CN102483905A - 显示装置和显示方法 - Google Patents

Abstract

公开了在区域调光技术中，能够利用人的视觉特性，补偿因显示器件的物理性制约造成的亮度不均或者由局部的对比度降低引起的图像质量劣化的显示装置。液晶面板(101)根据透射率对照明光进行调制从而在画面上显示图像。背光(102)以对画面的每个发光区域不同的照射光量，向液晶面板(101)照射照明光。背光控制单元(106)对每个发光区域控制背光(102)的发光亮度。局部灰度变换单元(104)对影像信号实施灰度变换的处理，并对每个像素获取变换后的亮度值。背光驱动单元(107)基于获取的变换后的亮度值，对每个像素控制透射率。局部灰度变换单元对影像信号内的处理对象像素，设定处理对象像素的周围明度越高、使处理对象像素的亮度值越低的变换特性，并使用设定的变换特性进行灰度变换。

Description

显示装置和显示方法

技术领域

本发明涉及采用液晶等的显示装置和显示方法，尤其涉及透射型液晶显示装置的背光光源的划分点亮(Local Dimming：区域调光)技术。

背景技术

液晶显示装置是透射型时，由照明装置(以下称作“背光”)向液晶显示元件(以下称作“液晶面板”)的背面照射照明光，由液晶显示元件调制照明光的透射率而产生亮度变化来显示图像。在投影机中，存在采用反射型的液晶显示元件的投影机，与透射型的不同点仅在于透射率变为反射率。

通常的液晶显示装置使画面整体与输入的影像信号的显示内容无关地以最大亮度发光。可是，在液晶显示装置整体的消耗功率中背光的消耗功率所占的比例大，消耗功率的浪费多。另外，液晶面板不能完全地阻断光，因而不能再现完全的黑色，显示图像由于泛白(floating black)而成为对比度低的图像

为了改善这些问题，存在根据显示内容使背光的发光亮度动态地变化的技术，但是，只要在影像信号的画面中存在即便很少的明亮的部分，则不能降低背光的发光亮度，因而不能取得大的效果。于是，存在将画面划分为多个(2～数百左右)发光区域，根据输入的影像信号的对应于各发光区域的显示内容，使该发光区域的发光亮度变化的方法(以下称作“区域调光”)(例如，参照专利文献1)。

对于区域调光而言，若在特定的发光区域内不存在明亮的像素，则即便在其他的发光区域存在明亮的像素，也能够降低该特定的发光区域的背光的发光亮度，因而能够高效地削减功率。另外，还兼具如下效果：在属于图像中的黑区域的发光区域中，背光的发光亮度被抑制得较低，因而抑制该发光区域内的像素的泛白，可实现对比度高的显示。

可是，作为该区域调光的一般的问题点有，对每个发光区域，使背光的发光亮度变化时，随之显示图像的亮度也变化。对此，提出了通过预测亮度的变化量来校正图像数据，从而改善问题的技术(例如，参照专利文献1、2)。

上述的技术中，需要对影像信号所包含的每个像素，正确地识别背光的发光亮度。背光所发出的照明光扩散到大范围，因而对每个像素正确地预测背光的发光亮度不仅需要大量的运算量，而且从算法来看，实际上极其困难，不易实施。但是，若花费成本和人工，则在原理上是可实现的技术。

在此说明能够对每个像素正确地预测背光的发光亮度的情况下的、影像信号的各像素的透射率的校正动作。若能够估计每个像素的背光的发光亮度，则能够根据(式1)计算校正后的透射率。

(校正透射率)＝(透射率)*(最大光量)/(估计的关注像素的背光的发光亮度值)                                  …(式1)

可是，由于背光的发光亮度扩散到低亮度区域，因而高亮度区域的端部的像素的背面光量降低。由于原本是高亮度区域的像素，因而可以预测透射率设定为接近最大的值。该情况下，根据上述式校正后的透射率被设定为1以上。可是，透射率设定为1以上在物理上是不可能的，因而在实际中必须限制为规定的最大透射率。因而，在高亮度区域的端部的像素中出现亮度降低，产生亮度不均、对比度降低以及光晕(halo)(在低亮度物体的周围的高亮度区域中产生的低亮度物体的影子)等图像劣化。

另外，同样地，对黑区域的端部的像素而言，邻接的发光区域的背光的发光亮度扩散过来，因而该像素的背面光量上升。可是，在最小透射率上存在限度，进一步降低透射率来校正在物理上是不可能的，因而在实际中必须限制为最小透射率。其结果，黑区域的端部的像素的亮度上升，产生亮度不均、泛白、对比度降低以及光晕(在高亮度物体的周围的黑区域所产生的高亮度物体的拖尾)等图像质量劣化。

无论多么正确地进行背光的发光亮度的预测，上述问题也是因物理性的器件(device)特性而难以改善的问题。

现有技术文献

专利文献

[专利文献1]日本特开2005-258403号公报

[专利文献2]日本特开2002-099250号公报

发明内容

发明要解决的问题

如上所述，即使能够正确地预测每个像素的背光的发光亮度，但在属于邻接暗区域的亮区域端部的像素等中，有时产生背光的发光亮度低于要求的亮度的现象，超越物理性的器件特性。这些像素的亮度降低，其结果，产生明亮区域的亮度不均、或者亮区域与暗区域之间的对比度降低。

另外，对邻接明亮区域的黑区域端部的像素而言，邻接的发光区域的背光的发光亮度扩散过来，因而该像素的背面光量上升。可是，在最小透射率上存在限度，因而进一步降低透射率来校正在物理上是不可能的，因而在现实中必须限制为最小透射率，其结果，存在黑区域端部的像素的亮度上升、亮度不均、泛白、对比度降低的问题。

另外，“包围暗的前景的明亮的背景的边界变暗”或“包围明亮的前景的暗的背景的边界变明亮”的现象称作光晕，造成严重的图像质量劣化。进而，在活动图像中，背景的光晕追随上述前景的运动，因而进一步被识别为显著的图像质量劣化。

本发明的目的在于提供在显示装置的区域调光技术中，能够利用人的视觉特性，补偿因显示器件的物理性制约造成的亮度不均或者局部的对比度降低引起的图像质量劣化的显示装置和显示方法。

解决问题的方案

本发明的显示装置包括：光调制单元，将照明光根据光调制系数进行调制从而在画面上显示图像；照射单元，以对所述画面的每个发光区域不同的照射光量，向所述光调制单元照射照明光；控制单元，对每个发光区域控制所述照射单元中的发光亮度；变换单元，对影像信号实施灰度变换的处理，并对每个像素获取变换后的亮度值；以及驱动单元，基于获取的变换后的亮度值，对每个像素控制所述光调制系数，所述变换单元对于所述影像信号内的处理对象像素，设定所述处理对象像素的周围明度越高，使所述处理对象像素的亮度值越低的变换特性，并使用设定的变换特性进行灰度变换。

发明的效果

根据本发明，在显示装置的区域调光技术中，能够利用人的视觉特性，补偿因显示器件的物理性制约造成的亮度不均或者局部的明暗对比度降低引起的图像质量劣化。

附图说明

图1是表示本发明实施方式1的图像显示装置的结构的方框图。

图2是表示本发明实施方式1的局部灰度变换单元的具体结构的方框图。

图3是用于说明本发明实施方式1的动态灰度校正单元的灰度变换特性的设定方法的图。

图4是表示本发明的实施方式1的设定液晶面板的透射率的动作的流程图。

图5是表示本发明实施方式1的设定背光的发光亮度的动作的流程图。

图6A是用于说明本发明实施方式1的亮度值的变换处理的作用效果的、表示输入的影像信号的亮度值的图，图6B是用于说明本发明实施方式1的亮度值的变换处理的作用效果的、表示背光的亮度的图，图6C是用于说明本发明实施方式1的亮度值的变换处理的作用效果的、表示周围明度的图，图6D是用于说明本发明的实施方式1的亮度值的变换处理的作用效果的、表示液晶面板的透射率的图，图6E是用于说明本发明的实施方式1的亮度值的变换处理的作用效果的、表示液晶面板上的控制后的显示亮度的图，图6F是用于说明本发明实施方式1的亮度值的变换处理的作用效果的、表示液晶面板上的视觉上的亮度的图

