APL))计算该区域的背光源调光值。该调光值，例如是光源的减光率，例如具有与某个区域中的视频信号的最大亮度或者平均亮度与能够表现的最大亮度的比率成比例的值或者数据。例如，该比率为50％时，调光值为例如“0.5”，这意味着使来自光源的光强度减光为最大光强度的50％。背光源区域调光部11，对于算出的调光值，用从背光源调光限制部8传送的调光上限值和调光下限值进行限幅处理，决定各区域的调光特性。结果，背光源的调光值不会超过调光上限值和调光下限值的范围。

LED驱动部12，按照用背光源区域调光部11决定的各区域的调光特性，调整LED背光源13内的各LED的点亮强度，由此控制背光源的亮度。视频信号修正部14，基于用背光源区域调光部11决定的各区域的调光特性，进行区域内的视频信号等级(像素的灰度等级值)的修正，液晶显示部15按照修正后的视频信号等级显示视频。该视频信号等级的修正，例如通过乘以根据算出的调光值、或者调光上限值或调光下限值限幅后的调光值的倒数、即以调光值的倒数放大而进行。

这样，本实施例的液晶显示装置中，根据显示的视频的种类(类型信息)、用户设定的模式信息、视听环境(外部光照度信息)设定背光源调光值的上限值和下限值，限制能够设定调光值的范围(变动幅度)。由此，根据视听环境和视频的种类设定最佳的亮度，并且缩小区域间的调光值的差值，能够抑制由此引起的光晕等画质劣化。

图2是表示LED背光源13中为了进行区域控制而进行的区域分割的例子的图。该例子中，分割为A01～A20这20个部分，在各分割区域中具有LED光源。以区域单位独立地设定背光源的调光值，能够控制点亮强度。通过增加区域分割数，能够进行更加精细的区域控制，得到更大的电力降低效果。

以下，对于根据视听环境和视频的种类如何进行背光源的控制，分为几个实施例进行说明。

[实施例1]

实施例1是根据作为视听环境由传感器受光部4检测出的照度信息进行背光源的控制的情况。

图3是表示与照度信息相对的背光源调光值的上限值ULth和下限值DLth的设定方法的一个例子的图。关于照度信息，用传感器受光部4取得外部光的照度值，CPUF6基于照度信息对背光源调光限制部8设定调光值的上限值ULth和下限值DLth。例如，照度值为L1的情况下，上限值为ULth1，下限值为DLth1。

背光源调光值的上限值ULth，在照度高时容许其最大值达到Max，但随着照度降低，使上限值ULth从最大值Max下降。另一方面，调光值的下限值DLth，在照度较低时降低至其最小值Min，随着照度升高，下限值DLth要从最小值Min上升。由此，在外部光较亮的环境中使显示画面的亮度变亮，在外部光较暗的环境中使显示画面的亮度变暗，能够没有不协调感地进行消耗电力的降低。此外，在任意照度下，调光值的上限值ULth与下限值DLth的差都被缩小，能够减少因调光值的差引起的光晕。其中，将上限值ULth与下限值DLth的差缩小什么程度要兼顾对比度而决定。重视对比度的情况下，只要减小上限值ULth的下降幅度、或者下限值DLth的上升幅度即可。

接着，说明使用背光源调光值的上限值ULth和下限值DLth的背光源调光特性的决定方法。分割区域特征检测部9，检测各区域的视频的特征量，在CPUB10中，根据每个区域的视频特征量计算该区域的背光源调光值。然后，背光源区域调光部11，用调光值的上限值ULth和下限值DLth对算出的调光值进行限制处理，决定各区域的调光特性。

图4是根据各区域中检测出的视频特征量决定背光源调光值的方法的说明图。此处，用平均亮度(APL)作为视频特征量。APL是对于属于区域的像素组检测输入视频信号的灰度等级，基于区域内的平均值求出的值。

