JP2005258404A - 液晶表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】
液晶ＴＶの高画質化を実現するため、１）メリハリのある表示のためにダイナミックレンジを広く、２）鮮やかな色を出すために色再現範囲が広く、３）動画ボヤケがなく鮮明な表示、の３点を同時に満足する液晶表示装置を提供すること。
【解決手段】
液晶表示部１３０と、各色毎に制御可能な３色以上で発光して液晶表示部を光照射するバックライト部１３１を有する液晶表示装置において、バックライト部１３１の発光を感知する光センサ１２２からの出力信号と、液晶表示部に表示すべく入力された画像信号と、外部環境光を感知する外光センサ１２３からの出力信号を基にして、液晶表示部１３０の色毎の表示データの変更と、バックライト部１３１の各色毎の発光量を同時に制御するコントローラ１１０とを備えた液晶表示装置。
【選択図】図１３

Description

本発明は、表示品質が良好な液晶表示装置に関するものである。
従来の液晶表示装置について、以下に説明する。
これまで、表示装置としては陰極線管（以下「ＣＲＴ」という。）が主流であったが、近年はアクティブマトリクス型の液晶表示装置（以下「ＬＣＤ」という。）が普及しつつ
ある。このＬＣＤは液晶の光透過性を利用した表示装置であり、自らは発光せず、背面に
あるバックライトの光を透過−遮断することで表示する。
また、これまで、ＬＣＤのバックライトとしては蛍光管を用いた物が多かったが、近年
、表示画像の色再現性を向上させるために、発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」という。）
をバックライトに使用した報告があり、例えば、下記非特許文献１に記載されている。
この非特許文献１に記載のＬＥＤバックライトは、赤色(以下「Ｒ」という。)のＬＥＤの温度特性が緑色（以下「Ｇ」という。）ＬＥＤや青色（以下「Ｂ」という。）ＬＥＤの温度特性と異なっているために、長時間にわたって同じ色を表示するためには、適切なフィードバック回路を設ける必要がある。
これに対して、例えば、下記非特許文献２に記載のように３色のバックライト光センサ
でフィードバック回路を構成し、各色の発光期間を調節することで色調整する方式が報告
されている。
これまでの液晶表示装置の適用製品は、ノートパソコンの画面やデスクトップパソコン
用モニタが主であったが、近年、ＴＶ受信機としても使用され始めている。ＴＶ受信機と
しての映像表示装置としては、表示物を忠実に再現するのみならず、美しく表示すること
が重要であり、その一例として、ＣＲＴでは、白ピーク表示特性を利用して、全面表示時
のコントラスト比以上のダイナミックレンジで表示を実現している。
液晶表示装置においても、このようなより美しい表示のために、例えば、下記特許文献
１に記載されているように、入力された映像信号に応じて動的にコントラストの調整及び
バックライトの輝度調節をすることで、ダイナミックレンジを拡大したり、また、下記特
許文献２に記載されているように、外部環境光を測定して画面輝度を変化させて、視認性
を上げている例がある。
従来の液晶表示装置は液晶が電圧変化に応答して、表示が黒から白、若しくは白から黒
に変わるまでの応答時間が１０〜３０ｍ秒と比較的遅い。また、白から中間調や黒から中間調への応答時間は２０〜５０ｍ秒と更に遅く、ＴＶ映像など中間調表示が多く、動きのある表示をした場合、後を引くような残像現象が発生してしまう。
これら従来の液晶表示装置における表示方式は、いずれも映像信号の１周期である１フ
レームの期間、同じ画像を出し続ける「ホールド型」と呼ばれる表示方式となっている。
このホールド型の液晶表示装置に、ＴＶなどの動画を表示すると、順次動いているはず
の画像が、１フレームの間同じ位置で表示される。すなわち、表示としては１フレーム中
のある瞬間には正しい位置にある画像を表示するが、別の時間には実際にその時点で存在
する位置とは異なる場所にある画像を表示することになる。人間はそれらの画像を平均化
してみるため、像がぼやけてしまう。これらについては下記非特許文献５，６で詳しく説
明されている。
これらの問題のうち、応答速度については、例えば、映像信号源からの映像信号を１フ
レーム前の映像信号と比較し、映像信号に変化が有った場合、変化をより大きくするよう
に映像信号を変換して、次のフレームまでに当該画素の表示を当初の映像信号に対応する
値に変化させるという技術が、例えば、下記非特許文献３に記載されている。この技術に
より、中間調応答の応答速度が白表示や黒表示の応答速度とほぼ同等となり、動画表示時
の残像が改善される。
また、ホールド型発光による動画ボヤケ対策としては、例えば、液晶パネル全体を走査
して液晶を応答させ、その後に照明装置を点灯することによって、前記平均化によるボケ
をなくす技術が、例えば、下記非特許文献４に記載されている。
特許第３２１５４００号公報 特開平６−２１４５０８号公報 ＳＩＤ ０２ Digest,p.1154 ＳＩＤ ０３ Digest,p.1254 ＳＩＤ ９２ Digest,p.601(1992),H.Okumura et al ＩＤＲＣ ９７ p.203(1997),Sueoka et al 電気情報通信学会 技術報告、EID99-10,pp.55-60(1999-06) ＳＩＤ‘０１ Digest,p.986(2001)
しかしながら、液晶表示装置を用いたＴＶ受信機、いわゆる液晶ＴＶを高画質化するためには、上記背景技術の課題を全て同時に解決する必要がある。すなわち、上記背景技術では、高品質で綺麗な画像を液晶ＴＶ上で表示するための１）メリハリのある表示のためにダイナミックレンジが広く、２）鮮やかな色を出すために色再現範囲が広く、３）動画ボヤケが無く鮮明に表示される、の３点を同時に満足できないという問題があった。
本発明の目的は、このような問題，課題を解決するものである。すなわち、本発明の目
的は、ダイナミックレンジが広く、広色再現範囲で、動画ボヤケが無く鮮明に表示が可能
な液晶表示装置を提供することにある。
本発明では、上記目的を達成するために、一対の基板と、前記一対の基板間に挟持され
た液晶層と、前記液晶層に電界を印加するための複数の電極群と、前記電極群に接続され
た複数のアクティブ素子とからなり、３色以上のサブ画素構造を有する液晶表示部と、各
色毎に制御可能な３色以上で発光して液晶表示部を光照射するバックライト部とを有する
液晶表示装置において、前記バックライト部の発光を感知する光センサからの出力信号と
前記液晶表示部に表示すべく入力された画像信号とを基にして、前記液晶表示部の色毎の
表示データの変更と前記バックライト部の各色毎の発光量とを同時に制御するコントロー
ラを備えるように構成されている。
また、前記コントローラは、バックライト部の発光を感知する光センサからの出力信号
と、液晶表示部に表示すべく入力された画像信号と、外部環境光を感知する外光センサと
からの出力信号を基にして、液晶表示部の色毎の表示データの変更とバックライト部の各
色毎の発光量とを同時に制御してもよい。
本発明の液晶表示装置では、バックライト部の発光を感知する光センサからの出力信号
と、液晶表示部に表示すべく入力された画像信号と、外部環境光を感知する外光センサか
らの出力信号を基にして、液晶表示部の色毎の表示データの変更とバックライト部の各色
毎の発光量とを同時に制御するため、不要な色のバックライト光量を削減できることから
、実質的なダイナミックレンジが広がり、かつ、色再現範囲も広がる、また、動画ボヤケ
も少なくすることができる。また、どのような照明環境において、どのような画像コンテ
ンツに対しても高画質に表示ができる液晶テレビや液晶モニタを提供できる。
以下、本発明の最良の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本実施例における液晶表示装置のブロック図であって、コントローラ１１０，
表示データ変更回路１２０，バックライト光量制御回路１２１，液晶表示部１３０，バッ
クライト部１３１，バックライト光センサ１２２、から構成される。なお、液晶表示部
１３０は、同図には明示していないが、従来のものと同様に、一対の基板と、この一対の基板間に挟持された液晶層と、この液晶層に電界を印加するための複数の電極群と、この電極群に接続された複数のアクティブ素子とからなり、３色以上のサブ画素構造を有するものである。
コントローラ１１０は、パソコンやＴＶチューナーから入力される画像信号と、バック
ライト部１３１の赤，緑，青の発光強度を測定するバックライト光センサ１２２からの信
号を基に、入力された画像信号を変更する量を決定すると同時にバックライトの発光量を
決定する。
表示データ変更回路１２０は、内部に赤，緑，青の表示データ色毎のデータ変換回路を
持ち、コントローラ１１０からの出力により、入力された画像信号を色毎にデータ変換し
、液晶表示部１３０に出力する。また、バックライト光量制御回路１２１も内部に赤，緑