图7是表示影像信号内的像素和区间BLK1～5之间的关系的图。

图8是表示本发明实施方式2的图像显示装置的结构的方框图。

图9A是用于说明本发明实施方式2的亮度值的变换处理的作用效果的、表示输入的影像信号的亮度值的图，图9B是用于说明本发明实施方式2的亮度值的变换处理的作用效果的、表示背光的亮度的图，图9C是用于说明本发明实施方式2的亮度值的变换处理的作用效果的、表示周围明度的图，图9D是用于说明本发明的实施方式2的亮度值的变换处理的作用效果的、表示液晶面板的透射率的图，图9E是用于说明本发明的实施方式2的亮度值的变换处理的作用效果的、表示液晶面板上的控制后的显示亮度的图，图9F是用于说明本发明实施方式2的亮度值的变换处理的作用效果的、表示液晶面板上的视觉上的亮度的图。

图10是表示本发明实施方式3的灰度变换特性的图。

图11A是用于说明本发明实施方式3的亮度值的变换处理的作用效果的、表示输入的影像信号的亮度值的图，图11B是用于说明本发明实施方式3的亮度值的变换处理的作用效果的、表示背光的亮度的图，图11C是用于说明本发明实施方式3的亮度值的变换处理的作用效果的、表示周围明度的图，图11D是用于说明本发明的实施方式3的亮度值的变换处理的作用效果的、表示液晶面板的透射率的图，图11E是用于说明本发明的实施方式3的亮度值的变换处理的作用效果的、表示液晶面板上的控制后的显示亮度的图，图11F是用于说明本发明实施方式3的亮度值的变换处理的作用效果的、表示液晶面板上的视觉上的亮度的图。

图12是表示本发明实施方式4的图像变换装置的结构的方框图。

图13A是用于说明本发明实施方式4的亮度值的变换处理的作用效果的、表示输入的影像信号的亮度值的图，图13B是用于说明本发明实施方式4的亮度值的变换处理的作用效果的、表示背光的亮度的图，图13C是用于说明本发明实施方式4的亮度值的变换处理的作用效果的、表示周围明度的图，图13D是用于说明本发明的实施方式4的亮度值的变换处理的作用效果的、表示液晶面板的透射率的图，图13E是用于说明本发明的实施方式4的亮度值的变换处理的作用效果的、表示液晶面板上的控制后的显示亮度的图，图13F是用于说明本发明实施方式4的亮度值的变换处理的作用效果的、表示液晶面板上的视觉上的亮度的图。

标号说明

11显示单元

12、1001控制单元

13驱动单元

14光量估计单元

15影像校正单元

101液晶面板

102背光

103光扩散片

104局部灰度变换单元

105液晶面板驱动单元

106、1002背光控制单元

107背光驱动单元

201周围明度检测单元

202动态灰度校正单元

301、302、303、304、305、306、307、308、801、802、803、804、805、806、807、808、809灰度变换特性

具体实施方式

下面，参照附图说明本发明的实施方式的图像显示装置和图像显示方法。

本实施方式的显示装置是输入的影像信号的显示装置，其特征在于包括：液晶面板，能够对每个像素控制光的透射率；背光单元，对于所述液晶面板的背面，以对该液晶面板的每个发光区域不同的照射光进行照明；控制单元，对每个所述发光区域控制所述背光单元的发光亮度；灰度变换单元，利用灰度变换特性，对所述输入的影像信号内的像素所具有的信号值进行灰度变换；以及液晶面板驱动单元，基于灰度变换后的信号值控制所述透射率，所述灰度变换单元设定灰度变换特性，该灰度变换特性具有相对于该处理对象的像素周围的像素而增强所述输入的影像信号的像素中的作为处理对象的像素的对比度的变换特性，以及根据利用设置于该变换对象的像素的周围的多个像素所具有的信号值所得的该处理对象的像素周围的平均明亮度，变换该处理对象的像素的明亮度的变换特性。

另外，也可为下述结构，其特征在于：所述灰度变换单元对所述周围明度信号设定具有处理对象的像素的周围越暗，使该处理对象的像素越明亮的变换特性的灰度变换特性，以及设定具有该变换处理对象的像素的周围越明亮，使该变换处理对象的像素越暗的变换特性的灰度变换特性。

进而，也可为下述结构：所述显示装置还包括周围明度检测单元，利用在所述输入的影像信号内的像素的信号值中的、所述灰度变换单元的处理对象的像素的周围的多个像素所具有的信号值，生成表示该处理对象的像素周围的平均明亮度的信息即周围明度信号。

进而，也可为下述结构，其特征在于：所述显示装置还包括周围明度检测单元，生成周围明度信号，其表示使用在所述输入的影像信号内的像素的信号值中的、所述灰度变换单元的处理对象的像素的周围的多个像素所具有的信号值而得到的该处理对象的像素周围的平均明亮度，所述灰度变换单元将所述周围明度信号用作所述处理对象的像素周围的平均明亮度。

进而，也可为下述结构，其特征在于：所述显示装置还包括局部柱状图检测单元，生成基于在所述输入的影像信号内的像素的信号值中的、所述灰度变换单元的处理对象的像素的周围的多个像素所具有的信号而得到的柱状图(histogram)，并且将该柱状图输出至所述灰度变换单元，所述灰度变换单元将所述柱状图用作所述处理对象的像素周围的平均明亮度。

另外，也可为下述结构：所述局部灰度变换特性还包括提高所述影像信号的信号值中的半色调的明亮度的变换特性。

另外，也可为下述结构：所述背光控制单元基于灰度校正后的影像信号的信号值，控制每个所述发光区域的发光亮度。

(实施方式1)

下面，参照附图说明本实施方式1的图像显示装置。

图1是表示本发明实施方式1的图像显示装置的结构的方框图。

本实施方式1的图像显示装置具有显示单元11、控制单元12、驱动单元13、光量估计单元14、以及影像校正单元15。进一步，显示单元11具有液晶面板101、背光102、以及光扩散片103。另外，控制单元12具有局部灰度变换单元104和背光控制单元106。另外，驱动单元13具有液晶面板驱动单元105和背光驱动单元107。

<液晶面板101>

液晶面板101对照射到其背面的照明光，根据从液晶面板驱动单元105输入的控制信号进行调制，由此在其表面即画面上显示图像。

另外，液晶面板101具有用玻璃基板夹住液晶层的结构，通过栅极驱动器(gate driver)(未图示)以及源极驱动器(source driver)(未图示)等，对与各像素对应的液晶层施加信号电压从而控制透射率。液晶面板驱动单元105将控制信号提供给液晶面板101具有的栅极驱动器以及源极驱动器。

另外，液晶面板101采用IPS(In Plane Switching：面内切换)方式。IPS方式具有以下特征：由于液晶分子和玻璃基板平行地旋转的单纯的运动，所以视野角宽，根据观看的方向变化的色调变化、以及全灰度下的色调变化少。

另外，只要是进行光调制的器件，液晶面板101可以利用任何器件，例如也可采用VA(Vertical Alignment：垂直取向)方式等光调制的其他方式。

也就是说，液晶面板101是一种非自发光型显示器件，作为本发明的显示单元，也可替代而使用其他种类的非自发光型显示器件。因此，本发明的图像显示装置并不限定于液晶显示装置。另外，透射率是显示器件为液晶面板时使用的、对应每个像素的影像信号而决定的光调制系数，因而在使用的显示器件不是液晶面板时，可采用其他的光调制系数。

<背光102>

背光102向液晶面板101的背面照射用于显示图像的照明光。

背光102具有光源。背光102基于从背光驱动单元107输出的控制信号，将以至少一个以上的光源为单位的发光区域作为基本单位来进行控制。也就是说，基于来自背光驱动单元107的控制信号，各自独立地控制发光区域，因而能够照射按每个发光区域不同的发光亮度的光。各个发光区域和液晶面板101的图像显示区域对置设置，各自主要照射相对的图像显示区域。这里描述“主要照射”是因为有时一部分的照明光也会照射到非对置的图像显示区域。

这里，光源采用发出白色光的LED。另外，光源不限定于直接发出白色光的光源。例如，也可为将RGB的光进行混色而发出白色的光源。另外，也可为组合蓝色的发光二极管和黄色的荧光体的光源。另外，代替LED也可使用其他种类的光源(例如，半导体激光光源或者有机EL(Electroluminescence：电致发光)光源等)。

<光扩散片103>

光扩散片103配置于液晶面板101与背光102之间，使照明光扩散，以使从背光102照射的该照明光相对于液晶面板101变得均匀。

<局部灰度变换单元104>

局部灰度变换单元104对输入的影像信号的每个部分区域，设定各不相同的灰度变换特性，并且根据设定的灰度变换特性，进行每个该部分区域的亮度值的变换处理。

另外，所谓部分区域表示含有至少一个以上的像素并且相对于输入的影像信号的全区域的一部分的区域。也就是说，部分区域可以为输入的影像信号所具有的一个像素，也可以为多个像素的集合。另外，也可将背光102中的区域调光的控制单位的发光区域作为部分区域，也可将多个该发光区域作为部分区域。