首先，曲线(虚线)101表示为了得到最佳的对比度的理想的调光特性。理想特性101中，调光值的变动范围达到最大值Max和最小值Min的整个范围。对此，给出上述求出的调光值的上限值Uth和下限值Dth，限制调光值的变动范围。实线102表示对调光值为Uth以上的部分和Dth以下的部分进行了限幅处理的调光特性。由此，使用的调光值不会超过设定范围(上限值Uth和下限值Dth)。进而，虚线103是在维持理想特性101的形状的状态下，以收敛在上限值Uth与下限值Dth之间的方式，在纵轴方向进行了压缩处理的调光特性。调光特性102和103的选择，与得到的对比度性能相应地适当决定即可。任意一个情况下，都通过应用进行了限制处理的调光特性102或103，能够缩小背光源调光值的变动幅度。之后，用调光特性102或103求得与各区域中的APL相对的背光源调光值，对于图2中的各区域A01～A20控制背光源点亮强度。

上述例子中，采用平均亮度(APL)作为视频特征量，但是也能够同样使用其他特征量。例如，能够用白面积代替APL。白面积指的是基于检测出的亮度直方图数据求得某个阈值Wth以上的直方图检测值的总和，表示为对于区域内整体数量的比例。或者，也能够相反地用黑面积代替APL。黑面积指的是基于检测出的亮度直方图数据求得某个阈值Bth以下的直方图检测值的总和，表示为对于区域内整体数量的比例。视频特征量为APL和白面积时调光特性的曲线为同样的形状，为黑面积的情况下横轴方向的形状要左右翻转。这样，作为用于求取调光特性的视频特征量，能够适当选择APL、白面积、黑面积等参数。进而，也能够使用将这些参数组合而成的视频特征量。进而，还可以使用最大亮度等级作为视频特征量，该情况下的调光特性的曲线与图4相同。

[实施例2]

实施例2是根据从调谐器接收部1和外部输入部2输入的作为视频信号的种类的类型信息进行背光源控制的情况。

图5是表示与类型信息相对的背光源调光值的上限值UGth和下限值DGth的设定方法的一个例子的图。该例子中，利用能够从数字广播和外部输入取得的类型信息，按类型分别设定上限值UGth和下限值DGth。例如，如果类型信息是Gr2(体育)，则因为是明亮且重视对比度的视频，而使上限值UGth2维持最大值Max不变，使下限值DGth2从最小值Min上升。另一方面，如果类型信息是Gr4(电影)，则因为是平稳的视频，而使上限值UGth4从最大值Max下降，成为对比度不会过强的设定。上述只是一个例子，只要根据Gr1～Gr4各类型信息适当设定调光值的上限值UGth和下限值DGth即可。

之后与上述图4的方法同样地，用上限值UGth和下限值DGth来决定各区域的背光源调光值。由此，能够实现适合视频种类的画质，并且缩小背光源调光值的变动幅度，减少作为画质劣化的原因的光晕。

[实施例3]

实施例3是根据从遥控受光部3输入的用户指定的模式信息进行背光源控制的情况。

图6是表示与模式信息相对的背光源调光值的上限值UMth和下限值DMth的设定方法的一个例子的图。该模式信息，是根据用户的喜好变更显示的视频的亮度和画质的功能，与其连动地设定调光值的上限值UMth和下限值DMth。例如，模式信息为模式1(增强模式)即设想为较亮的环境下的情况下，使上限值UMth1保持为最大值Max，将下限值DMth1设定为高于最小值Min，由此输出较亮的视频。另一方面，模式信息为模式3(影院模式)即设想为较暗环境下和观看视频的情况下，将上限值UMth3设定为低于最大值Max，使下限值DMth3保持为最小值Min，由此输出不会过于耀眼的平稳的视频。

该例子中，也在之后与上述图4的方法同样地，用上限值UMth和下限值DMth进行各区域的背光源调光值的决定。由此，能够实现适合用户设定的视频模式的画质，并且缩小背光源调光值的变动幅度，减少作为画质劣化的原因的光晕。

[实施例4]

实施例4是组合上述实施例1～3的控制进行实施的情况。即，对于照度信息(实施例1)、类型信息(实施例2)和模式信息(实施例3)这3种信息，设定1组背光源调光值的上限值Uth和下限值Dth的情况。