，青の色毎の発光制御回路を持ち、コントローラ１１０からの出力により、バックライト
部１３１の色毎の発光を制御する。
図２は、コントローラ１１０の内部ブロック図であって、コントローラ１１０の内部に
は、入力された画像信号を赤，緑，青の色信号毎に解析する回路があり、赤の画像信号デ
ータを解析する表示内容解析回路１１１と、緑の画像信号データを解析する表示内容解析
回路１１２と、青の画像信号データを解析する表示内容解析回路１１３がある。また、こ
れら色毎の画像信号データの解析結果から、データ変換量とバックライト発光量を決定す
る画質コントローラ１１４がある。
各色毎の表示内容解析回路１１１，１１２，１１３は、１画面のデータ内の最大値及び
最小値を検出する最大最小検出回路１１１１，１１２１，１１３１とそのデータを保存し
ておくレジスタ１１１２，１１２２，１１３２により構成されている。なお、ここで、本
実施例では検出回路として最大値と最小値のみを検出しているが、平均値や、さらには１
画面分の表示データの分布を検出するようにしてもよい。これらの表示コンテンツ画像の
特性を示すデータはレジスタ１１１２，１１２２，１１３２に保存され、１フレーム毎に
更新される。
一方、画質コントローラ１１４は、バックライト光センサ１２２からの信号を入力する
光センサ検出回路１１４２と、液晶表示部１３０の階調輝度特性やバックライト部１３１
の発光特性が保存されている制御量データメモリ１１４３と、光センサ検出回路１１４２
と制御量データメモリ１１４３とからの情報及び入力されるコンテンツ画像に基づいて、
出力する表示データ変更指令信号の量及びバックライト発光指令信号の量を制御する制御
量判定回路１１４１とから構成されている。
図３は、液晶表示部１３０とバックライト部１３１についての構成図であって、バック
ライト部１３１は、赤色発光ダイオード素子１３１２と２つの緑色発光ダイオード素子
１３１３と青色発光ダイオード素子１３１４とを一組として液晶表示部１３０の直下に光拡散板１３１５を挟んで、バックライトフレーム１３１１に平面的に並べた構成になっており、各色の発光ダイオードは色毎に独立に制御が可能である。なお、これらの発光ダイオードを制御するバックライト光量制御回路１２１は、発光強度を制御する手段として、発光している時間の長さを調節するパルス幅変調方式を用いている。
以上のように、本実施例においては、表示データの色毎に表示内容解析するコントロー
ラ１１０と表示データ変更回路１２０とバックライト光量制御回路１２１とがあるため、
表示データの色、つまり赤，緑，青の色データ毎に最適な表示データとバックライト光量
の組み合わせを選択できる。
例えば、表示データとして入力された赤のデータが１画面分の信号内で０〜２５５階調中の１２８階調以下であるとすれば、液晶表示部１３０の階調−輝度特性（γ特性）が
２.２（輝度＝階調の２.２乗）であるとすると、表示すべき最高輝度（１２８階調）は
２５５階調の１／４以下である。この場合、バックライト部１３１の光量を制御して１／４以下とし、表示データを１２８階調から２５５階調程度へと変更することにより、黒表示近辺の輝度を通常表示時の１／４とすることができるため、実質的にダイナミックレンジを広げることが可能である。このように、入力された画像を解析し、その結果を基に表示データの変更とバックライトの光量調節を同時に制御して、画質を向上させる方式は、前記特許文献１などに開示されている。
本実施例においては、このような制御を表示データの色（赤，緑，青）毎に実行できる
が、ただ単に従来の方式を３系統用意し、３つの色毎に実行するだけでは、画質劣化が発
生してしまう。これは液晶表示装置における赤，緑，青の制御が完全に独立となっていな
いためである。このことを図４を用いて説明する。
図４は、本実施例の液晶表示部１３０で使用している赤，緑，青のカラーフィルタの分
光透過特性とバックライト部１３１で用いている同じく赤，緑，青の発光ダイオード素子
の分光発光分布を示している。また、液晶層の分光透過特性も示してある。横軸が光の波
長で、縦軸が任意単位の透過率もしくは発光強度である。
この図４をみると、赤色のカラーフィルタ（ＣＦ（Ｒ））は約５８０ｎｍ以上の領域を透過領域とし、緑（ＣＦ（Ｇ））は約４７０ｎｍ以上約６２０ｎｍ以下、青（ＣＦ(Ｂ)）は約３７０ｎｍ以上約５４０ｎｍ以下となっている。一方、発光ダイオード素子は、赤
（ＬＥＤ（Ｒ））が約６５０ｎｍを中心に±３０ｎｍ程度、緑（ＬＥＤ(Ｇ)）が約５４５ｎｍを中心に±５０ｎｍ程度、青（ＬＥＤ（Ｂ））が４７５ｎｍを中心に±３０ｎｍ程度となっている。
ここで、問題となるのは青と緑の光が完全に分離できていないことである。図４から、
緑の発光ダイオードの発光の一部が緑のカラーフィルタのみならず、青のカラーフィルタ
も透過することがわかる。また逆に青の発光ダイオードの発光の一部も緑のカラーフィル
タを透過することも示している。緑と赤に関しては、ほとんど分離できているが、緑と青
の光に関してはお互い、独立ではなく、相関関係が有ると言うことである。
もちろん、この現象はカラーフィルタの分光透過率特性と発光ダイオードの発光特性に
依存しており、カラーフィルタの特性が良好になれば解決する可能性がある。しかし、現
状、カラーフィルタは顔料や染料系の色素を用いて造られているために、任意の波長範囲
のカラーフィルタをつくることは非常に難しい。
さらに、本実施例でバックライト部１３１の光源として用いている発光ダイオードは赤
，緑，青の色毎に発光特性の温度依存性が異なり、点灯直後の温度変化により発光強度変
化が色毎に異なる特性を示す。このことはバックライト部１３１の発光特性をセンサによ
り監視していないと、想定と異なった表示結果を示す場合があるということである。特に
、上記のように緑と青においては独立制御ではないので想定した色が出ていない可能性が
高くなる。このような温度変化により分光発光分布が変化していく光源は発光ダイオード
に限らず、レーザーなどを除く、数多くの光源は温度変化や電圧電流変化などにより分光
発光分布が変化してしまう。
そこで、本実施例では入力した画像信号を解析する回路と、液晶表示部に表示するデー
タを変更する回路、およびバックライトの発光量を制御する回路は、赤，緑，青の色毎に
独立に３系統用意してあるが、表示データの変更量やバックライトの発光量を決定するコ
ントローラは１つで、３つの入力画像信号の解析結果を基に制御している。これにより３
系統の制御はお互い独立ではなく、相関関係を持つことが可能である。
さらにコントローラには、バックライトの赤，緑，青の発光強度を感知するセンサが接
続されており、表示データの変更量やバックライトの発光量を適正に、かつ精密に制御す
ることが可能になっている。
本発明における表示データの変更やバックライト発光量制御について、その一例を図５
に示す。同図の左側に、入力された表示データ情報を示し、この情報は、バックライトの
輝度が一定であることを条件として入力されたデータである。
このデータを従来の赤，緑，青毎の独立３系統の方式で処理した場合の表示データ変更
及びバックライト発光量制御の一例を図５の右上に示す。各々の色毎に入力されたデータ
内の明るさ最大レベルを検出し（同図においては、赤が７５％、緑が１００％、青が５０％）、その検出されたレベルを明るさレベル１００％に伸長するように表示データを変更する。それと同時に１００％レベルでの表示輝度と、検出された明るさ最大レベルが想定する輝度とが同じになるように、バックライト発光量を制御する。
図５では、例えば、入力されたデータにおいては赤が最大７５％レベルの明るさである
が、これを、データを最大１００％に伸長して、バックライト発光量を０.７５ とする。
緑については入力最大レベルが１００％であるために変更しない。青については入力最大
レベルが５０％であるので、データを最大１００％に伸長して、バックライト発光量を
０.５とする。
以上が従来の独立３系統方式で処理した場合の例である。しかし、この処理では、緑と
青の相関を考慮していないため、実際には、緑のバックライトからの光により、青の表示
が想定した明るさより明るくなってしまう（青のバックライトは発光量を下げたが緑のバ
ックライトは下げていないため）。また、緑の表示は、逆に青のバックライトからの発光
量が少なくなるので想定より明るさがわずかに暗くなってしまう。一方、赤は全く影響な
くそのままであるので、ＲＧＢのバランスが崩れて、正確な色再現性ができなくなり、画
質劣化となる。
本実施例ではこれを修正するために、まず、青のバックライト発光量を緑のバックライ
トからの回り込みを考慮して０.５→０.４まで低下させる。次に、これにより明るさが下がった緑と青の表示にあわせるために赤のバックライト発光量も０.７５→０.７２と修正する。
さらに、緑のバックライトから青の表示に回り込む光により、青表示の色純度が低下す
るため、青のデータを全体に伸長させる。上記青のバックライト発光量０.４ はこのデー