图2是表示本实施方式1的局部灰度变换单元104的具体结构的图。局部灰度变换单元104具有周围明度检测单元201和动态灰度校正单元202。以下，为了便于说明，假设在周围明度检测单元201和动态灰度校正单元202中，对每个像素进行处理。进而，将在周围明度检测单元201和动态灰度校正单元202中作为变换处理的对象的像素称作变换像素。

<周围明度检测单元201>

周围明度检测单元201基于与变换像素邻接的周围的像素所具有的亮度值，对每个该变换像素计算周围明度US，并生成表示计算出的周围明度US的周围明度信号。进而，周围明度检测单元201将生成的周围明度信号输出到动态灰度校正单元202。这里，周围明度US是变换像素的周围的平均明亮度。在该周围明度US小于变换像素的亮度值时，表示该变换像素比周围明亮。另一方面，在周围明度US大于变换像素的亮度值时，表示该变换像素比周围暗。

具体而言，周围明度检测单元201使用二维的低通滤波器或者一维的低通滤波器等，对配置于变换像素的周围的像素的亮度值进行滤波处理。该低通滤波器的滤波器特性优选与背光102的光学的聚散度的程度大体一致。另外，为了减少运算量，滤波器也可由IIR(Infinite Impulse Response：无限脉冲响应)滤波器构成。

另外，作为部分区域而采用背光102的发光区域时，将在一个发光区域所包含的像素的亮度值的平均值使用为该发光区域的代表值。例如，将1920×1080像素的影像信号划分成6×6的发光区域来控制时，在一个发光区域中含有320×180像素。因此，将320×180像素所具有的亮度值的平均值作为一个发光区域的亮度值来处理。

另外，周围明度检测单元201也可对每个变换像素生成周围明度信号并输出到动态灰度校正单元202。进而，还可以对在影像信号所包含的全部的变换像素生成了周围明度信号后，将周围明度信号输出到动态灰度校正单元202。

<动态灰度校正单元202>

动态灰度校正单元202基于在周围明度检测单元201中计算出的周围明度US，对每个变换像素动态地设定灰度变换特性，变换该变换像素所具有的亮度值IS，生成亮度值OS。进而，动态灰度校正单元202将变换后的亮度值OS输出至影像校正修正单元15。

上述“动态”意味着对每个变换像素灰度变换特性变化。这是由于周围明度US对每个变换像素变化。

另外，动态灰度校正单元202设定模仿了人的视觉无意识地进行的视觉特性、尤其称作明暗对比以及色对比的视觉特性的变换特性，并根据该变换特性进行变换。作为该视觉特性，利用即使某个点的明亮度在物理上无变化，也在周围明亮时感觉到暗，周围暗时感觉到亮这一称作明暗对比的视觉特性。此时，视觉通过与所注目的像素的周围的比较广的附近(局部区域)的对比而感受对比感。即，视觉将局部对比度作为对比感识别。这里，所谓局部对比度是与输入的影像信号的全区域相对的、一部分区域的局部性对比度。

另外，影像信号的视觉上的明亮度不依赖于上述局部的亮度变化，而取决于影像信号整体的低频分量的灰度级。另外，所谓视觉上的亮度，是用户在视认液晶面板时所感觉到的外表的亮度，与由实际的信号规定的亮度值不同。

在此，参照附图说明动态灰度校正单元202的基于周围明度US的灰度变换特性的设定方法。

图3是用于说明本发明实施方式1的动态灰度校正单元202的灰度变换特性的设定方法的图。

图3所示的图表的横轴是变换像素所具有的亮度值IS，纵轴是从动态灰度校正单元202输出的变换后的亮度值OS。另外，横轴和纵轴两者都将亮度值的最大值设定为1

进而，图中的多个曲线301～308是表示对周围明度检测单元201所输出的每个周围明度US设定的灰度变换特性的多个曲线群。另外，在图3中，为了便于说明，只图示了8个灰度变换特性，为了能够进行更精密的灰度校正，优选设定更多的灰度变换特性。

动态灰度校正单元202根据周围明度US选择适当的曲线，据此能够表现人的视觉特性。

随着周围明度US变小(变暗)，由动态灰度校正单元202选择的曲线从曲线308向曲线301推移。也就是说，若假设固定变换像素的亮度值IS，则随着变换像素的周围变暗，变换后的亮度值OS的值变大(变明亮)。

反之，随着周围明度US变大(变明亮)，由动态灰度校正单元202选择的曲线从曲线301向曲线308推移。也就是说，若假设固定变换像素的亮度值IS，则随着变换像素的周围变明亮，变换后的亮度值OS的值变小(变暗)。

该变换特性直接表现人的视觉特性即“明暗对比”，可表现为若假设将输入的亮度值IS固定在规定的等级，则校正后的亮度值OS相对于周围明度US具有单调递减特性。

在此，说明连接图3所示的●的直线。

众所周知，人所视认的亮度不是识别影像信号的细微部分的亮度变换，而是以比较广的范围的平均的明亮度来识别。因此，影像信号的视觉上的亮度能够以在图3中IS＝US时的相对于IS的OS的特性来表现(IS＝US意味着广范围的平均明亮度)。

在图3的情况下，该连接●的直线是经原点的斜率为1的直线，因而表现出不使视觉上的亮度变化的特性。曲线301～308以经这样决定的直线上的1点、并且随着周围明度US减小，校正后的亮度值OS增大的方式来设定。

在图3中，固定了周围明度US时的、相对于输入的亮度值IS的校正后的亮度值OS的变化呈向下凸的曲线。这是相对于亮度值IS的变化的比，使校正后的亮度值OS的变化的比扩大的特性，是增强视觉性对比感的特性。因此，具有不使明亮度感变化而增强人类感受对比感的局部对比度的特性。

另外，图3所示曲线群可以预先设定，也可以根据输入的影像信号设定。预先设定的情况下，该曲线群存储于动态灰度校正单元202的内部存储器(未图示)。

<背光控制单元106>

背光控制单元106基于输入的影像信号，对背光102的每个发光区域，生成规定该背光102的发光亮度的控制信号，将该控制信号输出到背光驱动单元107和光量估计单元14。

具体而言，背光控制单元106基于发光区域所包含的像素的亮度值，计算该发光区域的亮度值。例如，也可将上述发光区域所包含的像素的亮度值中的最大的亮度值作为发光区域的亮度值。另外，也可对发光区域所包含的像素具有的亮度值的平均值、以及该发光区域所包含的像素所具有的亮度值的最大值的各个值进行加权，将其加权结果的合成值作为发光区域的亮度值。这里，设定用于加权的权重，以使平均值和最大值之差越大，越增加平均值的权重，平均值和最大值的差越小，越增加最大值的权重。根据该特性，能够避免对于发光区域所包含的最大值过于敏感地反应，而设定闪烁等少的适当的背光的发光亮度。

进而，背光控制单元106对如上述计算的发光区域的亮度值进行过滤处理，以使与相邻的发光区域的边界不醒目。具体而言，采用二维的低通滤波器对发光区域进行过滤处理。

并且，基于过滤处理后的亮度值，生成实际地使背光102发光的控制信号

另外，对于背光102的发光亮度的决定，也可使用从以往提出的各种方法中的任何一种也能够以上述的发光区域内的像素具有的亮度值、或者RGB的最大值、平均值或混合最大值与平均值的值等为基准，对每个发光区域决定背光102的发光亮度。另外，也可不只参照发光区域内的像素，还参照周围的发光区域的像素，来决定该发光区域的发光亮度。另外，也可考虑之前帧或者之前字段(field)的信息以及运动矢量决定发光亮度。该情况下，能够实现边缘的晃动以及闪烁少的区域调光控制。

<背光驱动单元107>

背光驱动单元107基于从背光控制单元106输出的控制信号，生成对每个发光区域控制背光102的控制信号，将该控制信号输出到背光102。

<光量估计单元14>

光量估计单元14基于从背光控制单元106输入的控制信号，对每个像素估计到达液晶面板101的背面的照明光的亮度(以下，为了便于说明，称作“背面亮度”)的估计值。光量估计单元14将每个像素的背面亮度的估计值输出到影像校正单元15。

