JP2007299000A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示品位を低下させることなく、映像信号の特徴量の変化に応じた最適な映像表現を行うとともに、消費電力の低減を実現する。
【解決手段】液晶表示装置は、映像を表示する液晶パネルと、該液晶パネルを照射する光源とを備え、入力映像信号の特徴量が所定の値Ｃ３より大きいときは特徴量が大きくなるほど光源の発光輝度を小さくするように光源の発光輝度を可変制御する。ここで入力映像信号の特徴量は、入力映像信号の最大輝度レベルに対する１フレーム内の平均輝度レベルの割合である。そして所定の値Ｃ３は、入力映像信号の最大輝度レベルに対する１フレーム内の平均輝度レベルの割合が６８．２％から９０．０％の範囲内に設定されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、液晶表示装置、より詳細には入力映像信号に応じてバックライト光源の発光輝度を変化させるようにした液晶表示装置に関する。

映像信号に応じて光源光を変調する液晶パネルと、その液晶パネルを照明するためのバックライト光源を備えた液晶表示装置において、入力映像信号に応じてバックライト光源の発光輝度を制御することにより、表示映像の品位を改善するようにした技術が知られている。

例えば、入力映像信号の特徴量として１フレームにおける平均輝度レベル（Average Picture Level（以下「ＡＰＬ」という）を算出し、そのＡＰＬに応じてバックライト光源の発光輝度を調整するものや、入力映像信号の１フレームにおける画素の輝度レベルのうち、最大輝度レベル、最小輝度レベルに基づいてバックライト光源の発光輝度を調整するもの、その他入力映像信号の輝度レベルのヒストグラム等を分析することにより、バックライト光源の発光輝度の調整を行うもの等が存在する。

例えば、特許文献１には、黒浮き妨害を回避しながら、視覚上のコントラスト感を向上させ、また光沢感のある高品位映像を再現し、観察者に最適な画面輝度の映像を提供するための液晶表示装置が開示されている。特許文献１の液晶表示装置は、入力映像信号のＡＰＬを検出し、検出したＡＰＬに応じてバックライト光源の輝度を制御している。またさらに入力映像信号のピーク値を検出し、このピーク値に応じてバックライト光源の発光輝度の制御特性を補正している。
特開２００４―２５８６６９号公報

近年の液晶表示装置は、装置の大型化に伴って表示品位の向上及びバックライトの消費電力の削減が大きな課題となっている。
例えば、映像信号の特徴量であるＡＰＬのきわめて大きい映像を表示する場合は、表示品位を損なうことなく、バックライト光源の発光輝度を低下させることが可能となる。

従って、上記のような映像信号の特徴量であるＡＰＬのきわめて大きい映像を表示する場合は、バックライト光源の発光輝度を適切に低減することで、消費電力を削減することができる。

しかしながら、上記特許文献１に記載のものにおいては、映像信号の特徴量に注目して、表示映像の品位を維持しつつ消費電力を低減するという工夫技術思想は全くなされておらず、表示品位を低下させることなく、消費電力を低減することができないという問題がある。

本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、映像信号の特徴量に応じてバックライト光源の発光輝度を制御するときに、表示品位を低下させることなく、併せて消費電力の低減を実現することができるようにした液晶表示装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、第１の技術手段は、映像を表示する液晶パネルと、該液晶パネルを照射する光源とを備え、入力映像信号の特徴量が所定の値より大きいときは該特徴量が大きくなるほど前記光源の発光輝度を小さくするように前記光源の発光輝度を可変制御する液晶表示装置であって、前記入力映像信号の特徴量が、入力映像信号の最大輝度レベルに対する１フレーム内の平均輝度レベルの割合であり、前記所定の値が、前記入力映像信号の最大輝度レベルに対する１フレーム内の平均輝度レベルの割合が６８.２％から９０.０％の範囲内に設定されていることを特徴とする。

本発明によれば、入力映像信号の特徴量に応じてバックライト光源の発光輝度を制御するときに、表示品位を低下させることなく、さらなる消費電力の低減を実現することができる。

本発明に関わる液晶表示装置の実施形態によれば、入力映像信号の特徴量として、映像信号の１フレームにおける平均輝度レベル（ＡＰＬ；Average Picture Level）を使用する。そして、ＡＰＬに応じてバックライト光源の発光輝度を制御するための輝度制御テーブルを保持する。液晶表示装置では、表示すべき映像信号のＡＰＬを検出し、輝度制御テーブルの輝度制御特性を用いて、検出したＡＰＬに対応した発光輝度となるようにバックライトを制御する。このとき、ＡＰＬがきわめて小さい映像信号やきわめて大きい映像信号が入力されたときには、バックライト光源の発光輝度を適宜制御することにより、表示映像の表示品位（輝度、コントラスト、メリハリ感など）を維持しつつ、バックライトの消費電力を低減させる。

さらに液晶表示装置の調光モードに従って、もしくは液晶表示装置周囲の明るさに応じて、ＡＰＬに対するバックライト光源の発光輝度の制御特性を変化させることにより、表示映像の表示品位（輝度、コントラスト、メリハリ感など）を維持しつつ、バックライトの消費電力を低減させる。
以下に添付された図面を参照しながら、本発明の実施形態をさらに詳細に説明する。

図１は、本発明による液晶表示装置の一実施形態の構成を説明するためのブロック図である。液晶表示装置１のチューナ１２は、アンテナ１１により受信した放送信号を選局する。デコーダ１３は、チューナ１２で選局された放送信号をデコード処理して多重分離し、液晶パネル２０を駆動するための映像信号を出力する。

デコーダ１３で分離された映像信号は、映像処理部１８で各種の映像処理が行われた後、液晶パネル２０を駆動制御するＬＣＤコントローラ１９に入力する。ＬＣＤコントローラ１９では、入力した映像信号に基づいて液晶パネル２０の図示しないゲートドライバ及びソースドライバに対して液晶駆動信号を出力し、これにより映像信号に従う映像が液晶パネル２０に表示される。