タ伸長まで見込んでの数値である。以上によりＲＧＢの色バランスは入力されたデータが
想定したものとほぼ同じとなり、色純度の劣化も改善され、画質劣化が起こらなくなる。
このように、表示データの変更量やバックライトの発光量を色毎に正確に制御すること
が可能である場合、表示装置としてダイナミックレンジを広くすると言う効果の他に、色
再現範囲を広くし、かつ、動画ボヤケを抑制して動画質を向上することができる。
まず、色再現性の拡大について図６を用いて説明する。なお、発光ダイオードを光源と
して用いる場合、これまでの光源である冷陰極管（蛍光灯）よりも赤，緑，青の色純度が
高いため色再現範囲は広くなる。本実施例でもこれは該当しているのだが、これから説明
する色再現範囲はこのことではなく、低輝度領域での色再現範囲についてである。
通常、赤，緑，青毎にバックライトの発光制御が可能でない場合、３色はほぼ同程度に
発光していることになる。このような状態で液晶表示部１３０の２つの色の階調を０、つ
まり黒表示として、１つの色だけを幾つかの階調で変化させて色度を測定した結果を図６
に示す。横軸はＣＩＥ１９７６のｕ′、縦軸はｖ′である。
この図６により、階調を低くするに従って、例えば、７階調，３１階調では、各色の色
純度が劣化し、色再現範囲が狭くなっていくことがわかる。これは、液晶の階調０、つま
り黒表示が実際には全ての光を遮光しているわけではなく、ある程度の光を透過させてお
り、低輝度領域ではそれが無視できなくなってきているからである。
これに対して、本実施例では図５を用いて説明したように、バックライトの３色の発光
量を青，緑の相関を含めて正確に制御可能であり、バックライト発光量を必要最低限まで
低下させることが可能なため、低階調における不要光のもれを最小限にすることで、色再
現範囲を広げることが出来る。
次に動画質の向上について説明する。液晶表示装置など、１画面の表示を次の書き換え
まで、同じ画像を維持して（ホールドして）表示しているディスプレイ（以下「ホールド
発光型ディスプレイ」という。）では、常に動いている動画なども１画面書き換え周期
（以下「１フレーム」という。）毎のコマ送りで表示している。この１フレーム毎のコマ送りに対して、人間の眼は連続的に追従視するため、視線と表示物との不一致により動画のエッジ部分にボヤケが発生することになる。
これらについてのより詳しい説明は、非特許文献５や非特許文献６に記述されているが
、図７を用いて簡単に説明する。同図左側に示すように、背景が白の中を黒の四角形が左
から右に移動していくことを考える。この白から黒に変化していくエッジ部を拡大して考
えると、１フレームで４画素進んでいった場合、液晶ディスプレイでは１フレームの間同
じ表示をするが、視線は連続的に進んでいき、画像を積分した明るさで認識するために、
エッジ部分にはボヤケが発生してしまう。
ここで、ＣＲＴなどではある一瞬しか発光せず（インパルス型ディスプレイ）、残りは
非発光表示であるので、視線が連続的に進んでいっても、非発光表示は積分されないため
、ボヤケは発生しないことになる。
この図７では液晶の応答が理想的で、瞬時に白から黒に変化するように書いてあるが、
それでもホールド発光型ディスプレイの場合には動画ボヤケが発生してしまうことになる
。実際には液晶の応答は時間がかかるために動画ボヤケはさらに大きくなる。これを図８
に示す。
図８は、液晶の白から黒への応答が約１フレーム時間で終了する程度とした場合の動画
ボヤケの概念図である。図７の場合よりさらに動画ボヤケ量が増えている。このように動
画ボヤケ量は液晶の応答速度とフレーム周期に依存する。この動画ボヤケ量の液晶応答速
度依存性とフレーム周期依存性を図９に示す。
図９は、横軸が液晶応答速度であり、縦軸が動画ボヤケ量である。フレーム周期は線種やプロットの違いで示してある（フレーム周波数ｆｖ＝６０Ｈｚが通常で１フレーム＝
１６.６ミリ秒に相当、ｆｖ＝１２０Ｈｚでは１フレーム＝８.３ミリ秒程度）。これによると、動画ボヤケ量は応答速度を速めるだけでなく、フレーム周期を短くすることで改善されることがわかる。
フレーム周期を短くする代わりに１フレーム時間中に発光している比率を小さくするこ
とでも動画ボヤケ量は改善可能である。これはホールド型発光をインパルス型発光に近づ
けることを意味しており、発光比率を５０％とするとフレーム周期を半分にするのと同じ
効果となり、発光比率２５％でフレーム周期を２５％とするのと同等とみなされている。
一例として、図８の発光比率を５０％としたときの動画ボヤケの概念図を図１０に示す。
図８と比べて動画ボヤケ量が非常に小さくなることがわかる。
以上のように動画ボヤケを改善するためにはバックライトの発光時間を短くすることが
有効である。これに対して、本実施例では、バックライトの色毎の発光量を正確に制御で
き、この制御としてパルス幅変調により発光ダイオードの発光を調整していることから、
バックライトを白色として調整する場合や、単に赤，緑，青を単独で調整する場合に対し
て、発光量をできるだけ少なくして、発光時間をより短く調整することが可能である。
これにより、本実施例ではホールド型発光ディスプレイにおける動画ボヤケの発生を強
力に制限でき、非常に鮮明な動画を表示することができる。
次に、本実施例で使用している液晶表示部１３０について説明する。本実施例では液晶
表示部１３０で使用している液晶として、電界無印加時において、液晶分子の長軸が基板
と平行平面内に配向されており、それらの液晶分子に１方の基板からのみに配置された電
極群から電界を印加する方式、いわゆるインプレーンスイッチング方式（以下「ＩＰＳ方
式」という。）の液晶を使用している。
現在、液晶ＴＶや高画質液晶モニタ用途としては、広い視野角特性を有するＩＰＳ方式
と電界無印加時において液晶分子の長軸が基板と垂直方向に配向されており、それらの液
晶分子に２つの基板に配置された電極群から電界を印加する垂直配向方式（ヴァーティカ
ルアライメント、以下「ＶＡ方式」という。）が主に採用されている。
これら２つの液晶の方式は、どちらも偏光板と液晶の複屈折性を利用して光シャッタ機
能を実現している。これら２つの方式の違いを図１１に示す。ここで、ＩＰＳ方式は透過
率を示す式のなかで、φの項目を電界によって変化させて透過率を変化させているのに対
して、ＶＡ方式はθの項目を電界によって変化させて透過率を変化させている。
ＩＰＳ方式においては階調を変化させると言うことはφ値を変化させることであり、こ
の項目の中には波長に関する項目がないため、ＩＰＳ方式においては階調変化による液晶
の分光透過率の変化が少ないと言う特徴がある。これを図１２に示す。
図１２は、本実施例で使用しているＩＰＳ方式液晶の分光透過率分布の階調依存性であ
る。低階調から高階調まで４つの階調の分光透過率を示しているが、各分光透過率の分布
はほぼ同じ形である。他の多くの液晶方式ではこれほど分光透過率が同じ形で分布してい
る例は少ない。
このように分光透過率分布の階調変化が少ないということは、本実施例において、コン
トローラ１１０が制御したことによって表示された画像がより精度が高く忠実に再現され
ていると言うことであり、より高画質な液晶表示装置とすることができるということであ
る。
以上のように、本実施例では、液晶表示部１３０に表示すべく入力された画像信号を色
信号毎に解析する表示内容解析回路１１１，１１２，１１３と、バックライト部１３１の
発光を検知するバックライト光センサ１２２と、表示内容解析回路１１１,１１２,１１３とバックライト光センサ１２２とからの信号を基にして表示データの変更量とバックライトの発光量を制御する画質コントローラ１１４と、画質コントローラ１１４からの出力により色毎の表示データを変更する表示データ変更回路１２０と、同じく画質コントローラ１１４からの出力によりバックライトの色毎の発光量をパルス幅変調で制御するバックライト光量制御回路１２１と、赤，緑，青の発光ダイオードを光源とするバックライト部
１３１とを備えている。
すなわち、バックライト光センサ１２２からの出力信号と表示すべく入力された色毎の
画像信号とを基にしてコントローラ１１０は、液晶表示部１３０の色毎の表示データの変
更とバックライト部１３１の各色毎の発光量を、各色の相関を考慮して、同時に制御する
。
この制御により、表示画像のダイナミックレンジが広く、かつ低階調領域においても色
再現範囲が広く、さらに、動画ボヤケが無く鮮明な表示をすることが可能な液晶表示装置
となっている。また、液晶表示部にＩＰＳ方式の液晶を用いているため、階調変化におい
ても色変化が少なくさらに高画質とすることが可能である。
図１３は、本実施例におけるブロック図であって、図１と異なる点は、コントローラ
１１０に入力される情報として表示すべき画像信号とバックライト光センサ１２２からの信号だけではなく、外部環境の照明状態を検知する外光センサ１２３からの信号も入力されている。
本実施例におけるコントローラ１１０の内部ブロック図を図１４に示す。図２と異なる