<影像校正单元15>

影像校正单元15基于从光量估计单元14输入的背面亮度的估计值，对每个像素校正从局部灰度变换单元104输入的校正后的亮度值OS。以下，为了便于说明，将通过该校正所得的亮度值称作“再校正后的亮度值OS’”。某个像素的再校正后的亮度值OS’能够通过将关于该像素的校正后的亮度值OS除以关于该像素的背面亮度的估计值取得。影像校正单元15将再校正后的亮度值OS’输出到液晶面板驱动单元105。

如上所述，在亮度值的再校正中，通过将校正后的亮度值OS除以背面亮度的估计值取得再校正后的亮度值OS’。因此，半色调的情况下，能够根据背面亮度的估计值提高亮度值，进而使液晶面板101的透射率上升，因而能够补偿由背光控制单元106的区域调光控制引起的显示亮度降低。

<液晶面板驱动单元105>

液晶面板驱动单元105基于从局部灰度变换单元104输入的校正后的亮度值OS，生成控制液晶面板101中的各像素的透射率的控制信号，将该控制信号输出到液晶面板101。

下面，参照附图说明图像显示装置的控制单元12的动作。

图4是表示本实施方式1的设定液晶面板101的透射率的动作的流程图。

首先，周围明度检测单元201对输入的影像信号的每个像素计算周围明度，生成表示计算出的周围明度的周围明度信号(S1001)。

接下来，动态灰度校正单元202基于周围明度，从预先存储在内部的多个灰度变换特性中选择一个灰度变换特性(S1002)。

进而，动态灰度校正单元202利用在S1002中选择的灰度变换特性，变换该变换像素的亮度值(S1003)。

通过对在影像信号所包含的全部像素进行上述步骤，能够将输入的影像信号变换成考虑了明暗对比的特性的影像信号。

图5是表示本实施方式1的设定背光102的发光亮度的动作的流程图。

首先，背光控制单元106将输入的影像信号分割为例如320×180像素等的各个发光区域(S2001)。

接下来，背光控制单元106基于发光区域内所包含的像素具有的亮度值，计算该发光区域的亮度值。例如，将在该发光区域所包含的像素的亮度值中的最大亮度值作为该发光区域的亮度值(S2002)。

然后，背光控制单元106基于每个发光区域的亮度值，进行使用低通滤波器的滤波处理，计算将发光区域的亮度值、以及配置于该发光区域的周围的发光区域的亮度值考虑在内的亮度值(S2003)。

最后，背光控制单元106将在S2003中计算的每个发光区域的亮度值输出到背光驱动单元107(S2004)。

图6A～图6F是用于说明本实施方式1的亮度值的变换处理的作用效果的图。另外，图6A～图6F的横轴是影像信号的在水平方向上连续的像素，为了便于说明，划分成5个区间BLK1～5而记载。也就是说，在区间BLK1～5内分别含有多个像素。图7是表示影像信号内的像素与区间BLK1～5的关系的图。在图7所示的例子中，区间BLK1～5在水平方向上被连续配置，在区间BLK1～5内分别含有5个像素。另外，假设以区间(BLK)单位控制背光102的亮度。

图6A是表示输入的影像信号的在区间BLK1～5内的像素的亮度值的图。图6B是表示背光102的亮度的图。图6C是表示输入的影像信号的在区间BLK1～5内的像素的周围明度的图。。图6D是表示从液晶面板驱动单元105输出的控制信号规定的液晶面板101的透射率的图。图6E是表示液晶面板101的被控制后的显示亮度的图。图6F是表示液晶面板101上的视觉上的亮度的图。

在图6B中，虚线表示从背光驱动单元107输出的控制信号规定的每个发光区域的背光102的发光亮度。实线表示液晶面板101的背面亮度。也就是说，背光102根据控制信号以对每个区间规定的亮度发出照明光(图6B的虚线)，该照明光例如通过光扩散片103的作用而扩散。因此，例如像区间BLK2、3那样，在相邻的区间之间背光102的发光亮度存在差异的情况下，实际地到达液晶面板101的背面的照明光的亮度(背面亮度)，对每个像素不相同(图6B的实线)。在本实施方式1中，由光量估计单元14估计每个像素的背面亮度。

另外，如图6A所示，输入的影像信号的亮度值不恒定的情况下，在产生亮度值的变化的部分(例如，区间BLK2)以及其周边(例如，区间BLK1)中，对每个像素，周围明度不相同(图6C)。

这样，在某个像素的亮度值与其周围明度之间存在差异(即，局部对比度)的情况下，由局部灰度变换单元104对该像素(即，局部地)进行采用前述的灰度变换特性增强该差异的灰度校正(亮度值的变换处理)。

对比图6A与图6C可知：例如，在区间BLK2内的中央部分，像素的亮度值小于该像素的周围明度。因而，对该部分的各像素，进行使亮度值更小的灰度校正，基于校正后的亮度值所决定的液晶面板101的透射率如图6D中以左侧的圆形框围着的那样，周围越明亮，透射率越低。

例如，在区间BLK1、2的边界附近部分，像素的亮度值大于该像素的周围明度。因此，对于该部分的各像素，应该进行使亮度值更大的灰度校正。但是，该部分的各像素的亮度值已经是可设定范围内的最大值，使亮度值更大的灰度校正即使计算上可能，但是在物理上不可实现的。也就是说，对于该部分的各像素，透射率不会脱离液晶面板101中可实现的范围而进一步提高(在图6D中，以虚线所示的现象)，而被维持在最大值。

例如，在区间BLK4的左侧部分，像素的亮度值大于该像素的周围明度。因而，对该部分的各像素，进行使亮度值更大的灰度校正，基于校正后的亮度值所决定的液晶面板101的透射率如图6D中以右侧的圆形框围着的那样，周围越暗，透射率越高。

例如，在区间BLK4的中央部分，像素的亮度值小于该像素的周围明度。因此，对于该部分的各像素，应该进行使亮度值更小的灰度校正。但是，该部分的各像素的亮度值已经是可设定范围内的最小值，使亮度值更小的灰度校正即使计算上可能，但是在物理上不可实现的。也就是说，对于该部分的各像素，透射率不会脱离液晶面板101中可实现的范围而进一步降低(在图6D中，以虚线所示的现象)，而被维持在最小值。

进而，在本实施方式1中，估计背面亮度(图6B)，基于该估计值对校正后的亮度值进行再校正。在亮度值的再校正中，半色调的情况下，进行亮度值根据背面亮度的估计值而提高那样的处理。因此，与再校正后的亮度值对应的液晶面板101的透射率(图6D)在输入的影像信号的亮度值是半色调的区域中，整体地上升。

液晶面板101的显示亮度(图6E)为在图6B中以实线表示的背面亮度(即，实际到达液晶面板101的背面的照明光的亮度)和在图6D中以实线表示的透射率的乘积。

因而，如图6E所示，例如在区间BLK2中，面对暗区域的亮区域的端部的亮度由于背面亮度的降低而降低，但相应程度地，面对亮区域的暗区域的端部的亮度也由于灰度校正的效果而降低。此时，由于用户的视觉上产生的明暗对比的效果，补偿亮区域的亮度降低，能使用户感觉该区域的亮度保持在原来的等级(最大值)(区间BLK2的向上的箭头)。

进而，例如在区间BLK4中，面对亮区域的暗区域的端部的亮度由于背面亮度的上升而上升(即，现象为产生泛白)，但相应程度地，面对暗区域的亮区域的端部的亮度也由于灰度校正的效果而上升。此时，由于用户的视觉上产生的明暗对比的效果，补偿暗区域的亮度上升，能使用户感觉该区域的亮度保持在原来的等级(最小值)(区间BLK4的向下的箭头)。

也就是说，在透射率因物理性特性而不能表现的区域中，利用明暗对比的特性设定液晶面板101的发光亮度(图6E)。据此，能够表现亮度，以原样保持明亮部分的亮度，泛白的现象不被察觉(图6F)。

进而，通过基于背面亮度的估计值的亮度值的再校正提高半色调的亮度值，从而能够补偿区域调光控制引起的亮度降低，由此能够实现与输入的影像信号的亮度值同等的、液晶面板101的显示亮度。

如上所述，根据本实施方式1，局部灰度变换单元104能够将输入的影像信号的亮度值通过利用了人的视觉特性的灰度变换特性进行变换。进而，液晶面板驱动单元105基于局部灰度变换单元104的变换结果，生成控制液晶面板101的透射率的控制信号，将该控制信号输出至液晶面板101，由此能够进行透射率的控制。另外，背光控制单元106能够设定对背光102的每个发光区域规定发光亮度的亮度值。进而，背光驱动单元107基于对每个发光区域规定的亮度值，生成使背光102发光的控制信号，将该控制信号输出至背光102，由此能够对背光102的LED以每个发光区域不同的发光亮度进行控制。