また、デコーダ１３で分離された上記映像信号は、ＡＰＬ測定部１４にも出力される。ＡＰＬ測定部１４では、デコーダ１３から出力された映像信号の１フレームごとのＡＰＬを測定する。測定されたＡＰＬはフィルタ１５に送られる。ＡＰＬは、本発明における映像信号の特徴量の一つに該当し、以下では最大輝度レベルに対する割合（％）として表記することとする。本実施形態においては、輝度制御テーブル２３の輝度制御特性に基づき、ＡＰＬに応じたバックライトユニット１７の発光輝度制御が行われる。

なお、図１に示す例では、デコーダ１３でデコード処理された映像信号によりＡＰＬを測定しているが、映像処理部１８による映像処理の後にＡＰＬを測定するようにしてもよい。ただし、映像処理部１８では、例えばＯＳＤ（オンスクリーンディスプレイ）表示を行う処理や、スケーリング処理、あるいはレターボックス表示（黒マスク等による画面領域の制限）処理を行う場合がある。ここで、デコーダ１３から出力された（すなわち映像処理部１８による映像処理を行っていない）映像信号からＡＰＬを測定することにより、映像処理部１８による映像処理の影響を受けることなく、入力映像信号に対応したバックライト輝度の制御を行うことができる。従って図１のように映像処理を行う前の映像信号からＡＰＬを測定する方がより好ましい。

バックライトユニット１７は、例えば図２に示すように、液晶パネル２０の背面に取り付けられる筐体３０内に、細管形状の複数の蛍光管３１を等間隔に配設して構成される。また拡散板３２によって蛍光管３１から発光された照明光を均一拡散する。

この場合、例えばバックライトユニット１７は、バックライト制御部１６から入力するバックライト輝度調整信号に応じて、矩形波の高電位レベルと低電位レベルの信号期間比（デューティ）が変化するパルス幅変調出力を調光信号として出力する調光制御回路と、調光制御回路からの調光信号を受けてその調光信号に応じた周期及び電圧の交流電圧を発生し、これを蛍光管３１に印加して点灯駆動するインバータ（いずれも図示せず）とを含んでいる。インバータは、上記調光制御回路の出力が高電位レベルの時に動作し、低電位レベルの時は動作を停止して、調光制御回路の出力デューティに応じて間欠動作を行うことにより、光源の輝度が調節される。

また、バックライトユニット１７は、図３に示すように、液晶パネル２０の背面に取り付けられる筐体３０内に、赤色，緑色，青色の３原色からなる複数色のＬＥＤ光源、すなわち赤色光源４１，緑色光源４２，及び青色光源４３を配設して構成してもよい。ＬＥＤ光源の発光輝度は、個々のＬＥＤ光源に対するＬＥＤ電流によって制御することができる。また、図示はしないが、バックライトユニット１７として上記のような蛍光管とＬＥＤとを併用した方式のものを適用することもできる。更に、蛍光管やＬＥＤ等の光源からの光を、導光板を用いて面均一化とする、いわゆるサイドエッジ型と呼ばれる構成によって液晶パネル２０を照明するようにしてもよい。

輝度制御テーブル２３は、入力映像信号の１フレーム単位の映像信号の特徴量（ここではＡＰＬ）に応じたバックライト光源の発光輝度の関係を定めるものである。そして予めＲＯＭ等のテーブル格納メモリ２２に輝度制御テーブル２３を記憶させておき、表示すべき入力映像信号から検出されたＡＰＬに応じて、輝度制御テーブル２３によりバックライトユニット１７の発光輝度を制御する。

フィルタ１５は、ＡＰＬの測定値に応じてバックライト輝度を制御する際に、フレーム間のＡＰＬ変化に対するバックライト光源の発光輝度の追従性を規定するもので、例えば多段式のデジタルフィルタより構成されている。

フィルタ１５は、ＡＰＬ測定部１４で測定された各フレームごとのＡＰＬを入力し、各フレームに対してその過去の１または複数のフレーム分のＡＰＬとの間で、それぞれの重み付けに応じて加重平均演算を行って、出力ＡＰＬを算出する。ここでは、フレームに対して反映させる過去のフレーム段数を可変設定可能とし、現在フレームとその過去のフレーム（設定された段数分）のそれぞれに対して重み付けを設定しておく。そして現在フレームのＡＰＬと使用段数分の遅延フレームのＡＰＬをそれぞれの重み付けに応じて加重平均し出力する。これにより、実際のＡＰＬ変化に従う出力ＡＰＬの追従性を適宜設定することができる。

フィルタ１５から出力されたＡＰＬは、バックライト制御部１６に入力する。バックライト制御部１６は、使用する輝度制御テーブル２３に基づき、入力ＡＰＬに応じてバックライト輝度を調整するためのバックライト輝度調整信号を出力し、バックライトユニット１７の光源発光輝度を制御する。

また液晶表示装置１は、リモコン装置２７から送信されるリモコン制御信号を受光するためのリモコン受光部２５を備えている。リモコン受光部２５は、例えば、赤外線によるリモコン操作信号を受信するための受光ＬＥＤにより構成されている。
リモコン受光部２５によって受信したリモコン操作信号は、マイコン２１に入力され、マイコン２１では入力したリモコン操作信号に応じて所定の制御を行う。

また液晶表示装置１は、上記リモコン装置２７などの所定の操作手段に対するユーザ操作に応じて、液晶パネル２０の表示画面の明るさを調光する調光モード機能を有している。調光モード機能は、ユーザ操作に応じてバックライトユニット１７の光源発光輝度を変化させることにより、液晶パネル２０の表示画面の明るさを調光する。

具体的には、マイコン２１は、所定の操作に対するユーザ操作に応じて輝度調整係数を出力する。輝度調整係数は、ユーザ操作に応じて画面全体の明るさ設定を行うために使用される。例えば、液晶表示装置１が保持するメニュー画面等において、画面の明るさ調整項目が設定されている。ユーザは、その設定項目を操作することによって、任意の画面明るさを設定することができる。マイコン２１は、その明るさ設定を認識して、その設定された明るさに応じて乗算器２６に対して輝度調整係数を出力する。乗算器２６では、現在使用している輝度制御テーブル２３による輝度制御値に対して、輝度調整係数を乗算することにより、明るさ設定に応じた明るさでバックライトユニット１７を点灯させる。