图7是表示与照度信息、类型信息和模式信息的组合相对的背光源调光值的上限值Uth和下限值Dth的设定方法的一个例子的图。设实施例1～3中求出的与照度信息、类型信息和模式信息对应的调光值的上限值分别为ULth、UGth、UMth，下限值分别为DLth、DGth、DMth。为了将其组合来决定代表上限值和代表下限值，举出2种决定方法(方法A和方法B)。

方法A中，对各上限值ULth、UGth、UMth求平均计算代表上限值UAth，对各下限值DLth、DGth、DMth求平均计算代表下限值DAth。此外，方法B中，以各上限值ULth、UGth、UMth的最小值为代表上限值UBth，以各上限值DLth、DGth、DMth的最大值为代表下限值DBth。结果，能够设定不能基于照度信息、类型信息和模式信息各单独信息导出的调光值的上限值和下限值的组合和变动幅度。然后，用代表上限值(UAth或UBth)和代表下限值(DAth和DBth)进行各区域的背光源调光值的决定。

由此，能够进行与照度信息、类型信息和模式信息这3种信息的组合相对的背光源的控制，能够更加适当地显示视频。此外，用于控制的信息的组合能够任意选择，此外，存在多种信息的情况下也能够进行优先考虑哪个信息的加权。

图8是表示图1的液晶显示装置的变形例的框图。此处，是将图1中的第一、第二控制器(CPUA、CPUB)整合为1个控制器(CPU)20的结构。该情况下也成为与图1相同的视频信号和背光源调光值的流，但不同点在于，对于用画质修正部7进行了画质调整的视频信号，用分割区域特征检测部9检测每个区域的视频的特征量，将该视频特征量再次传送给CPU20。即，是分别由整体区域特征检测部5和分割区域特征检测部9检测出的特征量都传送给共用的CPU20的结构。根据该结构例，因为与图1相比较将CPU整合为1个，所以能够缩小电路规模。

图9是表示图8的液晶显示装置的另一个变形例的框图。此处，是将图8中的整体区域特征检测部5和分割区域特征检测部9整合为1个特征检测部21的结构。该情况下也成为与图1和图8相同的视频信号和背光源调光值的流，但不同点在于，对于每个区域的视频特征量，与整体区域的视频特征量同样地由共用的特征检测部21检测。即，每个区域的视频特征量基于用画质修正部7进行画质调整之前的视频信号取得，但能够进行与上述图1、图8大致相同的处理。根据该结构例，因为与图1相比较CPU和特征检测部分别被整合为1个，所以能够缩小电路规模。

以下，用附图说明上述各实施例的效果。

[效果例1]

图10A表示现有的显示画面的例子中，整体为黑色画面，在中央的区域A08中显示白色窗口图案的静止画面。从各区域检测的视频特征量例如如图4所示是平均亮度(APL)的情况下，区域A08中APL为最大值Max，此外的区域中APL为最小值Min。现有控制中，没有调光值的限制处理(限幅处理)，所以调光特性符合图4的曲线101。即，区域A08的背光源调光值为最大值Max，此外的区域中为最小值Min。此时，因为区域A08的背光源的光会漏入周围的区域，所以区域A08的周围201会微弱发光，视频的品质会劣化。该现象称为光晕，在与相邻区域之间的亮度差(背光源的调光值的差)较大的情况下容易发生。

图10B是对于图10A的画面进行了上述实施例中说明的调光值的限制处理(限幅处理)的显示画面。应用调光值的上限值Uth和下限值Dth时，调光特性符合图4的曲线102(或者103)。由此，区域A08的背光源调光值成为低于最大值Max的Uth，此外的区域的调光值成为高于最小值Min的Dth。由此，区域A08与相邻区域之间的调光差成为上限值Uth与下限值Dth的差值，小于现有(图10A)的调光差(最大值Max与最小值Min的差值)，所以能够抑制光晕的发生。

[效果例2]

图11A表示现有的显示画面的例子中，区域A08的白色窗口图案向右方向移动的动画。箭头202表示移动方向。该情况下，在其移动方向的相反一侧的A07区域中会发生拖尾状的光的残像203，使视频的品质劣化。该现象也是因为与相邻区域之间的亮度差(背光源的调光值的差)，特别是在移动物体的后端一侧的区域A07中容易发生。