尤其，在本实施方式1中，如上所述，通过利用了人的视觉特性的灰度变换特性进行亮度值的变换，因而能够利用人类的视觉特性补偿因液晶面板101的物理性制约造成的亮度不均、或者由局部的对比度降低引起的图像质量劣化。

(实施方式2)

下面，参照附图说明本实施方式2的图像显示装置。

图8是表示本发明实施方式2的图像显示装置的结构的方框图。

本实施方式2的图像显示装置具有显示单元11、控制单元12以及驱动单元13。进一步，显示单元11具有液晶面板101、背光102、以及光扩散片103。另外，控制单元12具有局部灰度变换单元104以及背光控制单元106。另外，驱动单元13具有液晶面板驱动单元105和背光驱动单元107。

即，本实施方式2的图像显示装置与前述的实施方式1的图像显示装置的不同之处在于，没有光量估计单元14以及影像校正单元15。

<液晶面板101>

液晶面板101根据从液晶面板驱动单元105输入的控制信号，对照射到其背面的照明光进行调制，由此在其表面即画面上显示图像。

另外，液晶面板101具有用玻璃基板夹住液晶层的结构，通过栅极驱动器(未图示)以及源极驱动器(未图示)等，对与各像素对应的液晶层施加信号电压从而控制透射率。液晶面板驱动单元105将控制信号提供给液晶面板101具有的栅极驱动器以及源极驱动器。

另外，液晶面板101采用IPS方式。IPS方式具有以下特征：由于液晶分子与玻璃基板平行地旋转的单纯的运动，视野角广，根据观看的方向变化的色调变化、以及全灰度下的色调变化少。

另外，只要是进行光调制的器件，液晶面板101可以利用任何器件，例如也可采用VA方式等光调制的其他方式。

也就是说，液晶面板101是一种非自发光型显示器件，作为本发明的显示单元，也可替代而使用其他种类的非自发光型显示器件。因此，本发明的图像显示装置并不限定于液晶显示装置。另外，透射率是显示器件为液晶面板时使用的、对应每个像素的影像信号而决定的光调制系数，因而所使用的显示器件非液晶面板时，可采用其他的光调制系数。

<背光102>

背光102向液晶面板101的背面照射用于显示图像的照明光。

背光102具有光源。背光102基于从背光驱动单元107输出的控制信号，将以至少一个以上的光源为单位的发光区域作为基本单位进行控制。也就是说，基于来自背光驱动单元107的控制信号，各自独立地控制发光区域，因而能够照射按每个发光区域不同的发光亮度的光。各个发光区域和液晶面板101的图像显示区域对置设置，各自主要照射相对的图像显示区域。这里描述“主要照射”是因为有时一部分的照明光也会照射到非对置的图像显示区域。

这里，光源采用发出白色光的LED。另外，光源不限定于直接发出白色光的光源。例如，也可为将RGB的光进行混色而发出白色的光源。另外，代替LED也可使用其他种类的光源(例如，半导体激光光源或者有机EL光源等)。

<光扩散片103>

光扩散片103配置于液晶面板101和背光102之间，使照明光扩散，以使从背光102照射的该照明光相对于液晶面板101变得均匀。

<局部灰度变换单元104>

局部灰度变换单元104对输入的影像信号的每个部分区域，设定各不相同的灰度变换特性，并且根据设定的灰度变换特性，进行每个该部分区域的亮度值的变换处理。

另外，所谓部分区域表示含有至少一个以上的像素并且相对于输入的影像信号的全区域的一部分的区域。也就是说，部分区域可以为输入的影像信号具有的一个像素，也可以为多个像素的集合。另外，也可将背光102中的区域调光的控制单位的发光区域作为部分区域，也可将多个该发光区域作为部分区域。

局部灰度变换单元104的具体的结构，如实施方式1中的利用图2的说明所述。

<液晶面板驱动单元105>

液晶面板驱动单元105基于从局部灰度变换单元104输入的校正后的亮度值OS，生成控制液晶面板101中的各像素的透射率的控制信号，将该控制信号输出到液晶面板101。

<背光控制单元106>

背光控制单元106基于输入的影像信号，对背光102的每个发光区域，生成规定该背光102的发光亮度的控制信号，将该控制信号输出到背光驱动单元107。

具体而言，背光控制单元106基于发光区域所包含的像素的亮度值，计算该发光区域的亮度值。例如，也可将上述发光区域所包含的像素的亮度值中的最大的亮度值作为发光区域的亮度值。另外，也可对发光区域所包含的像素具有的亮度值的平均值、以及该发光区域所包含的像素具有的亮度值的最大值的各个值进行加权，将其加权结果的合成值作为发光区域的亮度值。这里，设定用于加权的权重，以使平均值和最大值之差越大，越增加平均值的权重，平均值和最大值的差越小，越增加最大值的权重。根据该特性，能够避免对发光区域所包含的最大值过于敏感地反应，而设定闪烁等少的适当的背光的发光亮度。

进而，背光控制单元106对如上述计算的发光区域的亮度值进行过滤处理，以使与相邻的发光区域的边界不醒目。具体而言，采用二维的低通滤波器对发光区域进行过滤处理。

并且，基于过滤处理后的亮度值，生成实际地使背光102发光的控制信号

另外，对于背光102的发光亮度的决定，也可使用从以往提出的各种方法中的任何一种也能够以上述的发光区域内的像素所具有的亮度值、或者RGB的最大值、平均值或混合最大值与平均值的值等为基准，对每个发光区域决定背光102的发光亮度。另外，也可不只参照发光区域内的像素，还参照周围的发光区域的像素，来决定该发光区域的发光亮度。另外，也可考虑之前的帧或者之前的字段的信息以及运动矢量决定发光亮度。该情况下，能够实现边缘的晃动以及闪烁少的区域调光控制。

<背光驱动单元107>

背光驱动单元107基于从背光控制单元106输出的控制信号，生成对每个发光区域控制背光102的控制信号，将该控制信号输出到背光102。

图像显示装置的控制单元12中进行的设定液晶面板101的透射率的动作，如实施方式1中的用图4的说明所述。图像显示装置的控制单元12中进行的设定背光102的发光亮度的动作，如实施方式1中的利用图5的说明所述。

图9A～图9F是用于说明本实施方式2的亮度值的变换处理的作用效果的图。另外，图9A～图9F的横轴是影像信号的在水平方向上连续的像素，为了便于说明，划分成5个区间BLK1～5而记载。也就是说，在区间BLK1～5内分别含有多个像素。影像信号内的像素与区间BLK1～5的关系，如实施方式1中的利用图7的说明所述。另外，假设以区间(BLK)单位控制背光102的亮度。

图9A是表示输入的影像信号的在区间BLK1～5内的像素的亮度值的图。图9B是表示背光102的亮度的图。图9C是表示输入的影像信号的在区间BLK1～5内的像素的周围明度的图。。图9D是表示从液晶面板驱动单元105输出的控制信号规定的液晶面板101的透射率的图。图9E是表示液晶面板101的被控制后的显示亮度的图。图9F是表示液晶面板101上的视觉上的亮度的图。

在图9B中，虚线表示从背光驱动单元107输出的控制信号规定的每个发光区域的背光102的发光亮度。实线表示液晶面板101的背面亮度。也就是说，背光102以根据控制信号对每个区间规定的亮度发出照明光(图9B的虚线)，该照明光例如通过光扩散片103的作用而扩散。因此，例如像区间BLK2、3那样，在相邻的区间之间背光102的发光亮度存在差异的情况下，实际地到达液晶面板101的背面的照明光的亮度，对每个像素不相同(图9B的实线)。另外，在本实施方式2中，不同于实施方式1，不进行每个像素的背面亮度的估计。

另外，如图9A所示，输入的影像信号的亮度值不恒定的情况下，在产生亮度值的变化的部分(例如，区间BLK2)以及其周边(例如，区间BLK1)中，对每个像素周围明度不相同(图9C)。

这样，在某个像素的亮度值和其周围明度之间存在差异(即，局部对比度)的情况下，由局部灰度变换单元104对该像素(即，局部地)进行采用前述的灰度变换特性来增强该差异的灰度校正(亮度值的变换处理)。