あるいは、テーブル格納メモリ２２に調光モードの明るさ設定に応じた複数の輝度制御テーブル２３を用意しておき、マイコン２１は、調光モードによる明るさ設定を認識して、バックライトユニット１７の制御に使用する輝度制御テーブルを選択するようにしてもよい。さらに輝度制御テーブルを変更する場合、演算等によって変更後の輝度制御テーブルとの間に複数の輝度制御テーブルを得るようにし、段階的に変更するようにしてもよい。

また液晶表示装置１は、液晶表示装置１の周囲の明るさ（周囲の照度）を検出するための明るさ検出手段として明るさセンサ２４を備えている。明るさセンサ２４としては、例えばフォトダイオードが適用できる。そして明るさセンサ２４では、検出した周囲光に応じた直流電圧信号が生成され、マイコン２１に対して出力される。
マイコン２１は、乗算器２６に対して輝度調整係数を出力する。乗算器２６では、現在使用している輝度制御テーブル２３による輝度制御値に対して、輝度調整係数を乗算することにより、装置周囲の明るさに応じた明るさでバックライトユニット１７を点灯させる。

あるいは、テーブル格納メモリ２２に装置周囲の明るさに応じた複数の輝度制御テーブル２３を用意しておき、マイコン２１は、液晶表示装置周囲の明るさを認識して、バックライトユニット１７の制御に使用する輝度制御テーブルを選択するようにしてもよい。さらに輝度制御テーブルを変更する場合、演算等によって変更後の輝度制御テーブルとの間に複数の輝度制御テーブルを得るようにし、段階的に変更するようにしてもよい。

図４は、輝度制御テーブルを用いたバックライト光源の輝度制御特性の一例を示すものである。図４において横軸はＡＰＬを百分率で表したものであり、表示映像が画面全体で全て黒の場合ＡＰＬは０％で、全て白である場合ＡＰＬは１００％である。また縦軸はバックライト光源の発光輝度比を表すもので、バックライト光源の発光輝度を最も明るくしたときが１００％、バックライト光源を消灯したときが０％である。

図４に示す輝度制御特性は、Ａで示すＡＰＬが低い信号領域と、Ｂ，Ｃで示すＡＰＬが中間レベルである信号領域と、Ｄで示すＡＰＬが高い信号領域とに応じて、ＡＰＬに対するバックライト光源の輝度制御特性を変更することを表している。そしてここでは、映像信号の特徴量（本例ではＡＰＬ）に対するバックライト光源の輝度制御特性の傾きが変わる点を特性変更点と定義する。図４においては、４つの領域Ａ〜Ｄの各直線の交点ｐ１，ｐ２，ｐ３が特性変更点となり、ｐ１のＡＰＬ値を第１の所定の値Ｃ１及び第２の所定の値Ｃ２とし、ｐ３のＡＰＬ値を第３の所定の値Ｃ３とする。ここで本発明の所定の値は、第３の所定の値Ｃ３に該当する。なお、図４では特徴変更点ｐ１が設定されるＡＰＬ値（＝Ｃ１）の１点でバックライト光源の発光輝度が最大になる輝度制御特性を表しているが、例えば図７に示す輝度制御特性のように、バックライト光源の発光輝度が最大値で一定となるＡＰＬ領域（Ｃ１〜Ｃ２）が存在する場合には、そのＡＰＬ領域における最も低ＡＰＬ側のＡＰＬ値を第１の所定の値Ｃ１とし、最も高ＡＰＬ側のＡＰＬ値を第２の所定の値Ｃ２とする。すなわち、図４の輝度制御特性の場合は、バックライト光源の発光輝度が最大値を示すＡＰＬは１点のみであるので、Ｃ１＝Ｃ２となる。

映像信号の特徴量が極めて小さい領域（領域Ａ）では、後述するようにバックライト光源の輝度を低下させても映像の表示品位を維持できる映像が多数存在する。これは、画面全体としてコントラスト感が低くバックライト輝度の影響を受け難い映像が多いためである。また、そのような映像は映像信号の特徴量が小さくなるほど増える傾向にある。よって、映像信号の特徴量が小さいほどバックライト光源の輝度を低下させることが可能となる。そして領域Ａでは、バックライト光源の最大輝度の特性変更点ｐ１から、ＡＰＬが小さくなるほど発光輝度を減少させている。

次に、映像信号の特徴量が極めて大きい領域（領域Ｄ）では、後述するようにバックライト光源の輝度を低下させても映像の表示品位を維持できる映像が多数存在する。また、そのような映像信号の特徴量が大きくなるほど増える傾向にある。これは、映像信号の特徴量が増えるほど映像全体の明るさが増し、バックライト光源の輝度を低下させても十分な映像の表示品位を維持することが可能となるからである。よって、ＡＰＬが大きいほどバックライト光源の輝度を低下させることが可能となる。そして領域Ｄでは、バックライト光源の輝度の特性変更点ｐ３から、ＡＰＬが大きくなるほど発光輝度を減少させている。

次に、領域Ｂ，Ｄでは、上述した従来技術と同様、特徴変更点ｐ１付近でバックライト光源の発光輝度を増大して、コントラスト感を向上させ、特徴変更点ｐ３付近でバックライト光源の発光輝度を低減して、不要なまぶしさ感を軽減できるようにする。特徴変更点ｐ１、ｐ３の間はコントラスト感等によって適宜バックライト光源の輝度特性を決定する。

特性変更点ｐ１及びｐ３を決定するにあたり、バックライト光源の発光輝度と映像の表示品位との関係についての主観実験を行い、バックライト光源の輝度制御特性と消費電力との関係について検討を行った。主観実験は、入力映像信号のＡＰＬ値とその入力映像信号を表示出力する際におけるバックライト光源の発光輝度の影響との関係を数値化した。

