JP2008039801A - 液晶表示装置および液晶表示装置用バックライト制御システムならびに液晶表示装置用バックライトの制御方法 - Google Patents

液晶表示装置および液晶表示装置用バックライト制御システムならびに液晶表示装置用バックライトの制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】液晶表示パネルの表示画像の高諧調化を図ること。
【解決手段】符号化されて送信されてきた画像情報（画像データ）を受信し（図２（Ａ））、これを復号化して復号化データを得る（図２（Ｂ））。この復号化データに基づいてバックライトの輝度制御に用いられるバックライト信号と液晶表示パネル側に送信されるＲＧＢ信号とを抽出する（図２（Ｃ））。そして、バックライト信号をバックライトへ、ＲＧＢ信号を液晶表示パネルへと送信し、その余のデータを切り捨てる（図２（Ｄ））。つまり、復号化された画像情報の中から画像の輝度制御に用いられるバックライト信号が抽出されるから、液晶表示パネル側での諧調制御（ＲＧＢ信号による諧調制御）に加え、バックライト側からの諧調制御（バックライト信号による諧調制御）がなされることとなり、これによって液晶表示パネルに表示される画像の高諧調化が可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶表示装置関連技術に関し、より詳細には、液晶表示パネル用バックライトの制御技術に関する。
液晶ディスプレイは液晶自体が自己発光しないため、バックライトを用いて外部から照射光を照明することが必要であり、このバックライトとして、蛍光ランプ（冷陰極管）や発光ダイオード（ＬＥＤ）あるいはエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）を光源として用いたものがあるが、従来は蛍光ランプを光源とするバックライトが主流であった。
しかし、蛍光ランプの点灯には、数十ｋＨｚの周波数の高電圧（７００Ｖ程度）をランプ両端に印加させることが必要であることから、微小浮遊容量を介して電流漏れが発生したり断線や短絡等が生じ易いという問題がある。また、蛍光ランプから得られる白色光は青みがかっており、高い色再現性を得るためには白色度の点で十分とはいえない。さらに、蛍光ランプには管内放電を容易にするために水銀が使用されているが、環境有害物質である水銀の使用は環境保護の観点から好ましくない。
これに対して、ＬＥＤをバックライト用光源として用いると、長寿命で衝撃にも強く断線等も生じ難いこと、色純度に優れていること、低電圧動作素子であるために取扱いや安全性に優れ小型軽量化が容易であること、輝度の時間変化が少ないこと、電流値に対する発光量の直線性が良好で且つ応答速度が速いこと等の利点があり、ＬＥＤバックライトに関する研究開発が進められてきている。
例えば、特許文献１には、ＬＥＤをバックライトとして備えた液晶表示装置において、バックライトの発光領域を分割し、液晶パネルの光透過率に応じて、各発光領域における発光強度を制御するように構成することにより、表示領域における輝度ムラを抑制し、且つ、消費電力を大幅に増加させることなく特定の表示領域における輝度を他の表示領域より選択的に高くすることを可能とする発明が開示されている。
また、特許文献２には、液晶パネルの応答性が液晶温度の低下に伴って急激に悪化するという問題を解決するために、バックライトとして用いるＬＥＤの制限抵抗を液晶加熱に利用し、これにより液晶の応答性の温度補償を行うこととした発明が開示されている。
カラー映像の情報は、光の３原色である赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のフィルタを通過した光を電気信号に変換するデバイスに投影し、そのデバイスからの出力をそれぞれ、Ｒ、Ｇ、Ｂの光強度に相当する信号（ＲＧＢ信号）として画像情報が形成される。
図１は、従来の一般的な画像情報処理のプロセスを説明するための図で、画像情報（画像データ）は符号化されて送信され（図１（Ａ））、これを復号化し（図１（Ｂ））、この復号化データの中からＲＧＢ信号が抽出され（図１（Ｃ））、ＲＧＢ信号を表示パネルに送信するとともに、その余のデータは切り捨てられることとなる（図１（Ｄ））。
このＲＧＢ信号は、例えば２４ビット（ＲＧＢ各８ビット）の情報量を有している。そして、この情報を液晶パネルに送付することにより、各画素毎に２の２４乗（約１６７０万色）のカラー表示色数と２の８乗（２５６階調）諧調レベル数の表示を可能としている。
しかし、人間の眼のもつダイナミックレンジは数百万倍と言われており、これをビット数で表わすと２０ビットを越える値となる。つまり、人間の眼にとって、僅か２５６という諧調は充分な諧調レベルであるとは言えず、高精細かつ質感十分な画像表示には不十分なものでしかない。このような理由から、デジタル信号用のマルチメディア用インタフェースであるＨＤＭＩ（High Definition Multimedia Interface）では、ＲＧＢの情報量を各々１４ビット（計４２ビット）ＲＧＢの情報量を各々１４ビット（計４２ビット）に拡張するに至っている。
ところで、テレビのデジタル放送では、ＭＰＥＧ２のデータ形式で動画像データが圧縮されて情報伝送され、地上波デジタル放送も衛星デジタル放送も同様に、ＭＰＥＧ２のデータ形式で高能率符号化されて送信されている。この、ＭＰＥＧ２では、プログレッシブ走査（順次走査）の場合の動き検索に加え、インターレース走査（飛び越し走査）の場合の３種類の動き検知方法が定義されており、いわゆるハイビジョン（ＨＤ）の高精細なテレビ画面では、７２０Ｐ(１２８０×７２０画素)、１０８０Ｉ(１９２０×１０８０画素)、１０８０Ｐ(１９２０×１０８０画素)などの画面規格が設けられている。