对比图9A与图9C可知：例如，在区间BLK2内的中央部分，像素的亮度值小于该像素的周围明度。因而，对该部分的各像素，进行使亮度值更小的灰度校正，基于校正后的亮度值所决定的液晶面板101的透射率如图9D中以左侧的圆形框围着的那样，周围越亮，透射率越低。

例如，在区间BLK1、2的边界附近部分，像素的亮度值大于该像素的周围明度。因此，对于该部分的各像素，应该进行使亮度值更大的灰度校正。但是，该部分的各像素的亮度值已经是可设定范围内的最大值，使亮度值更大的灰度校正即使计算上可能，但是在物理上不可实现的。也就是说，对于该部分的各像素，透射率不会脱离液晶面板101中可实现的范围而进一步提高(在图9D中，以虚线所示的现象)，而被维持在最大值。

例如，在区间BLK4的左侧部分，像素的亮度值大于该像素的周围明度。因而，对该部分的各像素，进行使亮度值更大的灰度校正，基于校正后的亮度值所决定的液晶面板101的透射率如图9D中以右侧的圆形框围着的那样，周围越暗，透射率越高。

例如，在区间BLK4的中央部分，像素的亮度值小于该像素的周围明度。因此，对于该部分的各像素，应该进行使亮度值更小的灰度校正。但是，该部分的各像素的亮度值已经是可设定范围内的最小值，使亮度值更小的灰度校正即使计算上可能，但是在物理上不可实现的。也就是说，对于该部分的各像素，透射率不会脱离液晶面板101中可实现的范围而进一步降低(在图9D中，以虚线所示的现象)，而被维持在最小值。

液晶面板101的显示亮度(图9E)为在图9B中以实线表示的背面亮度(即，实际地到达液晶面板101的背面的照明光的亮度)和在图9D中以实线表示的透射率的乘积。

因而，如图9E所示，例如在区间BLK2中，面对暗区域的亮区域的端部的亮度由于背面亮度的降低而降低，但相应程度地，面对亮区域的暗区域的端部的亮度也由于灰度校正的效果而降低。此时，由于用户的视觉上产生的明暗对比的效果，补偿亮区域的亮度降低，能使用户感觉该区域的亮度保持在原来的等级(最大值)(区间BLK2的向上的箭头)。

进而，例如在区间BLK4中，面对亮区域的暗区域的端部的亮度由于背面亮度的上升而上升(即，现象为产生泛白)，但相应程度地，面对暗区域的亮区域的端部的亮度也由于灰度校正的效果而上升。此时，由于用户的视觉上产生的明暗对比的效果，补偿暗区域的亮度上升，能使用户感觉该区域的亮度保持在原来的等级(最小值)(区间BLK4的向下的箭头)。

也就是说，在透射率因物理性特性而不能表现的区域中，利用明暗对比的特性设定液晶面板101的发光亮度(图9E)。据此，能够表现亮度(图9F)，以原样保持明亮部分的亮度，泛白不被察觉。另外，在本实施方式中，像BLK3那样的中间程度的明亮度被显示为暗于输入信号。

如上所述，根据本实施方式2，局部灰度变换单元104能够将输入的影像信号的亮度值通过利用了人的视觉特性的灰度变换特性进行变换。进而，液晶面板驱动单元105基于局部灰度变换单元104的变换结果，生成控制液晶面板101的透射率的控制信号，将该控制信号输出至液晶面板101，由此能够进行透射率的控制。另外，背光控制单元106能够设定对背光102的每个发光区域规定发光亮度的亮度值。进而，背光驱动单元107基于对每个发光区域规定的亮度值，生成使背光102发光的控制信号，将该控制信号输出至背光102，由此能够对背光102的LED以每个发光区域不同的发光亮度进行控制。

尤其，在本实施方式2中，如上所述，通过利用了人的视觉特性的灰度变换特性进行亮度值的变换，因而能够利用人类的视觉特性补偿因液晶面板101的物理性制约造成的亮度不均、或者由局部的对比度降低引起的图像质量劣化。

(实施方式3)

下面说明实施方式3。

在实施方式2中，以图3所示的连接●的直线，即经原点斜率为1的直线为基准，设定局部灰度变换单元104中的动态灰度变换单元202的灰度特性。如此设定的情况下，形成视觉上的亮度不变更而只增强局部的对比度的特性。

但是，进行区域调光控制的情况下，基于输入的影像信号的亮度值，对背光102的每个发光区域设定不同亮度值。具体而言，设定为小于输入的影像信号的亮度值的亮度值

因此，在基于输入的影像信号的亮度值设定液晶面板101的透射率的情况下，背光102的发光区域的亮度值变小，因而液晶面板101上所显示的亮度值比实际地要显示的亮度暗。

于是，在本实施方式3中，其特征在于：设定动态灰度校正单元202的灰度变换特性，以使不仅增强影像信号的局部的对比度，而且提高视觉上的亮度。

通过将如上所述由输入的影像信号规定的亮度值利用使视觉上的亮度提高的灰度变换特性进行变换，从而能够即使进行了区域调光控制的结果是降低了背光102的亮度值的情况下，不仅能够补偿因液晶面板的物理性制约造成的亮度不均或者由局部的对比度降低引起的图像质量劣化，而且能够以与不进行区域调光控制的影像信号的显示亮度相近的显示亮度，显示该影像信号。

另外，与本实施方式2的不同之处仅在于动态灰度校正单元202所保持的灰度变换特性，其他的结构均相同

以下，说明由动态灰度校正单元202保持的灰度变换特性。

图10是表示本发明实施方式3的灰度变换特性的图。

如实施方式1中的说明所述，以影像信号整体的灰度变换特性为基准，设定相对于各周围明度US的灰度变换特性。在本实施方式3中，为了提高视觉上的亮度，如图10所示，以位于经原点斜率为1的直线的上侧的方式，将影像信号整体的灰度变换特性设定成曲线801。并且，以该曲线801为基准，将每个周围明度US的灰度变换特性设定为从曲线802至曲线809。另外，在图10中，为了便于说明，只图示了8个灰度变换特性，为了能够进行更精密的灰度校正，优选设定更多的灰度变换特性。

另外，随着周围明度US变小(变暗)，动态灰度校正单元202所设定的灰度变换特性从曲线809向曲线802推移。也就是说，在固定了变换像素的亮度值的情况下，随着变换像素的周围变暗，变换后的亮度值OS的值变大(变明亮)。

另一方面，随着周围明度US变大(变明亮)，动态灰度校正单元202设定的灰度变换特性从曲线802向曲线809推移。也就是说，在固定变换像素的亮度值时，随着变换像素的周围变明亮，变换后的亮度值OS的值变小(变暗)。

图11A～图11F是用于说明本实施方式3的亮度值的变换处理的作用效果的图。另外，图11A～图11F的横轴是影像信号的在水平方向上连续的像素，为了便于说明，划分成5个区间BLK1～5而记载。也就是说，在区间BLK1～5内分别含有多个像素。影像信号内的像素与区间BLK1～5的关系，如实施方式1中的利用图7的说明所述。另外，假设以区间(BLK)单位控制背光102的亮度。

图11A是表示输入的影像信号的在区间BLK1～5内的像素的亮度值的图。图11B是表示背光102的亮度的图。图11C是表示输入的影像信号的在区间BLK1～5内的像素的周围明度的图。。图11D是表示从液晶面板驱动单元105输出的控制信号规定的液晶面板101的透射率的图。图11E是表示液晶面板101的被控制后的显示亮度的图。图11F是表示液晶面板101上的视觉上的亮度的图。

在图11B中，虚线表示从背光驱动单元107输出的控制信号规定的每个发光区域的背光102的发光亮度。实线表示液晶面板101的背面亮度。也就是说，背光102以根据控制信号对每个区间规定的亮度发出照明光(图11B的虚线)，该照明光例如通过光扩散片103的作用而扩散。因此，例如像区间BLK2、3那样，在相邻的区间之间背光102的发光亮度存在差异的情况下，实际地到达液晶面板101的背面的照明光的亮度(背面亮度)，对每个像素不相同(图11B的实线)。另外，在本实施方式3中，与实施方式2同样，不进行每个像素的背面亮度的估计。

另外，如图11A所示，输入的影像信号的亮度值不恒定的情况下，在产生亮度值的变化的部分(例如，区间BLK2)以及其周边(例如，区间BLK1)中，对每个像素周围明度不相同(图11C)。

这样，在某个像素的亮度值与其周围明度之间存在差异(即，局部对比度)的情况下，由局部灰度变换单元104对该像素(即，局部地)进行采用前述的灰度变换特性来增强该差异的灰度校正(亮度值的变换处理)。