点は、画質コントローラ１１４内に、バックライト光センサ１２２からの信号を入力する
バックライト光センサ検出回路１１４４と、外光センサ１２３からの信号を入力する外光
センサ検出回路１１４５があり、２つの光センサからの信号が接続されている。
液晶テレビや液晶モニタが使用される環境としては、明かりを消した深夜のリビングル
ームや医療用設備などの環境光として１Ｌｘ程度の暗い部屋から、西日の入るリビングル
ームやオフィス環境などの数百Ｌｘ以上の明るい部屋まで、色々な場面が想定される。明
るい部屋では、暗い階調は弁別されずに一つの輝度とみなされやすいために、明るめの表
示となるようし、暗い部屋では明るすぎる刺激を削って、暗い階調の部分を引き伸ばすこ
とにより暗い部分も良く視認できるようになる。
このように外部環境光条件を検知して、その情報を使って表示画像を変化させる事例は
特許文献２などで記載されているが、本実施例においては、実施例１のような色毎の表示
データの解析結果及びバックライト光センサの出力、さらに、外部環境の照明条件を検知
する光センサの出力を基に、それら色毎の相関関係を考慮した上で、色毎に表示データの
変更量やバックライトの発光量を制御している。
これにより、表示データの変更量やバックライトの発光量をさらに明確に制御すること
が可能となるため、表示のダイナミックレンジをさらに広げることが可能であり、また、
不要なバックライトの発光量を抑えることができるために色再現範囲が広がり、動画表示
時の動画ボヤケを抑制してさらに動画表示性能を高めることが可能である。
以上のように、本実施例では液晶表示部１３０に表示すべく入力された画像信号を色信
号毎に解析する表示内容解析回路１１１，１１２，１１３と、バックライト部１３１の発
光を検知するバックライト光センサ１２２と、外部環境光を感知する外光センサ１２３と
、表示内容解析回路１１１，１１２，１１３とバックライト光センサ１２２とからの信号
を基にして表示データの変更量とバックライトの発光量とを制御する画質コントローラ
１１４と、画質コントローラ１１４からの出力により色毎の表示データを変更する表示データ変更回路１２０と、同じく画質コントローラ１１４からの出力によりバックライトの色毎の発光量をパルス幅変調で制御するバックライト光量制御回路１２１と、赤，緑，青の発光ダイオードを光源とするバックライト部１３１を備えている。
すなわち、バックライト光センサ１２２からの出力信号と表示すべく入力された色毎の
画像信号と外部環境光を感知する外光センサ１２３とからの出力信号を基にして、コント
ローラ１１０は、液晶表示部１３０の色毎の表示データの変更とバックライト部１３１の
各色毎の発光量とを同時に制御する。
この制御により、外部環境に応じて表示画像のダイナミックレンジが広く、かつ低階調
領域においても色再現範囲が広く、さらに、動画ボヤケが無く鮮明な表示をすることが可
能な液晶表示装置となっている。また、液晶表示部にＩＰＳ方式の液晶を用いているため
、階調変化においても色変化が少なくさらに高画質とすることが可能である。
本実施例は以下の要件を除けば実施例１と同じである。本実施例においては液晶表示部
１３０で使用している液晶として、ＶＡ方式の液晶を用いている。ＶＡ方式の液晶は電界
無印加状態では液晶分子の長軸方向が基板の垂直方向に配向されており、面内の特定の方
向を向いているわけではない。このため、黒を表示するためには、液晶層を挟む上下の偏
光板の偏光軸が直交しているだけでよく、液晶層と偏光板の角度を精度良く一致させる必
要性がないため、他の液晶方式と比較して黒の透過率を低くすることができる。
このように黒表示時の透過率が低いと言うことは、実施例１で述べたように赤，緑，青
などの単色発光時において、他の色の光の漏れを少なくさせることができるため、低輝度
時の色再現性がさらに向上する。
以上のように、本実施例では実施例１の構成により、表示画像のダイナミックレンジが
広く、かつ低階調領域においても色再現範囲が広く、さらに、動画ボヤケが無く鮮明な表
示をすることが可能な上に、液晶表示部にＶＡ方式の液晶を用いているため、低階調領域
における色再現範囲をさらに広くできるため、さらに高画質な液晶表示装置とすることが
可能である。
なお、本実施例においても、実施例２のように外部環境光を感知するセンサを加えるこ
とにより、より正確で環境に合った表示とすることが可能になることはいうまでもない。
本実施例は以下の要件を除けば実施例２と同じである。本実施例においては、コントロ
ーラ１１０が、入力された画像信号の色毎の表示内容解析結果と、バックライト光センサ
１２２と、外光センサ１２３からの信号を基に、表示データの変更量とバックライトの発
光量を制御することには変わりないが、コントローラ１１０からの指示により、表示デー
タ変更回路１２０が実際に液晶表示部１３０へ出力する表示データは、階調特性範囲の特
定範囲だけを主に使用している。
具体的には、液晶表示部１３０の階調特性範囲を０から２５５とすると、入力された画
像データを、主に１００以上の範囲の画像データに変換して出力している。これについて
、図１５を用いて説明する。
図１５は、横軸に赤色階調（この図では赤色単色）をとり、縦軸に液晶表示部１３０を
正面から見たときの色を、横方向や斜め上方向などの角度をかえて見た場合、どの角度範
囲まで正面の色と同じ色として見えるかを示したものである。
つまり、ある画像において、正面から見える色と同じ色として見える角度範囲である。
これは正面から測定したＣＩＥ１９７６ｕ′ｖ′色度座標値と、角度を変えて測定した
ｕ′ｖ′色度座標値の差の２乗平均した値が０.０２以下である条件で求めた。以後、これを色差視野角特性と呼ぶ。
この図１５によると、本実施例で用いているＩＰＳ方式の液晶では、２５５階調領域の
なかで１００階調以上の領域において色差視野角特性が良好であり、それ以下の領域では
やや特性が落ちることが示されている。このことから、本実施例のように液晶表示部130として、ＩＰＳ方式の液晶を用いた場合、階調領域として全２５５階調内の１００階調以上を主に使うことで色差視野角特性を良好な状態で使用することができる。
これは本実施例においては、表示データ変更回路１２０が実際に液晶表示部１３０へ出
力する表示データを、全２５５階調特性範囲の１００階調以上の特定範囲だけを主に使用
するように、コントローラ１１０から出力すればよい。
以上のように、本実施例においては、実施例２と同様に、外部環境に応じて表示画像の
ダイナミックレンジが広く、かつ低階調領域においても色再現範囲が広く、さらに、動画
ボヤケが無く鮮明な表示をすることが可能な上に、液晶表示部に出力される変更後の表示
データが階調特性上の１００／２５５以上の特定領域だけを主に使うようにしているために、正面から見た色が同じ色に見える角度範囲を広くできるために、さらに高画質な液晶表示装置とすることが可能である。
本実施例は以下の要件を除けば実施例３と同じである。本実施例においては、コントロ
ーラ１１０が、入力された画像信号の色毎の表示内容解析結果と、バックライト光センサ
１２２と、外光センサ１２３からの信号を基に、表示データの変更量とバックライトの発
光量を制御することには変わりないが、コントローラ１１０からの指示により、表示デー
タ変更回路１２０が実際に液晶表示部１３０へ出力する表示データは、階調特性範囲の特
定範囲だけを主に使用している。
具体的には、液晶表示部１３０の階調特性範囲を０から２５５とすると、入力された画
像データを、主に２０から８０の範囲を除く領域の画像データに変換して出力している。
これについて、図１６を用いて説明する。
図１６は、ＶＡ方式の液晶を使用した場合の色差視野角特性の階調依存性である。横軸
は赤色階調（この図では赤色単色）であり、縦軸は実施例４で説明した色差視野角特性で
ある。この図によると、本実施例で用いているＶＡ方式の液晶では、２５５階調領域のな
かで２０から８０階調の領域において色差視野角特性が非常に悪化し、それ以外の領域で
は特性が良好であることが示されている。
このことから、本実施例のように液晶表示部１３０として、ＶＡ方式の液晶を用いた場
合、階調領域として全２５５階調内の２０〜８０階調以外の領域を主に使うことで色差視
野角特性を良好な状態で使用することができる。
これは本実施例においては、表示データ変更回路１２０が実際に液晶表示部１３０へ出
力する表示データを、全２５５階調特性範囲の２０〜８０階調以外の特定範囲だけを主に
使用するように、コントローラ１１０から出力すればよい。
以上のように、本実施例においては、実施例３と同様に、表示画像のダイナミックレン
ジが広く、かつ低階調領域においても色再現範囲が広く、さらに、動画ボヤケが無く鮮明
な表示をすることが可能であり、低階調領域における色再現範囲をさらに広くできること
が可能な上に、液晶表示部に出力される変更後の表示データが階調特性上の２０〜８０以
外の特定領域だけを主に使うようにしているために、正面から見た色が同じ色に見える角
度範囲を広くできるために、さらに高画質な液晶表示装置とすることが可能である。また