具体的には、各ＡＰＬ値の映像を任意に複数用意し、それぞれの映像を表示しながら、バックライト光源の発光輝度を高輝度、低輝度に切り替えた場合の映像表示品位を観測し、バックライト光源の発光輝度を高輝度にする必要があるか否かを５段階評価で判断した。５段階評価の基準は、以下の通りとし、実験は５人の被験者により行い、その平均を取った。
５ 明らかに高輝度が必要
４ ある程度高輝度が必要
３ どちらともいえない
２ あまり高輝度は必要ない
１ 明らかに高輝度は不必要

上記実験の結果を図１２に示す。Ｘ軸は映像のＡＰＬ値、Ｙ軸は映像評価値であり、映像表示品位に関する主観評価値の平均値である。Ｙ軸の値が高くなるほど映像の表示品位を維持するために、バックライト光源の発光輝度を高輝度にする必要があることを示している。

まず、ＡＰＬが２％以下、９０％以上の領域では映像評価値１で、評価上明らかに高輝度は不必要であると判断された。つまり、この範囲に属するすべての映像で高輝度は不必要ということである。これは、ＡＰＬが２％以下は映像として認識されず、ＡＰＬが９０％以上の映像はほぼ全画面真っ白のため、高輝度の必要が感じられないと判断されたためと思われる。

次に、ＡＰＬが２％から２５％までの領域はＡＰＬ値の増加に従い、ほぼ直線状に高輝度の必要性が増大し、ＡＰＬが１２％付近で、高輝度の必要性のある映像が半分程度となった。これは、ＡＰＬが１２％付近以下では、高輝度を必要とする映像が少なく、ＡＰＬが１２％付近以上では、高輝度を必要とする映像が多いためと思われる。

そして、ＡＰＬが２５％付近では、ほぼすべての映像が高輝度の必要性がある。これは、映像として細部までコントラストが必要であるため、ほとんどすべての映像が高輝度を必要とするためと思われる。

次に、ＡＰＬが３０％から９０％までの領域は、徐々に高輝度の必要性が減少する。ＡＰＬが３０％付近の映像もＡＰＬが２５％付近の映像と同じく、ほとんどの映像が高輝度の必要性があるが、ＡＰＬが３０％から９０％に推移すると、徐々に画面の眩しさが気になる映像が増大し、ＡＰＬが６８％付近では約半分の映像が高輝度の必要が無くなり、ＡＰＬが９０％ではほとんどの映像が高輝度の必要がなくなり、逆に眩しさの点から低輝度にする必要性が高くなるためと思われる。また、ＡＰＬが６８％付近以上かどうかによって高輝度を必要とする映像か否かの判断が変わってくると考えられる。

次に、低ＡＰＬ領域と高ＡＰＬ領域とにおける映像表示品位に関する評価結果を直線又は２次曲線で近似した。ＡＰＬ２５％以下を１次の直線で近似すると、
ｙ＝０.２０ｘ＋０.６１
となり、映像評価値３の時のＡＰＬ値は１２.２％である。すなわち、第１の所定値Ｃ１を１２.２％以下に設定すれば、最低限の映像表示品位を維持することができると言える。

ＡＰＬ３０％から９０％までを２次曲線で近似すると、
ｙ＝−０.０００８ｘ＾２＋０.０３０ｘ＋４.７１
となり、映像評価値３の時のＡＰＬ値は６８.２％である。すなわち、第３の所定値Ｃ３を６８.２％以上に設定すれば、最低限の映像表示品位を維持することができると言える。

次に、バックライト光源の輝度制御特性と消費電力との関係について説明する。任意の映像から抽出したＡＰＬの分布を基に、バックライト光源の輝度制御特性における特徴変更点ｐ１の値を０から２５まで変化させたときの電力削減量を算出した。特徴変更点ｐ１より低ＡＰＬ側（領域Ａ）におけるバックライト光源の輝度減少量はＡＰＬ１０％変化あたり１５％とした。これは、ＡＰＬ１０％変化あたりのバックライト光源の輝度変化が１５％を超えると輝度変化が急激となり、視聴者に違和感を与える恐れがあるからである。測定対象の映像は映画とした。映画は、視聴者が最も映像品位を気にする映像コンテンツであり、低ＡＰＬの頻度が他のコンテンツよりも大きいからである。

上記測定の結果を図１３に示す。Ｘ軸は特徴変更点ｐ１のＡＰＬ値であるＣ１の値、Ｙ軸はＣ１の値が０の場合を基準にした電力削減量である。図１３から、Ｃ１＝０の時は削減量ゼロ、Ｃ１が大きくなるに応じて電力削減量も増大し、Ｃ１の値を１０％にすると電力削減量が約１％となり、Ｃ１の値をさらに高ＡＰＬ側にすることで、非線形に電力削減量は増大し、Ｃ１の値が２５％のとき、電力削減量は約７.７％程度となることが分かる。

上述の実験及び電力算出結果について考察する。この種の製品において、消費電力の削減、映像の表示品位の向上は共に重要な課題である。そこで、映像の表示品位を落とすことなく消費電力の削減を図るためには、映像の表示品位を維持するためにバックライト光源の発光輝度を低下させるべきでない映像が多い領域である、映像評価値が３以上の領域については、バックライト光源の発光輝度を低下させず、バックライト光源の発光輝度を低下させても映像の表示品位上問題がない領域である、映像評価値が３以下の領域については、バックライト光源の発光輝度を低下させればよい。

具体的には、ＡＰＬが１２.２％以下、６８.２％以上の映像に対しては、バックライト光源の発光輝度をより低下させることにより、映像の表示品位を維持しつつ消費電力を削減することが可能となる。

ところで、映像の表示品位と電力削減量との優先度は状況によって変化する。映像の表示品位が最優先であることもあるし、電力削減量が最優先であることもある。そこで、Ｃ１及びＣ３の値をどの程度変更できるかについて検討する。