图11B是对于图11A的画面进行了上述实施例中说明的调光值的限制处理的显示画面。该情况下，也通过应用调光值的上限值Uth和下限值Dth，而将区域A08与后端一侧的区域A07之间的调光差缩小至上限值Uth与下限值Dth的差值，残像变得不显著。

[效果例3]

上述效果1、效果2中，将调光值的限制处理(限幅处理)应用于画面整体。结果，区域间的背光源调光差与不进行限制处理的情况相比较变小，所以存在画面整体的对比度比若干降低的倾向。考虑该现象，通过对画面内部分地进行调光值的限制处理，能够不损害对比度地减少光晕和残像。换言之，按各区域改变并提供背光源调光值的上限值和下限值。此时，各区域的调光值的上限值和下限值，利用相邻区域间的亮度的相关关系决定。

图12A是说明按区域改变设定调光值的上限值和下限值的方法的图。在区域A01～A20的各区域中检测特征量(亮度)时，例如将A08的特征量与周围的区域(用☆记号表示)的特征量进行比较，实施与亮度差相应的加权，决定背光源调光值的上限值Uth’和下限值Dth’。该情况下，用☆记号表示的相邻区域中亮度差较大，所以进行加权，上限值Uth’和下限值Dth’按照图4的上限值Uth和下限值Dth进行背光源调光值的限幅处理。另一方面，用○记号表示的远离A08的区域中亮度差较小，所以不进行加权(或者减轻加权处理)，上限制Uth’和下限值Dth’保持为图4的最大值Max和最小值Min(或者为中间的值)不变。

图12B表示基于图12A的调光值的设定得到的显示画面。

☆记号的区域中，通过提供Dth作为调光值的下限值而缩小与区域A08的调光差，能够抑制光晕的发生。此外，○记号的区域中，因为提供最小值Min作为调光值的下限值，与区域A08之间的调光差较大，所以也有改善画面整体的对比度比，进而降低消耗电力的效果。

Claims (6)

1.一种包括液晶显示部和对该液晶显示部照射光的背光源的液晶显示装置，其特征在于：

该背光源被分割为多个区域，

所述液晶显示装置包括：

背光源区域调光部，根据输入视频的特征量，对该背光源按各区域单位独立进行调光值的设定；和

背光源调光限制部，对于该背光源区域调光部所设定的调光值的范围，设定该范围的上限值和下限值。

2.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于：

还具备检测外部光的照度的传感器受光部，

所述背光源调光限制部，根据从所述传感器受光部取得的照度信息，切换设定所述调光值的上限值和下限值。

3.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于：

还具备检测输入视频的类型的视频特征检测部，

所述背光源调光限制部，根据从所述视频特征检测部取得的类型信息，切换设定所述调光值的上限值和下限值。

4.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于：

还具备通过遥控器接收用户的指示的遥控受光部，

所述背光源调光限制部，根据从所述遥控受光部取得的用户设定的视频模式信息，切换设定所述调光值的上限值和下限值。

5.一种包括液晶显示部和对该液晶显示部照射光的背光源的液晶显示装置，其特征在于：

该背光源被分割为多个区域，

所述液晶显示装置包括：

背光源区域调光部，根据输入视频的特征量，对该背光源按各区域单位独立进行调光值的设定；

背光源调光限制部，对于该背光源区域调光部所设定的调光值的范围，设定该范围的上限值和下限值；

检测外部光的照度的传感器受光部；

检测输入视频的类型的视频特征检测部；和

通过遥控器接收用户的指示的遥控受光部，

所述背光源调光限制部，根据外部光的照度信息、输入视频的类型信息、用户设定的视频模式信息中的至少2种信息的组合，切换设定所述调光值的上限值和下限值。

6.一种包括液晶显示部和对该液晶显示部照射光的背光源的液晶显示装置，其特征在于：

该背光源被分割为多个区域，

所述液晶显示装置包括：

背光源区域调光部，根据输入视频的特征量，对该背光源按各区域单位独立进行调光值的设定；和

控制部，基于外部光的照度信息、输入视频的类型信息和/或用户设定的视频模式信息，控制所述调光值的上限值或下限值，由此控制所述调光值的变动范围。

Images