、使用を避けるべき特定領域はバックライト，位相差板，液晶表示部それぞれの仕様によ
り決定されるものである。これらの仕様変更により図１６の特性が変化した場合は、使用
を避けるべき特定領域を変更すればよい。
本実施例は以下の要件を除けば実施例３と同じである。本実施例においては、コントロ
ーラ１１０が、入力された画像信号の色毎の表示内容解析結果と、バックライト光センサ
１２２と、外光センサ１２３からの信号を基に、表示データの変更量とバックライトの発
光量を制御することには変わりないが、コントローラ１１０からの指示により、表示デー
タ変更回路１２０が実際に液晶表示部１３０へ出力する表示データは、変更前の各色間の
表示データの分布より、色間の階調分布が小さくなる（揃っている）ように変更されてい
る。
図１７に、データ変更の一例を示す。変更前のデータ階調分布は各色毎でばらばらであ
り、全く相関がない。これを、各色のデータ分布を同じ階調付近に集めるようにデータ変
更したものがデータ変更後のデータ分布である。このようにデータ変更する理由を図１８
を用いて説明する。
図１８は、ＶＡ方式の液晶を液晶表示部１３０に使用した場合に、赤を１２７／２５５
階調、青を３１／２５５階調として、緑の階調を変化させたときの色差視野角特性を示し
ている。これによると、緑の階調を赤の階調に合わせた１２７階調付近において、色差視
野角特性が良好となっていることが示されている。このことから、本実施例のように液晶
表示部１３０としてＶＡ方式の液晶を用いた場合、赤と緑と青の階調をできる限り揃える
ことで、色差視野角特性を良好な状態で使用することができる。
これは本実施例において、表示データ変更回路１２０が実際に液晶表示部１３０へ出力
する表示データを、変更前の各色毎の表示データの分布より、色間の階調分布が小さくな
る（揃っている）ように変更して、コントローラ１１０から出力することで、ある程度実
現が可能である。
以上のように、本実施例においては、実施例３と同様に、表示画像のダイナミックレン
ジが広く、かつ低階調領域においても色再現範囲が広く、さらに、動画ボヤケが無く鮮明
な表示をすることが可能であり、低階調領域における色再現範囲をさらに広くできること
が可能な上に、液晶表示部に出力される変更後の表示データが、変更前の各色間の表示デ
ータの分布より、色間の階調分布が小さくなる（揃っている）ように変更するように制御
しているために、正面から見た色が同じ色に見える角度範囲を広くできるために、さらに
高画質な液晶表示装置とすることが可能である。
本実施例は以下の要件を除けば実施例２と同じである。本実施例においてはバックライ
ト部１３１の光源として赤，緑，青の発光ダイオードを用いていることは実施例２と同じ
であるが、その配置方法が直下型ではなく、図１９に示しているように液晶表示部１３０
の直下に光散乱板１３１５を挟んで導光板１３１６を配置し、その導光板１３１６の端部
に赤色発光ダイオード素子１３１２，緑色発光ダイオード素子１３１３，青色発光ダイオ
ード素子１３１４を配置している。
発光ダイオードは素子毎に光強度やわずかな波長の違いなどの特性上のばらつきが存在
する。それら、単体素子のばらつきを吸収するため、また、赤，緑，青の単色発光ダイオ
ードの光を白色の光にうまく混ぜ合わせるためには、光の光路長をなるべく長くとること
が有効である。そして、本実施例のように発光ダイオード素子を導光板１３１６の端部に
配置するエッジ方式では、発光ダイオード素子からの光が導光板１３１６内を長距離通過
するため、特性上のばらつきや色を合わせやすい。このことは、より発光のむらが少なく
、分光発光特性が良いバックライト部１３１であるということである。
そして、このむらが少なく分光発光特性が良いバックライト部１３１を用いることによ
り、表示データの変更量やバックライトの発光量をさらに明確に制御することが可能とな
るため、表示のダイナミックレンジをさらに広げることが可能であり、また、不要なバッ
クライトの発光量を抑えることができるために色再現範囲が広がり、動画表示時の動画ボ
ヤケを抑制してさらに動画表示性能を高めることが可能である。
以上のように、本実施例においてはバックライトとしてエッジ方式のバックライトを用
いているために、さらに表示画像のダイナミックレンジが広く、かつ低階調領域において
も色再現範囲が広く、動画ボヤケをより少なくして鮮明な表示をすることが可能で、“表
示むら”も少ない液晶表示装置となっている。
本実施例は以下の要件を除けば実施例７と同じである。本実施例においてはバックライ
ト部１３１の光源配置方法としてエッジ方式としている点では実施例７と同じであるが、
図２０に示しているように導光板１３１６下に画面全体を幾つかの領域に分割して分割導
光板１３１７が配置されており、分割導光板１３１７内には反射部１３１８が配置され、
各分割導光板１３１７が導光板１３１６と密着／隔離するのを可能とするように駆動部
１３１９が各分割導光板下に配置されている。このような構成とすることで、導光板1316の端部から入射された光は分割導光板１３１７が密着している部分からのみ、液晶表示部の方向へ出射することができるようになる。
このような構成においては、発光ダイオードのパルス幅変調方式として実際に発光ダイ
オードの発光，非発光によって制御するのみならず、各分割導光板１３１７を密着／隔離
することによってもパルス幅変調が可能となる。この場合、発光ダイオードを非発光とす
る時間を短くする必要がなく、同じ発光量を確保するためには発光ダイオードの数を少な
くすることが可能である。発光ダイオードの数を少なくすると、必然的にばらつきが少な
くなることから、本実施例においては、よりバックライト部１３１の分光発光特性が良好
となる。また、発光ダイオードの数が少なくなるため、低コストにもなる。
以上のように、本実施例においては、バックライトとして、エッジ方式で導光板の下に
密着／隔離が可能な反射部つきの分割導光板を配置し、バックライトを面内で幾つかの領
域に分けて、選択集中的に発光の制御が可能であるために、発光ダイオードの数を少なく
できることから、バックライトの発光特性を更に良好とすることで、さらに表示画像のダ
イナミックレンジが広く、かつ低階調領域においても色再現範囲が広く、動画ボヤケがよ
り少なくして鮮明な表示をすることが可能で、低コストな液晶表示装置となっている。
本実施例は以下の要件を除けば実施例２と同じである。
本実施例におけるコントローラ１１０の内部ブロック図を図２１に示す。図１４と異なる点は各色毎の表示内容解析回路内には最大最小検出回路のかわりに１画面内表示データの階調分布を検出するヒストグラム検出回路となっている点である。
一般に、画像信号Ｇ（０〜２５５）と最大表示輝度を１とする規格化表示輝度Ｂの間には図２２に示すように
Ｂ＝(Ｇ／２５５)γ （式１）
なる関係を持つことが理想的であり、通常ＣＲＴの特性に合わせてγ＝２.２としている。以下、この特性をγ特性と呼ぶ。液晶表示装置は通常、バックライトを一定の輝度で発光させ、液晶の透過率を制御することにより画像を表示している。しかしながら液晶パネルは光遮断性能が不十分であり、最大透過率を１とする規格化透過率Ｔと画像信号の関係は
Ｔ＝(Ｇ／２５５)γ＋α （式２）
で表される不要な透過率αが存在し、αによる光漏れにより黒が浮くことや低階調表示の色再現範囲が低下するといった不具合が生じる。つまり理想的なγ特性で表示することが困難である。そこで、バックライトの発光輝度を可能な限り減ずることによって、αによる光漏れを抑えることが有効である。また、ＲＧＢ３色の光源毎に必要最低限の発光輝度にすることによりαによる不具合をさらに軽減することができる。
本実施例で用いた変換方法は以下のとおりである。後述するように、各色の変換指数設定回路は、各色の表示内容解析回路の出力及び外光センサ検出回路１１４５の出力に応じて、各色の入力画像信号のうち最大輝度で表示する画像信号を決定し、これを変換最大階調点ＭＡＸとする。本実施例で用いたバックライトは、各色の照明光源にＬＥＤを用いパルス幅変調により輝度を制御し、図２２に示すように、各色の照明光源の最大出射輝度を１とする規格化輝度をＬとして
Ｌ＝(ＭＡＸ／２５５)γ （式３）
なる特性を持つよう設定した。つまり液晶表示装置の入出力特性であるγ特性と同様の入出力特性としてある。これにより入力画像信号のうち、最大輝度で表示させる画像信号を選出し、これをＭＡＸとして式４に代入すると、ただちに必要最低限の照明光源発光輝度となる。これに対応し液晶の透過率は最大輝度で表示するべき階調点ＭＡＸを最大透過率に対応する画像信号に変換すればよい。より一般的には、変換前の表示輝度が変換後に保存される条件から変換後の画像信号Ｇ′は
Ｇ′＝（２５５／ＭＡＸ）×Ｇ ただしＧ′＝２５５（Ｇ′＞２５６の時）（式４）
のように変換する。
式３は累乗計算を含む比較的複雑な計算であるが、照明光源の変換式であるのでフレーム単位（数十Ｈｚ）の計算でよく、画素クロック（数十ＭＨｚ）の速度で計算が必要な画像信号変換を式４のような単純な掛算回路で構成できるので、回路の負担も少ない。