上述のように、最低限の映像表示品位を維持しつつ電力削減量を最大化することが可能なＣ１の最適値は１２.２％である。一方、映像評価値が３以下の領域にも少数ではあるが、バックライト光源の発光輝度を低下させると映像の表示品位が低下する映像が存在する。従って、Ｃ１の値を小さくすることによって、より多くの映像の表示品位を維持することができる。具体的には、Ｃ１の値を１２.２％から小さくしていくことで、映像の表示品位を維持できる映像が増え、Ｃ１の値を２％とした場合に、すべての映像について表示品位を維持することができる。従って、Ｃ１の値は２％から１２.２％の範囲内で設定することが好ましい。

以上のように、Ｃ１の値は２％から１２.２％の範囲をとることができ、値が小さいほど映像全体の表示品位はよくなる。それに対して、電力削減量はＣ１の値を大きくするほど増大する。つまり、映像の表示品位と電力削減量とはトレードオフの関係になる。従って、実際の製品としては、映像の表示品位に重きを置くか、省電力に重きを置くかを決定し、それに応じてＣ１の値を設定する必要がある。

今日では、電子機器の省電力化は必須事項であり、製品として省電力の効果を主張する場合、少なくとも１％以上の効果が必要であると考えられるため、本実施例では電力削減量を１％以上と設定した。例えば、省エネ法での毎年の工場の効率改善目標が１％とされているのも１％をボーダーとしているためと考えられる。電力削減量を１％以上に設定した場合、Ｃ１の値は１０％となる。よって、本実施例ではＣ１の値を１０％に設定することとして、以下説明する。

ここで、上述の内容を明確にするために、図１３に映像表示品位の値を重ねたものを図１４に示す。映像表示品位は映像評価値を反転した値であり、５はすべての映像の表示品位を維持することができ、１は映像の表示品位を維持することができる映像が最も少ないことを表している。従って、Ｃ１の値が２５％に設定された場合は、すべての映像の表示品位を維持できない。
また、Ｃ１の値を２５％から低下することで徐々に映像の表示品位を維持できる映像が増加し、Ｃ１の値が２％に設定された場合は、すべての映像の表示品位を維持することができることを表している。特に、映像評価値が３以上となるのは、Ｃ１の値が２％から１２.２％の範囲内に設定されたときであり、一方、電力削減量を１％以上にするためには、Ｃ１の値を１０％以上に設定する必要があることを表している。

Ｃ３についても、Ｃ１と同様に検討する。Ｃ３の最適値は６８.２である。また、映像評価値が３以下の領域にも少数ではあるが、バックライト光源の発光輝度を低下させると映像の表示品位が低下する映像が存在する。従って、Ｃ３の値を大きくすることによって、より多くの映像の表示品位を維持することができる。

具体的には、Ｃ３の値を６８.２％から大きくしていくことで、映像の表示品位を維持できる映像が増え、Ｃ３の値を９０％とした場合に、すべての映像について表示品位を維持することができる。従って、Ｃ３の値は６８.２％から９０％の範囲内で設定することが望ましい。

上述のように、最低限の映像表示品位を維持しつつ電力削減量を最大化することが可能なＣ３の最適値は６８.２％である。しかしながら、高ＡＰＬ側では低ＡＰＬ側に比べて電力削減の効果が少ないなどの理由から、本実施例では最大限に映像の表示品位を維持することとし、Ｃ３の値を９０％に設定することとして、以下説明する。

上述のように、本実施形態の例では、輝度制御特性において最も低ＡＰＬ側に存在する特性変更点ｐ１を、ＡＰＬが１０％の位置に設定し、最も高ＡＰＬ側に存在する特性変更点ｐ３をＡＰＬが９０％の位置に設定する。
また、上述した従来技術と同様、より低いＡＰＬ値で光源発光輝度を上げ、コントラスト感を向上させ、より高いＡＰＬ値で光源発光輝度を下げ、不要なまぶしさ感を軽減するために、ＡＰＬが４０％の位置に特性変更点ｐ２を設定し、ＡＰＬが１０％の特性変更点ｐ１を、バックライト光源の発光輝度が最大となる特性変更点とする。

以上のように、本実施形態では、上記のように映像信号の特徴量が極めて小さい映像と、極めて大きい映像とのいずれかまたは両方におけるバックライト光源の発光輝度を低く抑えて、画質を維持しながら消費電力を低減させることを特徴としている。
このような特徴を満足できるのであれば、輝度制御特性が上記の例に限定されることはない。例えば、図７に示すように、最も低ＡＰＬ側の特性変更点ｐ１よりＡＰＬが大きい信号領域で、バックライト光源の発光輝度値が一定となる信号領域ｑが存在してもよい。信号領域ｑを広げることは、バックライト光源の発光輝度がより高い領域を増やすことになり、よりコントラスト感の高い映像を得ることができる領域を増やすことになる。よって、映像の表示品位を向上させることができる。図７の輝度制御特性においては、特性変更点ｐ１を設定したＡＰＬの値（１０％）が第１の所定の値Ｃ１に該当し、特性変更点ｐ４を設定したＡＰＬの値（２０％）が第２の所定の値Ｃ２に該当し、特性変更点ｐ３を設定したＡＰＬの値（９０％）が第３の所定の値Ｃ３に該当する。なお、図４の例と同様に、本発明の所定の値は、第３の所定の値Ｃ３に該当する。

また輝度制御特性は、上記のような線形のみならず、非線形の特性であってもよい。輝度制御特性が非線形である場合、非線形の輝度制御特性を線形の輝度制御特性に近似し、近似した線形の輝度制御特性における特性変更点を想定することによって、上述した線形の輝度制御特性と同様にバックライト光源の輝度制御を規定することができる。
さらに、ＡＰＬが第１の所定の値Ｃ１と第３の所定の値Ｃ３との間における輝度制御特性として、ＡＰＬが小さくなるほどバックライト光源の発光輝度を小さくするものを用いて光源発光輝度を制御するとともに、映像信号の振幅を大きくすることにより、黒浮きを抑えてコントラストを向上させるようにしてもよい。