对比图11A与图11C可知：例如，在区间BLK2内的中央部分，像素的亮度值小于该像素的周围明度。因而，对该部分的各像素，进行使亮度值更小的灰度校正，基于校正后的亮度值所决定的液晶面板101的透射率，如图11D中以左侧的圆形框围着的那样，周围越明亮，透射率越低。

例如，在区间BLK1、2的边界附近部分，像素的亮度值大于该像素的周围明度。因此，对于该部分的各像素，应该进行使亮度值更大的灰度校正。但是，该部分的各像素的亮度值已经是可设定范围内的最大值，使亮度值更大的灰度校正即使计算上可能，但是在物理上不可实现的。也就是说，对于该部分的各像素，透射率不会脱离液晶面板101中可实现的范围而进一步提高(在图11D中，以虚线所示的现象)，而被维持在最大值。

例如，在区间BLK4的左侧部分，像素的亮度值大于该像素的周围明度。因而，对该部分的各像素，进行使亮度值更大的灰度校正，基于校正后的亮度值所决定的液晶面板101的透射率，如图11D中以右侧的圆形框围着的那样，周围越暗，透射率越高。

例如，在区间BLK4的中央部分，像素的亮度值小于该像素的周围明度。因此，对于该部分的各像素，应该进行使亮度值更小的灰度校正。但是，该部分的各像素的亮度值已经是可设定范围内的最小值，使亮度值更小的灰度校正即使计算上可能，但是在物理上不可实现的。也就是说，对于该部分的各像素，透射率不会脱离液晶面板101中可实现的范围而进一步降低(在图11D中，以虚线所示的现象)，而被维持在最小值。

进而，在本实施方式3中，对于灰度变换特性设定有使半色调的亮度值提高的特性，因而即使不进行基于背面亮度的估计值的亮度值的再校正，也能够在半色调的区域中，使液晶面板101的透射率(图11D)整体地上升。

液晶面板101的显示亮度(图11E)为在图11B中以实线表示的背面亮度和在图11D中以实线表示的透射率的乘积。

因而，如图11E所示，例如在区间BLK2中，面对暗区域的亮区域的端部的亮度由于背面亮度的降低而降低，但相应程度地，面对亮区域的暗区域的端部的亮度也由于灰度校正的效果而降低。此时，由于用户的视觉上产生的明暗对比的效果，补偿亮区域的亮度降低，能使用户感觉该区域的亮度保持在原来的等级(最大值)(区间BLK2的向上的箭头)。

进而，例如在区间BLK4中，面对亮区域的暗区域的端部的亮度由于背面亮度的上升而上升(即，现象为产生泛白)，但相应程度地，面对暗区域的亮区域的端部的亮度也由于灰度校正的效果而上升。此时，由于用户的视觉上产生的明暗对比的效果，补偿暗区域的亮度上升，能使用户感觉该区域的亮度保持在原来的等级(最小值)(区间BLK4的向下的箭头)。

也就是说，在透射率因物理性特性而不能表现的区域中，利用明暗对比的特性设定液晶面板101的发光亮度(图11E)。据此，能够表现亮度(图11F)，以原样保持明亮部分的亮度而泛白的现象不被察觉。

进而，通过对于灰度变换特性设定使半色调的亮度值提高的特性，能够补偿区域调光控制引起的亮度降低，据此，能够实现与输入的影像信号的亮度值同等的、液晶面板101的显示亮度。

如上所述，根据本实施方式3，在动态灰度校正单元202中，设定使影像信号整体的视觉上的亮度提高、同时使半色调更明亮的灰度变换特性。据此，即使在进行区域调光控制的结果在背光102的亮度值降低的情况下，不仅能够补偿因液晶面板的物理性制约造成的亮度不均或者由局部的对比度降低引起的图像质量劣化，而且能够以与不进行区域调光控制的影像信号的显示亮度相近的显示亮度显示该影像信号。换言之，在本实施方式3中，即使不进行如实施方式1那样的背光102的背面亮度的估计以及基于该估计结果的亮度值的再校正，也能够实现与实施方式1同样的作用效果。

(实施方式4)

下面说明实施方式4。

进行区域调光控制的情况下，如在实施方式3中说明，通常，液晶面板101上显示的亮度值比实际地要显示的亮度暗

为了解决此问题，在本实施方式4中，其特征在于：在动态灰度校正单元202中使用使影像信号的半色调的亮度值提高的灰度变换特性，并且背光控制单元106使用局部灰度变换单元104的输出结果即校正后的亮度值OS。

通过采用如上所述的结构，能够补偿由于区域调光控制变暗的半色调的亮度值。

下面，参照附图说明本实施方式4。

图12是表示本发明实施方式4的图像变换装置的结构的方框图。

本实施方式4的图像变换装置的控制单元1001具有背光控制单元1002以代替背光控制单元106。

另外，对与实施方式1、2同样的结构附加同一标号，并省略其详细的说明。

背光控制单元1002基于从局部灰度变换单元104输出的校正后的亮度值，对背光102的每个发光区域，生成规定该背光102的发光亮度的控制信号，将该控制信号输出到背光驱动单元107。之后的动作与实施方式1、2同样。

图13A～图13F是用于说明本实施方式4的亮度值的变换处理的作用效果的图。另外，图13A～图13F的横轴是影像信号的在水平方向上连续的像素，为了便于说明，划分成5个区间BLK1～5而记载。也就是说，在区间BLK1～5内分别含有多个像素。影像信号内的像素与区间BLK1～5的关系，如实施方式1中的利用图7的说明所述。另外，假设以区间(BLK)单位控制背光102的亮度。

图13A是表示输入的影像信号的在区间BLK1～5内的像素的亮度值的图。图13B是表示背光102的亮度的图。图13C是表示输入的影像信号的在区间BLK1～5内的像素的周围明度的图。图13D是表示从液晶面板驱动单元105输出的控制信号规定的液晶面板101的透射率的图。图13E是表示液晶面板101的被控制后的显示亮度的图。图13F是表示液晶面板101上的视觉上的亮度的图。

在图13A中，虚线表示输入到控制单元12的影像信号的亮度值(由局部灰度变换单元104变换之前的亮度值)，实线表示输入到控制单元12并由局部灰度变换单元104变换后的亮度值。也就是说，在本实施方式4中，输入到背光控制单元1002的亮度值是在图13A中以实线表示的变换后的亮度值。

在图13B中，虚线表示从背光驱动单元107输出的控制信号规定的每个发光区域的背光102的发光亮度。背光控制单元1002输入在图13A中以实线表示的变换后的亮度值，因此与输入在图13中以虚线表示的变换前的亮度值的情况相比，背光102的发光亮度高。

在图13B中，实线表示液晶面板101的背面亮度。也就是说，背光102以根据控制信号对每个区间规定的亮度发出照明光(图13B的虚像)，该照明光例如通过光扩散片103的作用而扩散。因此，例如像区间BLK2、3那样，在相邻的区间之间背光102的发光亮度存在差异的情况下，实际地到达液晶面板101的背面的照明光的亮度(背面亮度)，对每个像素不相同(图13B的实线)。另外，在本实施方式4中，与实施方式2、3同样，不进行每个像素的背面亮度的估计。

另外，如图13A所示，输入到控制单元12的影像信号的亮度值不恒定的情况下，在产生亮度值的变化的部分(例如，区间BLK2)以及其周边(例如，区间BLK1)中，对每个像素周围明度不相同(图13C)。

这样，在某个像素的亮度值与其周围明度之间存在差异(即，局部对比度)的情况下，由局部灰度变换单元104对该像素(即，局部地)进行采用前述的灰度变换特性来增强该差异的灰度校正(亮度值的变换处理)。

对比图13A与图13C可知：例如，在区间BLK2内的中央部分，像素的亮度值小于该像素的周围明度。因而，对该部分的各像素，如图13A中以左侧的圆形框围着的那样，进行使亮度值更小的灰度校正。而且，基于校正后的亮度值所决定的液晶面板101的透射率，如图13D中以左侧的圆形框围着的那样，周围越明亮，透射率越低。

例如，在区间BLK1、2的边界附近部分，像素的亮度值大于该像素的周围明度。因此，对于该部分的各像素，应该进行使亮度值更大的灰度校正。但是，该部分的各像素的亮度值已经是可设定范围内的最大值，使亮度值更大的灰度校正即使计算上可能，但是在物理上不可实现的。也就是说，对于该部分的各像素，透射率不会脱离液晶面板101中可实现的范围而进一步提高(在图13D中，以虚线所示的现象)，而被维持在最大值。