なお、ここまでの変換では実施例１で説明したＲＧＢ各色間の相関を考慮していないが、本実施例においても、この後、実施例１で説明したような各色のバックライト輝度出力及び、表示データ出力の微調整を行っている。
次に、ＭＡＸの設定方法について説明する。図２３の上段には色度座標上における色再現範囲の面積がＮＴＳＣ比で８０％以上の色再現範囲を確保しながら表示できる画像信号の範囲とＭＡＸの関係を表している。同図からわかるように、ＭＡＸが小さいほうが、より低階調側の色再現範囲を向上させることができる。また、色再現範囲を保って表示できる画像信号の範囲は周囲環境の明るさにも依存する。一般に、暗い環境に比べて、明るい環境では、低階調側の色再現範囲は低下する。これは周囲環境の光が液晶パネル表示面で反射するためである。本実施例は、画像信号及び周囲環境の明るさに応じて最適な照明光源輝度設定を行い高画質な映像を提供するものである。図２３の下段には画像解析回路によって解析された画像信号のデータ量分布を示した。制御量判定回路１１４１は、外光センサ検出回路１１４５の出力結果から各ＭＡＸ値における色再現範囲８０％以上を保って表示できる画像信号の範囲を算出し、表示内容解析回路が解析したデータ量分布から最適なＭＡＸを設定する。
図２３の例では、周囲環境の明るさが１０ｌｘの暗い環境においては、色再現範囲８０％以上表現できる画像信号範囲の中に入るデータ量が最大となるようにＭＡＸを設定した。また、周囲環境の明るさが２５０ｌｘの明るい環境では、色再現範囲８０％で表示でき得る画像信号が全て色再現範囲８０％以上となるＭＡＸを設定している。
ところで、、本実施例では液晶表示部１３０をマトリクス駆動するために、アモルファスシリコンによるＴＦＴ(Thin Film Transistor)を使用している。そして、バックライト光センサ１２２と外光センサ１２３についても、ＴＦＴと同じ基板上で液晶表示部１３０の最外周部に、同じアモルファスシリコンを用いて作りこんである。このバックライト光センサ１２２と外光センサ１２３の構造を図２４，図２５にそれぞれ示す。
図２４は基板側からの光を検出するバックライト光センサである。シールド電極９を電気的にマイナスに印加することによりトランジスタに流れる暗電流を低減し、ノイズを低減できる。また、ゲート電極２にプラスの電圧を印加することで光電流を増加させて感度を向上できる。
図２５は対向側からの光を検出する外光センサである。ゲート電極２にマイナスの電圧を印加することで暗電流を低減し、ノイズを低減できる。
どちらも一般的な光センサ部品より性能的にはおとるが、本実施例のような広いダイナミックレンジの外光環境のセンシングや、直下に置かれているバックライトの発光量センシングには、この程度の性能で充分であり、部品点数の削減による低コスト化が可能となる。
以上のように、本実施例では液晶表示装置としての入出力特性とバックライトとしての入出力特性を等しくγ特性とし、表示内容解析回路と、制御量判定回路１１４１と外光センサ１２３を備えることにより、様々な周囲環境光下において最適な変換を簡単に施すことができ、最良な画像を提供することができる。また、外光センサとバックライト光センサの両光センサ共に液晶表示内に作りこんでいるため低コストとすることができる。
本実施例は以下の要件を除けば実施例９と同じである。
本実施例におけるコントローラ１１０の内部ブロック図を図２６に示す。図２１と異なる点は字幕検出回路１１４６が加わっている点である。
本実施例においては字幕検出回路を備えることにより、より照明光源の輝度を低減し、高画質な映像を得ることができる。
ＤＶＤなどで映画を鑑賞する場合、画面に翻訳の字幕が現れることがある。この字幕は殆どの場合、白文字で画像信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）＝（２５５，２５５，２５５）の最も輝度の高い信号である。図２７に示すように、２５５階調を表現するためには変換最大階調点ＭＡＸを２５５とする必要があるが、これは照明光源を最大輝度で表示することであり、低階調側の映像を高画質で表示することが困難となる。本実施例はこのような課題を、字幕検出回路１１４６を設けることにより解決する。字幕検出回路は、画像信号中の字幕に対応する画像信号を検出し、これを制御量判定回路１１４１に送出する。制御量判定回路１１４１は、字幕検出回路１１４６から字幕有りの信号を受信した場合、字幕以外の画像信号から各色のＭＡＸを算出し、ＲＧＢそれぞれのＭＡＸの中で最も高いＭＡＸを全色共通の変換指数として決定する。このようなアルゴリズムを用いることにより、字幕以外の画像を高画質で表示し、かつ字幕の色を白色に維持したまま照明光源を低輝度化させることができる。さらに、予め周囲環境と字幕の明るさについて主観評価を行い、周囲の明るさに対して、字幕の明るさを許容できる最低の明るさを決めておき、字幕の明るさがその明るさ以上になるようにＭＡＸに制限範囲を設けることにより、読みやすい字幕を表示することができる。
以上のように本実施例では字幕検出回路を設けることで、よりバックライト発光輝度を低減できるために、映像をさらに美しく、かつ低消費電力にすることが可能となる。
本実施例は以下の要件を除けば実施例１０と同じである。
本実施例におけるコントローラ１１０の内部ブロックは実施例１０と同じであり、実施例９と比較して字幕検出回路１１４６が加えられている。
この字幕検出回路１１４６は、画像信号中の字幕に対応する画像信号を検出し、これを制御量判定回路１１４１に送出する。制御量判定回路１１４１は、字幕検出回路１１４６から字幕有りの信号を受信した場合、字幕以外の画像信号から各色の変換最大階調点MAXを設定する。ここで、ＲＧＢ毎に異なるＭＡＸが設定された場合でも、式３により字幕は画像信号（２５５，２５５，２５５）に変換され、黒画像は（０，０，０）に変換される。よって、ＲＧＢ照明光源の輝度が異なるため、字幕と黒画像に色が付くといった課題が生じる。
本実施例はこの課題を、字幕表示階調と０階調の輝度レベル変換により解決する。図
２８に示すように、仮に各色のＭＡＸがＲ：２３０，Ｇ：２００，Ｂ：１８６だったとする。この場合各色の照明光源の相対輝度はＲ：（２３０／２５５）2.2＝０.８、同様にＧ：０.５８，Ｂ：０.５となり、相対輝度が同一とならないために、白の字幕及び黒画像はαの透過率のため色がつくことになる。
そこで、以下に示すような字幕表示階調のデータ変換と、０階調のデータ変換により、それぞれの色付きを解決する。先ず、白の字幕については、ＲＧＢのうち最も低いＭＡＸを持つＢの画像信号を２５５とする。つまり液晶の相対透過率を最大の１とし、表示輝度＝照明光源の相対輝度×液晶の相対透過率＝０.５ とする。ＲとＧについては、Ｂの相対表示輝度０.５と等しくなるよう、信号変換により液晶の透過率を決定する。
０階調については、ＲＧＢのうち最も高いＭＡＸを持つＲの画像信号を０とする。つまり液晶の透過率をαとし、表示輝度＝照明光源の相対輝度×液晶の相対透過率＝０.８ ×αとする。Ｇ及びＢのについてはＲの相対表示輝度０.８×α と等しくなるように、信号変換により液晶の透過率を決定する。
以上のような信号変換を行うことにより、ＲＧＢでそれぞれ異なる照明光源の輝度制御をした際でも、白の文字及び黒画像の色付きが発生することなく、高画質な映像を表示することが可能となった。
以上のように、本実施例では字幕検出回路を備えて、字幕階調レベルと０階調レベルを表示データ変換することで、字幕の色付きや０階調である黒い部分の表示における色付きを低減できるために、さらに高画質とすることができる。
本実施例は以下の要件を除けば実施例９と同じである。
本実施例におけるコントローラ１１０の内部ブロック図を図２９に示す。図２１と異なる点はシーンチェンジ検出回路１１４７が加わっている点である。
制御量判定回路１１４１は１フレーム毎に各色の最適なＭＡＸを設定しているが、１フレーム単位の画面内情報のみからＭＡＸを決定すると不具合がある場合がある。
例えばあるシーンに背景となる領域があり、背景以外の画像の輝度変動に対応して、照明光源の輝度が変動するとする。このとき、背景の領域は照明光源の輝度変動に対して、表示輝度が変化しないように液晶の透過率を制御している。しかしながら、立ち上がり立下りの応答時間が約１０ｍｓ程度の液晶と、立ち上がり立下りの応答が数μｓのＬＥＤ光源を用いると、ＬＥＤはＭＡＸの変化に対して瞬時に目標輝度に到達するが、液晶は目標とする透過率に１フレーム時間（１６.６ｍｓ ）に対して無視できない時間を要するため、光源輝度の変換と液晶透過率の変換に事実上ずれが生じ、ちらつきとなることがある。