次に、液晶表示装置の調光モード、及び液晶表示装置周囲の明るさに応じてバックライト光源の発光輝度特性を変更するための制御例について説明する。
上述のように、液晶表示装置１は、リモコン装置２７などの所定の操作手段に対するユーザ操作に応じて、液晶パネル２０に表示する表示画面の明るさを調光する調光モード機能、及び液晶表示装置１の周囲の明るさ（周囲の照度）を検出する機能を備えている。

ここでは、上記調光モードの設定に伴って、もしくは周囲の明るさの変化に伴って、バックライト光源の発光輝度を制御するための輝度制御特性を変更する。これにより、これらの条件の変化に応じて、適切な画質でかつ低消費電力で画像表示を可能とする。このような輝度制御特性の変更は、上記の調光モードにのみ応じて実行してもよく、また周囲の明るさの変化にのみ応じて実行してもよい。また調光モードと装置周囲の明るさの両方の条件に依存させて実行するようにしてもよい。さらには、調光モードと装置周囲の明るさとの各条件において、別々の輝度制御特性となるようにしてもよい。

またこのときの輝度制御特性の変更は、上述したように、輝度調整係数によって輝度制御テーブルに基づく輝度制御値を補正する構成であってもよく、また複数の輝度制御テーブル２３を用意して、条件に応じて使用する輝度制御テーブルを選択するようにしてもよい。さらに輝度制御テーブルを変更する場合、演算等によって変更後の輝度制御テーブルとの間に複数の輝度制御テーブルを得るようにし、段階的に変更するようにしてもよい。

図８は、調光モードの設定もしくは周囲の明るさに応じて使用される輝度制御特性の設定例を説明するための図である。
上記複数の輝度制御テーブルの輝度制御特性は、図８のように設定される。図８の例では、７種類の輝度制御特性（I）〜（VII）が設定されている。
ここでは、基本的にユーザーによる調光モードの設定操作に連動して、画面の明るさを暗くする設定では、バックライト光源の発光輝度を減少させる。あるいは液晶表示装置周囲の明るさが暗くなるに応じて、バックライト光源の発光輝度を減少させる。これにより画面の眩しさ及び目への刺激を低減させて、映像を適切な輝度で表示させ、また消費電力を低減させることができる。

図８において、輝度制御特性（IV）は、標準設定値（初期値）を示す。この輝度制御特性（IV）は、上記図４に示した輝度制御特性を用いている。従ってこの標準輝度制御特性の思想は上述したごとくのもので、画質を維持しつつ低消費電力化を実現した制御特性となっている。

ここでまず、ＡＰＬに応じたバックライト光源の発光輝度制御を行なわない場合を考えるものとする。ＡＰＬに応じた発光輝度制御がない場合、一般的に調光モードによる制御や、装置周囲の明るさに応じた制御では、単純にバックライト光源をある発光輝度に上げたり下げたりする。ここでその発光輝度値（調光レベル）をｄ_２とおく。またその中で初期値（標準値）をｄ_０とし、バックライト光源の最大発光可能輝度をｄ_ｍａｘとし、最小発光可能輝度をｄ_ｍｉｎとする。

そして上記の仕様に対して、ＡＰＬに応じた発光輝度制御が追加されたものとする。そして輝度制御特性のカーブから求まった発光輝度値をｄ_１とする。その場合、次式により調光モード／装置周囲の明るさに基づく制御を加え、最終的なバックライト光源の発光輝度Ｄが求められる。

調光レベルｄ_２が初期値ｄ_０よりも大きい場合
Ｄ＝ｄ_１＋（ｄ_２-ｄ_０）{（ｄ_ｍａｘ-ｄ_１）／（ｄ_ｍａｘ-ｄ_０）} ・・・（１）
調光レベルｄ_２が初期値ｄ_０よりも小さい場合
Ｄ＝ｄ_１-（ｄ_０-ｄ_２）{（ｄ_１-ｄ_ｍｉｎ）／（ｄ_０-ｄ_ｍｉｎ）} ・・・（２）

上記の式（１），（２）に応じて、横軸をＡＰＬとし、縦軸をバックライト光源の発光輝度とすることで、図８のような輝度制御特性が得られる。

すなわち、輝度制御特性（I）は、バックライト光源の最大発光可能輝度に設定される。この場合は、輝度制御特性（I）は、映像信号の特徴量であるＡＰＬに依存することなく一定となる。また輝度制御特性（VII）は、バックライト光源の最小発光可能輝度に設定される。この場合にも、輝度制御特性（VII）は、映像信号の特徴量であるＡＰＬに依存することなく一定となる。

そして、標準の輝度制御特性（IV）の各特性変更点と、輝度制御特性（I）との距離が３等分されて、それぞれ輝度制御特性（II）、（III）の特性変更点が定められる。また同様に、標準の輝度制御特性（IV）の各特性変更点と、輝度制御特性（VII）との距離が３等分されて、それぞれ輝度制御特性（V）、（VI）の特性変更点が定められる。
これらの輝度制御特性（I）〜（VII）のうちから、調光モードの設定に応じて、もしくは周囲の明るさに応じて、バックライト光源の発光輝度制御に使用する輝度制御特性が選択（もしくは演算により算出）される。

輝度制御特性を設定することにより、最大／最小発光可能輝度に設定される輝度制御特性（I），（VII）を除いては、一つの輝度制御特性における特性変更点間で常に傾きが形成され、ユーザは、ＡＰＬ変化に従う画面の明るさ変化を感じることができる。例えば、標準の輝度制御特性（IV）を発光輝度方向に平行移動させた場合、最大発光可能輝度または最小発光可能輝度に近くなると、輝度制御特性の突出部分が最大発光可能輝度または最小発光可能輝度に当たってしまって平坦部分ができてしまう。

この場合には、ＡＰＬが変化してもバックライト光源の発光輝度が変化しなくなる。またこのときに複数の輝度制御特性において、発光輝度レベルが重複する部分が生じることになる。このような場合、特に調光モードに輝度制御特性を連動させると、調光を行ってもバックライト光源の発光輝度が変化しないケースが生じて好ましくない。