例如，在区间BLK4的左侧部分，像素的亮度值大于该像素的周围明度。因而，对该部分的各像素，如图13A中以右侧的圆形框围着的那样，进行使亮度值更大的灰度校正。而且，基于校正后的亮度值所决定的液晶面板101的透射率，如图13D中以右侧的圆形框围着的那样，周围越暗，透射率越高。

例如，在区间BLK4的中央部分，像素的亮度值小于该像素的周围明度。因此，对于该部分的各像素，应该进行使亮度值更小的灰度校正。但是，该部分的各像素的亮度值已经是可设定范围内的最小值，使亮度值更小的灰度校正即使计算上可能，但是在物理上不可实现的。也就是说，对于该部分的各像素，透射率不会脱离液晶面板101中可实现的范围而进一步降低(在图13D中，以虚线所示的现象)，而被维持在最小值。

进而，在本实施方式4中，对于灰度变换特性设定有使半色调的亮度值提高的特性，因而即使不进行基于背面亮度的估计值的亮度值的再校正，也在半色调的区域中，能够使液晶面板101的透射率(图13D)整体地上升。

液晶面板101的显示亮度(图13E)为在图13B中以实线表示的背面亮度和在图13D中以实线表示的透射率的乘积。

因而，如图13E所示，例如在区间BLK2中，面对暗区域的亮区域的端部的亮度由于背面亮度的降低而降低，但相应程度地，面对亮区域的暗区域的端部的亮度也由于灰度校正的效果而降低。此时，由于用户的视觉上产生的明暗对比的效果，补偿亮区域的亮度降低，能使用户感觉该区域的亮度保持在原来的等级(最大值)(区间BLK2的向上的箭头)。

进而，例如在区间BLK4中，面对亮区域的暗区域的端部的亮度由于背面亮度的上升而上升(即，现象为产生泛白)，但相应程度地，面对暗区域的亮区域的端部的亮度也由于灰度校正的效果而上升。此时，由于用户的视觉上产生的明暗对比的效果，补偿暗区域的亮度上升，能使用户感觉该区域的亮度保持在原来的等级(最小值)(区间BLK4的向下的箭头)。

也就是说，在透射率因物理性特性而不能表现的区域中，利用明暗对比的特性设定液晶面板101的发光亮度(图13E)。据此，能够表现亮度(图13F)，以原样保持明亮部分的亮度而泛白的现象不被察觉。

进而，通过对于灰度变换特性设定使半色调的亮度值提高的特性，能够补偿区域调光控制引起的亮度降低，据此，能够实现与输入的影像信号的亮度值同等的、液晶面板101的显示亮度。

另外，在本实施方式4中，背光控制单元1002使用校正后的亮度值设定背光102的发光亮度，因而在灰度变换特性中设定的、提高半色调的明亮度的特性也可以比利用图8所说明的特性稍弱。

以上说明了本发明的各实施方式。

另外，上述各实施方式例如与其他的实施方式适当地进行组合等，可以加以各种变更来实施。

另外，例如，在上述各实施方式中，为了简化说明，没有特别留意颜色而以输入影像信号为亮度来加以说明，但本发明不限定于单色，毋庸置疑，也可适用于彩色。

另外，在RGB独立地进行背光102的控制的情况下，将影像信号置换成R信号、G信号、和B信号，从而独立地控制3信道即可。

另外，在背光是白色而仅控制其亮度的情况下，即使对于全彩图像，也将RGB变换成亮度/色差信号，对亮度信号进行同样的处理即可。另外，也可代替亮度信号而利用RGB的最大值等，这对于防止色饱和发挥特别的效果。

另外，在上述各实施方式中，以液晶显示装置为例加以说明，但并不限定于此。只要是利用液晶以及DMD(Digital Mirror Device：数码微镜器件)之类的能够改变透射率或者反射率的元件、以及可分割点亮的光源的装置，则本发明也可适用于投影机等其他图像显示装置。

另外，在上述各实施方式中，将基于配置在变换像素的周围的像素的亮度值计算周围明度US，并且基于该周围明度US设定灰度变换特性的结构作为例子进行说明。但是，本发明的结构不限于该结构，例如，也可为基于配置在该变换像素的周围的像素的亮度值而生成柱状图，并基于该柱状图的形状，在动态灰度校正单元设定灰度变换特性的结构。

2009年9月29日提交的日本专利申请特愿2009-223980号所包含的说明书、说明书附图和说明书摘要的公开内容全都引用于本申请。

工业实用性

本发明的显示装置和显示方法在区域调光技术中，具有能够利用人的视觉特性补偿因显示器件的物理性制约造成的亮度不均或者由局部的对比度降低引起的图像质量劣化的效果，适用于液晶显示装置等的图像显示装置。

Claims (10)

1.显示装置，包括：

光调制单元，将照明光根据光调制系数进行调制，从而在画面上显示图像；

照射单元，以对所述画面的每个发光区域不同的照射光量，向所述光调制单元照射照明光；

控制单元，对每个发光区域控制所述照射单元中的发光亮度；

变换单元，对影像信号实施灰度变换的处理，并对每个像素获取变换后的亮度值；以及

驱动单元，基于获取的变换后的亮度值，对每个像素控制所述光调制系数，

所述变换单元对于所述影像信号内的处理对象像素，设定所述处理对象像素的周围明度越高，使所述处理对象像素的亮度值越低的变换特性，并使用设定的变换特性进行灰度变换。

2.如权利要求1所述的显示装置，

所述变换单元检测所述处理对象像素的周围的平均明亮度作为所述处理对象像素的周围明度。

3.如权利要求1所述的显示装置，

所述变换特性包括不使与周围明度相等的亮度值变化的特性。

4.如权利要求1所述的显示装置，

所述变换特性包括使半色调的亮度值提高的特性。

5.如权利要求1所述的显示装置，

所述控制单元基于获取的变换后的亮度值，对每个发光区域控制所述照射单元的发光亮度。

6.如权利要求1所述的显示装置，

所述变换单元进行使位于所述光调制系数为所述光调制单元的可实现范围内的最大值的像素的附近的处理对象像素的亮度值降低的灰度变换。

7.如权利要求1所述的显示装置，

所述变换单元进行使位于所述光调制系数为所述光调制单元的可实现范围内的最小值的像素的附近的处理对象像素的亮度值上升的灰度变换。

8.显示装置，包括：

光调制单元，将照明光根据光调制系数进行调制从而在画面上显示图像；

照射单元，以对所述画面的每个发光区域不同的光量，向所述光调制单元照射照明光；

控制单元，对每个发光区域控制所述照射单元中的发光亮度；

影像校正单元，基于到达所述光调制单元的照明光的光量，校正影像信号；

变换单元，对所述影像信号实施灰度变换的处理，并对每个像素获取变换后的亮度值；以及

驱动单元，基于获取的变换后的亮度值，对每个像素控制所述光调制系数，

所述变换单元对于所述影像信号内的处理对象像素，使用所述处理对象像素的周围明度越高，使所述处理对象像素的亮度值越低的变换特性，进行增强局部对比度的灰度变换。

9.显示方法，包括：

光调制步骤，将照明光根据光调制系数进行调制，从而在画面上显示图像；

照射步骤，以对所述画面的每个发光区域不同的照射光量，向光调制单元照射照明光；

控制步骤，对每个发光区域控制照射单元的发光亮度；

变换步骤，对影像信号实施灰度变换的处理，并对每个像素获取变换后的亮度值；以及

驱动步骤，基于获取的变换后的亮度值，对每个像素控制所述光调制系数，

所述变换步骤中，对于所述影像信号内的处理对象像素，使用所述处理对象像素的周围明度越高，使所述处理对象像素的亮度值越低的变换特性，进行增强局部对比度的灰度变换。

10.显示方法，包括：

光调制步骤，将照明光根据光调制系数进行调制，从而在画面上显示图像；

照射步骤，以对所述画面的每个发光区域不同的光量，向光调制单元照射照明光；

控制步骤，对每个发光区域控制照射单元的发光亮度；

影像校正步骤，基于到达所述光调制单元的照明光的光量，校正影像信号；

变换步骤，对所述影像信号实施灰度变换的处理，并对每个像素获取变换后的亮度值；以及

驱动步骤，基于获取的变换后的亮度值，对每个像素控制所述光调制系数，

所述变换步骤中，对于所述影像信号内的处理对象像素，使用所述处理对象像素的周围明度越高，使所述处理对象像素的亮度值越低的变换特性，进行增强局部对比度的灰度变换。

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