図３０は照明光源の輝度変動に対して、輝度が変化しない背景を表示している様子を示したものである。仮にＭＡＸが１００から２５５に大きく切り替わったとする。照明光源はパルス幅変調をしており、変換指数２５５に対応するパルス幅で発光する。液晶は照明光源の発光量の増大を抑えるように透過率を低減させる。表示輝度は液晶を透過した光の輝度と時間の積で与えられ、これが全フレームで等しくなれば輝度が変化しない背景を表示することができる。図３０中の斜線部は背景の輝度を変化させずに表示するための理想的な輝度と時間の面積を示している。
しかしながら、液晶の応答速度は十分に速くないため、斜線部の面積からはみ出した面積の輝度が表示される。このように、ＭＡＸの急激な変化は、光源と液晶の応答速度の違いに基づくちらつきをもたらすことがある。このようなちらつきの発生を抑制するためには、図３１に示すように、ＭＡＸの急激な変化に対して、そのＭＡＸを直接変換に用いるのではなく、前フレームで用いたＭＡＸに対し徐々に現フレームのＭＡＸに近づけていくのが有効である。
すなわち、本実施例においては、予めちらつきの生じないフレーム間におけるＭＡＸ変動差を調査しておき、ＭＡＸのフレーム間切り替え差が、ちらつきを生じさせない差以下の変化量となるようにＭＡＸの時間軸方向に制限を設けている。
実際には、制御量判定回路１１４１において、前のフレームのＭＡＸと、現行フレームのＭＡＸを比較して、現行フレームのＭＡＸ数値に近づく方向へ、ちらつきの生じない範囲で前フレームのＭＡＸ値を変化させている。
上記のようにフレーム間のＭＡＸ変化量に制限を設けることは、同一シーン内でのちらつきを抑えるために有効である。しかしこれだけではシーンチェンジに対応できない。つまり、全く新しい映像が入力された際は、ＭＡＸのフレーム間変化量の制限は外し、制御量判定回路１１４１が決定したＭＡＸを直接的に用いた方が、違和感のない表示ができる。
そこで、本実施例では、シーンチェンジ検出回路１１４７を設け、シーンの切り替わりを判断し、その結果に基づいてＭＡＸのフレーム間変化許容量の多少を切り替える構成とした。
つまり、同一シーン内でのＭＡＸのフレーム間変化は急激に変化しないように変化許容量を少なくし、シーンが切り替わる時は画面内情報のみから決定したＭＡＸに近い値または直接そのＭＡＸ等、変化許容量を多くして変更を行うようにした。
図３２は制御量判定回路１１４１が画面内情報のみから初期決定したＭＡＸと、シーンチェンジ検出回路１１４７からの結果に基づき、同一シーン内でフレーム間ＭＡＸ変化許容量が少ない場合とシーンチェンジでフレーム間ＭＡＸ変化許容量が多い場合を切り替えながら決定したＭＡＸを示している。
また、シーンチェンジ検出回路１１４７が出力した、シーンチェンジ量も同時に示している。ここでシーンチェンジ量とは、画像信号のヒストグラムのフレーム間差分を計算した量である。
シーンチェンジ検出回路１１４７が算出したシーンチェンジ量が小さい場合（同一シーン）では、画面内情報のみから決定したＭＡＸに対して、実際に出力されるＭＡＸは徐々に変化し、シーンチェンジ検出回路１１４７が算出したシーンチェンジ量が大きい場合
（シーンチェンジ）では、制御量判定回路１１４１が画面内情報から算出したＭＡＸを直接用いるあるいは、それに近い値とした。
以上のように、本実施例ではシーンチェンジ検出回路と、ＭＡＸのフレーム間変化量に制限があり、シーンチェンジによってフレーム間ＭＡＸ変化許容量の多少を切り替えることで、ちらつきを防止し且つシーンチェンジに対応可能な変換が可能となり、さらなる高画質を実現できる。
なお、本実施例は実施例９に適用したものであるが、実施例１０，１１及び他の実施例に適用することももちろん可能である。
実施例１における液晶表示装置のブロック図。 図１におけるコントローラ１１０の内部ブロック図。 図１における液晶表示部１３０とバックライト部１３１の構成図。 図１における液晶表示部１３０の分光特性図。 表示データ変換の従来例と本発明との比較の一例を示す図。 液晶表示における単色（赤，緑，青）の色度座標の階調依存性を示す図。 液晶表示における動画表示時の動画ボヤケの発生原理図。 液晶表示における液晶応答特性を考慮した場合の動画ボヤケ発生原理図。 液晶表示における動画ボヤケ量と液晶応答速度及びフレーム周期の関係図。 フレーム内の一部期間を非発光とした場合の動画ボヤケの発生原理図。 ＩＰＳ方式とＶＡ方式の液晶シャッタ表示原理図。 液晶表示部１３０の分光透過率の階調依存性を示す図。 実施例２における液晶表示装置のブロック図。 図１３におけるコントローラ１１０の内部ブロック図。 液晶表示部１３０の階調と色差視野角特性を示す図。 液晶表示部１３０の階調と色差視野角特性を示す図。 表示データ変換の一例を示す図。 液晶表示部１３０の階調と色差視野角特性を示す図。 液晶表示部１３０とバックライト部１３１の他の構成図。 図１９におけるバックライト部１３１の構成図。 実施例９におけるコントローラ１１０の内部ブロック図。 実施例９における液晶表示装置とバックライトの入出力特性を示す図。 実施例９における変換最大階調点ＭＡＸの選出方法例を示す図。 実施例９におけるバックライト光センサの構成図。 実施例９における外光センサの構成図。 実施例１０におけるコントローラ１１０の内部ブロック図。 実施例１０におけるＭＡＸの選出方法例を示す図。 実施例１１における表示データ変換例を示す図。 実施例１２におけるコントローラ１１０の内部ブロック図。 実施例１２におけるＭＡＸ変化量制限が無い場合の表示例を示す図。 実施例１２におけるＭＡＸ変化量制限が有る場合の表示例を示す図。 実施例１２におけるシーンチェンジを考慮したＭＡＸ変化量制限を示す図。
符号の説明
１…基板、２…ゲート電極、３…ゲート絶縁層、４…半導体層（ａ−Ｓｉ）、５…コンタクト層（ｎ＋Ｓｉ）、６…ソース電極、７…ドレイン電極、８…保護層、９…シールド電極（透明導電膜）、１０…対向基板、１１…遮光膜、１１０…コントローラ、１１１…表示内容解析回路（Ｒ）、１１２…表示内容解析回路（Ｇ）、１１３…表示内容解析回路
（Ｂ）、１１４…画質コントローラ、１２０…表示データ変更回路、１２１…バックライト光量制御回路、１２２…バックライト光センサ、１２３…外光センサ、１３０…液晶表示部、１３１…バックライト部、１１１１…最大最小検出回路（Ｒ）、１１１２…レジスタ（Ｒ）、１１１３…ヒストグラム検出回路（Ｒ）、１１２１…最大最小検出回路（Ｇ）、１１２２…レジスタ（Ｇ）、１１２３…ヒストグラム検出回路（Ｇ）、１１３１…最大最小検出回路（Ｂ）、１１３２…レジスタ（Ｂ）、１１３３…ヒストグラム検出回路(Ｂ)、１１４１…制御量判定回路、１１４２…光センサ検出回路、１１４３…制御量データメモリ、１１４４…バックライト光センサ検出回路、１１４５…外光センサ検出回路、1146…字幕検出回路、１１４７…シーンチェンジ検出回路、１３１１…バックライトフレーム、１３１２…赤色発光ダイオード素子、１３１３…緑色発光ダイオード素子、１３１４…青色発光ダイオード素子、１３１５…光拡散板、１３１６…導光板、１３１７…分割導光板、１３１８…反射部、１３１９…駆動部。

Claims (25)

  1. 一対の基板と、前記一対の基板間に挟持された液晶層と、前記液晶層に電界を印加する
    ための複数の電極群と、前記電極群に接続された複数のアクティブ素子とからなり、複数
    のサブ画素構造を有する液晶表示部と、各色毎に制御可能で各色毎に発光して液晶表示部
    を光照射するバックライト部とを有する液晶表示装置において、
    前記バックライト部の発光を感知する光センサからの出力信号と前記液晶表示部に表示
    すべく入力された色毎の画像信号とを基にして、前記液晶表示部の色毎の表示データの変
    更と前記バックライト部の各色毎の発光量とを同時に制御するコントローラを備えること
    を特徴とする液晶表示装置。
  2. 一対の基板と、前記一対の基板間に挟持された液晶層と、前記液晶層に電界を印加する
    ための複数の電極群と、前記電極群に接続された複数のアクティブ素子とからなり、複数
    のサブ画素構造を有する液晶表示部と、各色毎に制御可能で各色毎に発光して液晶表示部
    を光照射するバックライト部とを有する液晶表示装置において、
    前記液晶表示部に表示すべく入力された画像信号を色信号毎に解析する表示内容解析回
    路と、前記バックライト部の発光を検知する光センサと、前記表示内容解析回路と前記光
    センサとからの信号により表示データの色毎の変更量とバックライトの色毎の発光量とを
    導出する画質コントローラと、前記画質コントローラからの信号により前記液晶表示部に
    表示すべきデータを色毎に変更する表示データ変更回路と、前記画質コントローラからの
    信号により前記バックライト部の各色毎の発光量を制御するバックライト光量制御回路と
    を備えることを特徴とする液晶表示装置。
  3. 一対の基板と、前記一対の基板間に挟持された液晶層と、前記液晶層に電界を印加する
    ための複数の電極群と、前記電極群に接続された複数のアクティブ素子とからなり、複数
    のサブ画素構造を有する液晶表示部と、各色毎に制御可能で各色毎に発光して液晶表示部
    を光照射するバックライト部とを有する液晶表示装置において、