上記のように、初期値とバックライト光源の最大発光可能輝度との間、及び初期値とバックライト光源の最小発光可能輝度の間で、それぞれ等間隔の複数段階で発光輝度を変化させることにより、ユーザが調光レベルを調整する際、もしくは装置周囲の明るさに応じて画面の明るさを調整する際に、どのような映像を見ながらでも明るさの変化を感じながら調整することができる。

図９は、輝度制御テーブルを複数用意し、そのテーブルＮｏ.を変更することにより、バックライト光源の急激な輝度変化を防止する動作例を示すフローチャートである。ここでは、液晶表示装置周囲の明るさに応じた輝度制御テーブルの変更処理例を説明する。
まず現在参照している輝度制御テーブルのＮｏ.がＭである場合において（Ｓ１）、明るさセンサにより液晶表示装置周囲の明るさが変化したとき（Ｓ２）、その明るさに基づく輝度制御テーブルの使用テーブルのＮｏ.が「Ｎ」に決定される（Ｓ３）。

そして、上記Ｓ３で決定された輝度制御テーブルＮと、現在の輝度制御テーブルＭとの間で、中間の輝度制御特性を有する複数の輝度制御テーブルのうち、現在の輝度制御テーブルＭの輝度制御特性に最も近い輝度制御テーブルｎを選択し、それを現在の輝度制御テーブルｎとして更新する（Ｓ４）。

そして、現在の輝度制御テーブルｎが、目的の輝度制御テーブルＮと同じテーブルであるかどうかを判断する（Ｓ５）。ここで同じテーブルでない場合は、一定時間（例えば５フレーム）待機した後（Ｓ６）、輝度制御特性が輝度制御テーブルｎの次に輝度制御テーブルＮに近い輝度制御テーブルｎ＋１を選択する（Ｓ７）。そして選択したｎ＋１の輝度制御テーブルを現在のテーブルｎ（ｎ＋１が更新されたもの）として更新する（Ｓ４）。

上記のような処理により、現在の輝度制御テーブルが目的の輝度制御テーブルＮになるまで、輝度制御特性の段階的な変化を繰り返し、現在の輝度制御テーブルがＮとなった時点で、周囲の明るさの変化に応じた輝度制御テーブルの切り換え選択処理が終了する。

なお、上記の例では、液晶表示装置の周囲の明るさに応じた輝度制御テーブルの切り換え選択処理例について説明したが、調光モード時のユーザ操作に応じて輝度制御テーブルを切り換える場合、上記Ｓ２で、調光モードによる画面の明るさの変更があったかどうかを判別し、上記ステップＳ３でこれらの変更条件に基づいて使用すべき輝度制御テーブルのＮｏ.を決定する。これにより、目的の使用すべき輝度制御テーブルに到るまでに段階的に輝度制御特性を切り換えることができるようになる。

図１０は、輝度制御テーブルＮｏ.を変更したときに、演算によって徐々に変更後の輝度制御テーブルに移行する動作例を示すフローチャートである。ここでは、図１に示す輝度制御テーブルの選択部分のループＲが使用される。
まず現在参照している輝度制御テーブルＮｏ.がＳである場合において（Ｓ１１）、明るさセンサにより液晶表示装置周囲の明るさが変化したとき（Ｓ１２）、その明るさに基づく輝度制御テーブルの使用テーブルのＮｏ.が決定される（Ｓ１３）（ここでは、使用テーブルのＮｏ.が「Ｔ」に決定されたものとする）。

そして、現在の輝度制御テーブルＳと、決定された輝度制御テーブルＴとの、入力映像信号の映像信号の特徴量（ここではＡＰＬ）に対する輝度（バックライト光源の発光輝度を制御するための制御値）の差分を抽出し、抽出した差分が予め定められた閾値ｍより小さいかどうかを判断する（Ｓ１５）。ここでは、輝度制御テーブルＳとＴについて、バックライト光源の発光輝度を制御するための制御値を全て比較し、個々の比較結果について差分をとる。

そして上記差分が閾値ｍ以上であると判断したときは、現在の輝度制御テーブルＳの発光輝度特性を、目的の輝度制御テーブルＴの発光輝度特性に所定値だけ近づけるように修正しＳをＳ'とする（Ｓ１７）。そして一定時間（例えば５フレーム）待機した後（Ｓ１８）、再びＳ１４に戻って修正後の現在テーブルＳ（Ｓ'に更新後のＳ）と、目的の輝度制御テーブルＴとの差分を抽出し、抽出した差分と閾値ｍとを比較する。

上記のように、輝度制御特性の段階的な変化を繰り返し、現在の輝度制御テーブルＳと、目的の輝度制御テーブルとの差分が、閾値ｍより小さくなった時点で、現在の輝度制御テーブルＳを輝度制御テーブルＴに変更し（Ｓ１６）、周囲の明るさの変化に応じた輝度制御テーブルの切り換え選択処理が終了する。

なお、上記の例でも同様に、調光モードにより輝度制御テーブルを切り換える場合、上記Ｓ１２で調光モードによる画面の明るさの変更があったかどうかを判別し、上記ステップＳ１３でこれらの変更条件に基づいて使用すべき輝度制御テーブルのＮｏ.を決定する。これにより、目的の使用すべき輝度制御テーブルに到るまでに段階的に輝度制御特性を切り換えることができるようになる。

図１１は、テーブルＮｏ.を変更したときに、ある既定回数輝度を変更することによって徐々に変更後のテーブルの輝度制御特性に移行する動作を示すフローチャートである。以下では、図１１を参照し、２５６フレームかけて輝度制御特性を変更する動作を説明する。
現在参照しているテーブルＮｏ.がＰである場合において（Ｓ２１）、明るさセンサにより液晶表示装置周囲の明るさが変化したことを検知したとき（Ｓ２２）、それに伴って変更後のジャンルコードに対応した使用テーブルのＮｏ.が決定される（ここでは、テーブルのＮｏ.がＱに決定されたとする）。同時に、変更回数ｃを１に設定する（Ｓ２３）。そして以下の式（３）に応じて、現在のテーブルＰと前記決定された使用テーブルＱとの重み付けによる変更輝度を算出し、輝度を修正する（Ｓ２４）。
修正輝度Ｐ’＝（Ｑ・ｃ＋Ｐ（２５６−ｃ））／２５６ … （３）

そして、ｃ＝２５６であるか（設定回数である２５６回輝度を修正したか）を確認し（Ｓ２５）、設定回数に達していないときは、カウント値ｃを１回更新し（Ｓ２７）、再度上記式１によって、現在輝度をＰ’に修正する。そしてＳ２４→Ｓ２５→Ｓ２７の動作を、所定回数だけ繰り返し、設定回数である２５６回修正を行った場合は、最終的に現在のテーブルＰを使用テーブルＱに変更する。上記例では２５６フレームかけて輝度テーブルを徐々に修正する例を示したが、２５６フレームに限らず、所定回数を設定することにより、変化のゆるやかさの度合い（遷移時間）を調整することができる。こうして、液晶表示装置の周囲の明るさが変化したときに、光源の発光輝度の急激な切り替わりを防止することができる。

なお、上記の例でも同様に、調光モードにより輝度制御テーブルを切り換える場合、上記Ｓ２２で調光モードによる画面の明るさの変更があったかどうかを判別し、上記ステップＳ２３でこれらの変更条件に基づいて使用すべき輝度制御テーブルのＮｏを決定する。これにより、目的の使用すべき輝度制御テーブルに到るまでにゆるやかに輝度制御特性を切り換えることができるようになる。

なおＡＰＬに基づいてバックライト光源の発光輝度を抑制するときに、ＡＰＬを求めるために１フレーム全ての映像信号の輝度レベルの平均値を求める必要はなく、例えば、表示映像の端部を除外した中央付近の映像信号の輝度レベルの平均値を求めて、これを映像信号の特徴量として用いるようにしてもよい。例えば、放送受信信号から分離・取得されたジャンル情報に基づいて、予め設定された（文字・記号等が重畳されている可能性が高い）画面領域を除外するようにゲート制御して、所定の一部領域のみの映像信号の特徴量を測定するようにしてもよい。
以上、本発明に関して図面を参照しながら例示してきたが、上述した各例では入力映像信号の特徴量としてＡＰＬを使用し、ＡＰＬに応じてバックライトの発光輝度の制御を行っているが、上記映像信号の特徴量はＡＰＬに限ることなく、例えば、入力映像信号の１フレームのピーク輝度の状態（有無または多少）を利用するようにしてもよい。
同様に、入力映像信号の特徴量として、１フレーム内の所定領域（期間）における最大輝度レベルや最小輝度レベル、輝度分布状態（ヒストグラム）を用いたり、これらを組み合わせて求めた映像信号の特徴量に基づき、バックライトの発光輝度を可変制御するようにしてもよい。

なお、上記のような輝度制御は、図２あるいは図３に示すようなバックライトユニット１７を備えた直視型の液晶表示装置のみならず、液晶プロジェクタのような投影型表示装置に対しても適用できる。この場合も液晶パネルの背面側から光源光を照射することによって、映像表示が行われ、この光源光の発光輝度を上記の輝度制御特性に応じて制御すればよい。

本発明による液晶表示装置の一実施形態の構成を説明するためのブロック図である。 本発明の液晶表示装置に適用可能なバックライトユニットの構成例を示す図である。 発明の液晶表示装置に適用可能なバックライトユニットの他の構成例を示す図である。 輝度制御テーブルを用いたバックライト光源の輝度制御特性の一例を示す図である。 放送番組から抽出したＡＰＬの分布例を示すヒストグラムである。 映画ジャンルの放送番組から抽出したＡＰＬの分布例を示すヒストグラムである。 輝度制御テーブルを用いたバックライト光源の輝度制御特性の一例を示す他の図である。 調光モードもしくは液晶表示装置周囲の明るさに応じて使用される輝度制御特性の設定例を説明するための図である。 輝度制御テーブルを複数用意し、そのテーブルＮｏ.を変更することにより、バックライト光源の急激な輝度変化を防止する動作例を示すフローチャートである。 輝度制御テーブルＮｏ.を変更したときに、演算によって徐々に変更後の輝度制御テーブルに移行する動作例を示すフローチャートである。 テーブルＮｏ.を変更したときに、ある既定回数輝度を変更することによって徐々に変更後のテーブルの輝度制御特性に移行する動作を示すフローチャートである。 バックライト光源の発光輝度と映像の表示品位との関係を説明するための説明図である。 バックライト光源の輝度制御特性と消費電力削減量との関係を説明するための説明図である。 映像の表示品位と電力削減量との関係を説明するための説明図である。

符号の説明

１…液晶表示装置、１０…ＡＰＬ、１１…アンテナ、１２…チューナ、１３…デコーダ、１４…ＡＰＬ測定部、１５…フィルタ、１６…バックライト制御部、１７…バックライトユニット、１８…映像処理部、１９…ＬＣＤコントローラ、２０…液晶パネル、２１…マイコン、２２…テーブル格納メモリ、２３…輝度制御テーブル、２４…明るさセンサ、２５…リモコン受光部、２６…乗算器、２７…リモコン装置、３０…筐体、３１…蛍光管、３２…拡散板、４１…赤色光源、４２…緑色光源、４３…青色光源。

Claims (1)

1. 映像を表示する液晶パネルと、該液晶パネルを照射する光源とを備え、入力映像信号の特徴量が所定の値より大きいときは該特徴量が大きくなるほど前記光源の発光輝度を小さくするように前記光源の発光輝度を可変制御する液晶表示装置であって、
   前記入力映像信号の特徴量は、入力映像信号の最大輝度レベルに対する１フレーム内の平均輝度レベルの割合であり、
   前記所定の値は、前記入力映像信号の最大輝度レベルに対する１フレーム内の平均輝度レベルの割合が６８.２％から９０.０％の範囲内に設定されていることを特徴とする液晶表示装置。

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