    前記バックライト部の発光を感知する光センサからの出力信号と、液晶表示部に表示す
    べく入力された色毎の画像信号と、外部環境光を感知する外光センサからの出力信号とを
    基にして、前記液晶表示部の色毎の表示データの変更と前記バックライト部の各色毎の発
    光量とを同時に制御するコントローラを備えることを特徴とする液晶表示装置。
  4. 一対の基板と、前記一対の基板間に挟持された液晶層と、前記液晶層に電界を印加する
    ための複数の電極群と、前記電極群に接続された複数のアクティブ素子とからなり、複数
    のサブ画素構造を有する液晶表示部と、各色毎に制御可能で各色毎に発光して液晶表示部
    を光照射するバックライト部とを有する液晶表示装置において、
    前記液晶表示部に表示すべく入力された画像信号を色信号毎に解析する表示内容解析回
    路と、前記バックライト部の発光を検知するバックライト光センサと、外部環境光を感知
    する外光センサと、前記表示内容解析回路と前記バックライト光センサと前記外光センサ
    とからの信号により表示データの色毎の変更量とバックライトの色毎の発光量を導出する
    画質コントローラと、前記画質コントローラからの信号により液晶表示部に表示すべきデ
    ータを色毎に変更する表示データ変更回路と、前記画質コントローラからの信号によりバ
    ックライトの各色毎の発光量を制御するバックライト光量制御回路を備えることを特徴と
    する液晶表示装置。
  5. 請求項１ないし４に記載の液晶表示装置において、前記バックライト部は３原色の発光
    ダイオード素子を用いており、前記バックライト部の発光制御はパルス幅変調であること
    を特徴とする液晶表示装置。
  6. 請求項１ないし５に記載の液晶表示装置において、前記液晶表示部は複数の電極群が一
    方の基板に配置され、電界無印加時において液晶分子の長軸が基板と平行平面内に配向さ
    れていることを特徴とする液晶表示装置。
  7. 請求項６に記載の液晶表示装置において、前記液晶表示部に出力される変更後の表示デ
    ータは、前記液晶表示部の階調特性上の特定部位を主に使うことを特徴とする液晶表示装
    置。
  8. 請求項７に記載の液晶表示装置において、前記液晶表示部に出力される変更後の表示デ
    ータは、前記液晶表示部の階調特性上の１００／２５５以上の領域だけを主に使うことを特徴とする液晶表示装置。
  9. 請求項１ないし５に記載の液晶表示装置において、前記液晶表示部は複数の電極群がど
    ちらの基板にも配置され、電界無印加時において液晶分子の長軸が基板と垂直方向に配向
    されていることを特徴とする液晶表示装置。
  10. 請求項９に記載の液晶表示装置において、前記液晶表示部に出力される変更後の表示デ
    ータは、前記液晶表示部の階調特性上の特定部位だけを主に使うことを特徴とする液晶表
    示装置。
  11. 請求項１０に記載の液晶表示装置において、前記液晶表示部に出力される変更後の表示
    データは、前記液晶表示部の階調特性上の２０／２５５〜８０／２５５以外の領域を主に使うことを特徴とする液晶表示装置。
  12. 請求項９に記載の液晶表示装置において、液晶表示部に出力される変更後の各色間の表
    示データの階調分布が、変更前より小さくなっている（揃っている）ことを特徴とする液
    晶表示装置。
  13. 請求項１ないし１２に記載の液晶表示装置において、前記バックライト部は発光ダイオ
    ード素子を前記液晶表示部の直下に平面的に配置していることを特徴とする液晶表示装置。
  14. 請求項１ないし１２に記載の液晶表示装置において、前記バックライト部は前記液晶表
    示部の直下に導光体を配置し、前記導光体の端部に発光ダイオード素子を配置したことを
    特徴とする液晶表示装置。
  15. 請求項１４に記載の液晶表示装置において、前記バックライト部はその面内を幾つかの
    領域に分けて、選択集中的に発光の制御が可能であることを特徴とする液晶表示装置。
  16. 請求項１に記載の液晶表示装置において、
    バックライト発光量制御におけるデータ入力−最大輝度規格化出力特性は、液晶表示装置の入力画像信号−最大輝度規格化出力特性と同じ入出力特性であり、
    液晶表示部に表示すべく入力された色毎の画像信号の解析結果に基づき変換最大階調点ＭＡＸを決定し、
    前記ＭＡＸ階調の入力画像信号を液晶透過率最大となる階調へ変換するように表示データを変更すると共に
    バックライト輝度出力を前記入出力特性においてＭＡＸが示す輝度レベルまで落とす制御をすることを特徴とする液晶表示装置。
  17. 請求項２に記載の液晶表示装置において、
    前記バックライト光量制御回路におけるデータ入力−最大輝度規格化出力特性は、液晶表示装置の入力画像信号−最大輝度規格化出力特性と同じ入出力特性であり、
    前記画質コントローラは液晶表示部に表示すべく入力された色毎の画像信号の解析結果に基づき変換最大階調点ＭＡＸを決定し、
    前記表示データ変更回路は前記ＭＡＸ階調の入力画像信号を液晶透過率最大となる階調へ変換するように表示データを変更すると共に
    バックライト光量制御回路はバックライト輝度出力を前記入出力特性においてＭＡＸが示す輝度レベルまで落とす制御をすることを特徴とする液晶表示装置。
  18. 請求項３に記載の液晶表示装置において、
    バックライト発光量制御におけるデータ入力−最大輝度規格化出力特性は、液晶表示装置の入力画像信号−最大輝度規格化出力特性と同じ入出力特性であり、
    液晶表示部に表示すべく入力された色毎の画像信号の解析結果と外光センサからの出力信号に基づき変換最大階調点ＭＡＸを決定し、
    前記ＭＡＸ階調の入力画像信号を液晶透過率最大となる階調へ変換するように表示データを変更すると共に
    バックライト輝度出力を前記入出力特性においてＭＡＸが示す輝度レベルまで落とす制御をすることを特徴とする液晶表示装置。
  19. 請求項４に記載の液晶表示装置において、
    前記バックライト光量制御回路におけるデータ入力−最大輝度規格化出力特性は、液晶表示装置の入力画像信号−最大輝度規格化出力特性と同じ入出力特性であり、
    前記画質コントローラは液晶表示部に表示すべく入力された色毎の画像信号の解析結果と外光センサからの出力信号に基づき変換最大階調点ＭＡＸを決定し、
    前記表示データ変更回路は前記ＭＡＸ階調の入力画像信号を液晶透過率最大となる階調へ変換するように表示データを変更すると共に
    バックライト光量制御回路はバックライト輝度出力を前記入出力特性においてＭＡＸが示す輝度レベルまで落とす制御をすることを特徴とする液晶表示装置。
  20. 請求項１６ないし１９に記載の液晶表示装置において
    前記バックライト光量制御回路におけるデータ入力−最大輝度規格化出力特性、及び液晶表示装置の入力画像信号−最大輝度規格化出力特性は入力信号値のγ階乗（γはガンマ特性値）で表されることを特徴とする液晶表示装置。
  21. 請求項１６ないし２０に記載の液晶表示装置において
    字幕の有無と画面内の表示場所を検出する字幕検出回路を備え、字幕ありの場合は字幕以外の画像信号の解析により前記変換最大階調点ＭＡＸを決定することを特徴とする液晶表示装置。
  22. 請求項１６ないし２１に記載の液晶表示装置において、
    入力された画像信号における各色毎の０階調信号に関して、３色の中でＭＡＸが最も高い色については０階調信号を変換せず、他の色については前記ＭＡＸが最も高い色における０階調輝度レベルと等しくなる階調に変換することを特徴とする液晶表示装置。
  23. 請求項１６ないし２２に記載の液晶表示装置において、
    字幕の有無と画面内の表示場所を検出する字幕検出回路を備え、
    入力された画像信号内の字幕表示データ信号に関して、３色の中でＭＡＸが最も低い色については字幕表示データ信号を変換せず、他の色については、それぞれの色の最大階調を、前記ＭＡＸが最も低い色における最大輝度レベルと等しくなる階調に変換することを特徴とする液晶表示装置。
  24. 請求項１６ないし２３に記載の液晶表示装置において、
    入力された画像信号の表示シーンの変化を検出するシーンチェンジ検出回路を備え、
    画面内の表示データ情報のみから決定された前記変換最大階調点ＭＡＸをシーンチェンジ検出回路からの信号により再設定することを特徴とする液晶表示装置。
  25. 請求項２４に記載の液晶表示装置において、
    前記変換最大階調点ＭＡＸはフレーム間変化量が制限されており、シーンチェンジが無い場合の変換可能量はシーンチェンジが有る場合の変換可能量より少ないことを特徴とする液晶表示装置。
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