動画を再生する際には、受信したＭＰＥＧ２データ形式の符号化信号を復号化して、画像・音声情報を生成する処理が必要となるが、この処理は主として、所定の係数を用いた積和の連続処理であること、演算の結果得られる情報は標本化周期の平均情報量であることから、情報量の伸長は容易であり、ＨＤＭＩで処理されるＲＧＢ各１４ビット（計４２ビット）程度の情報量は容易に得ることができる。
ここで、ＭＰＥＧ２形式の符号化信号を復号処理して得られる情報は本来多くの情報量を含むものであり、一般的な液晶表示装置において画像表示に用いられるＲＧＢ信号が各８ビット（計２４ビット）とされているのは、表示装置側での情報処理上の制限によるものであり、ＲＧＢのそれぞれに対応する画像情報のうちの上位の８ビットのみが抽出されてこれがＲＧＢ信号として用いられ、残りの情報は切り捨ててしまわれているという事情によるものである。
つまり、複合化して得られる画像情報には本来、極めて高い諧調のカラー画像表示が可能な情報量が含まれているにもかかわらず、従来の画像表示方法では、本来の画像情報量のうちの一部のみ（上述の例では輝度信号の８ビット）が諧調表示に利用され、その結果、液晶表示パネルに表示可能な諧調レベル数が制限されざるを得ないのである。
特許第３５８４３５１号明細書 特許第３７３８４２７号明細書
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、液晶表示装置に入力される画像情報に基づいてバックライトとして用いられるＬＥＤの発光状態を制御することにより、液晶表示パネルに表示される画像の高諧調化を図ることにある。
このような課題を解決するために、本発明の液晶表示装置用バックライトの制御方法は、符号化された１画面の画像情報に基づいてＲＧＢ各々ＫビットのＲＧＢ情報を復号化する第１のステップと、ＲＧＢ情報のうちの最大輝度の色情報を抽出する第２のステップと、最大輝度の色情報のビットデータの最上位ビットを含む所定のＢビットのデータに基づいてＬＥＤからなるバックライトの輝度に対応付けられるバックライト信号を決定する第３のステップとを備え、第３のステップは、Ｂビットのデータに基づいて最大輝度がバックライトの輝度制御範囲にあるか否かを判断し、輝度制御範囲内であると判断された場合にはＢビットのデータに基づいてバックライトの輝度を制御するＢビットのバックライト信号を生成する第１のサブステップと、輝度制御範囲未満であると判断された場合にはバックライトを最低輝度とするバックライト信号を生成する第２のサブステップを備えている。
このバックライト制御方法は、好ましくは、ＲＧＢ信号を決定する第４のステップを備え、第１のサブステップが実行された場合にはＢビットのデータのうちの少なくとも１つのビットを含むＬビットのデータをＲＧＢ信号として生成する一方、第２のサブステップの実行に続いてＲＧＢ各々ＫビットのＲＧＢ情報の最上位から第（Ｂ＋１）乃至（Ｂ＋Ｌ）位のＬビットのデータをＲＧＢ信号として生成するように構成される。
本発明の液晶表示装置用バックライトの制御方法の別の態様においては、符号化された１画面の画像情報に基づいてＲＧＢ各々ＫビットのＲＧＢ情報を復号化する第１のステップと、ＲＧＢ情報のそれぞれについて最大輝度を抽出する第２のステップと、ＲＧＢ情報のそれぞれの最大輝度のビットデータの最上位ビットを含む所定のＢビットのデータに基づいて赤色系ＬＥＤ、緑色系ＬＥＤ、および青色系ＬＥＤからなるバックライトの輝度に対応付けられるバックライト信号を決定する第３のステップとを備え、第３のステップは、Ｂビットのデータに基づいてＲＧＢの最大輝度のそれぞれが赤色系ＬＥＤ、緑色系ＬＥＤ、および青色系ＬＥＤの輝度制御範囲にあるか否かを判断し、輝度制御範囲内であると判断された場合にはＢビットのデータに基づいて対応色のＬＥＤの輝度を制御するＢビットのバックライト信号を生成する第１のサブステップと、輝度制御範囲未満であると判断された場合には対応色のＬＥＤを最低輝度とするバックライト信号を生成する第２のサブステップを備えている。
このバックライト制御方法は、好ましくは、ＲＧＢ信号を決定する第４のステップを備え、第１のサブステップが実行された場合にはＢビットのデータのうちの少なくとも１つのビットを含むＬビットのデータを対応色のＲＧＢ信号として生成する一方、第２のサブステップの実行に続いてＲＧＢ各々ＫビットのＲＧＢ情報の最上位から第（Ｂ＋１）乃至（Ｂ＋Ｌ）位のＬビットのデータを対応色のＲＧＢ信号として生成するように構成される。
本発明の液晶表示装置用バックライトの制御システムは、符号化された１画面の画像情報に基づいてＲＧＢ各々ＫビットのＲＧＢ情報を復号化する画像情報復号化部と、ＲＧＢ情報のうちの最大輝度の色情報を抽出する画像輝度ピーク検出部と、最大輝度の色情報のビットデータの最上位ビットを含む所定のＢビットのデータに基づいてＬＥＤからなるバックライトの輝度に対応付けられるバックライト信号を決定する画像信号抽出部とを備え、画像信号抽出部は、Ｂビットのデータに基づいて最大輝度がバックライトの輝度制御範囲にあるか否かを判断し、輝度制御範囲内であると判断された場合にはＢビットのデータに基づいてバックライトの輝度を制御するＢビットのバックライト信号を生成する一方、輝度制御範囲未満であると判断された場合にはバックライトを最低輝度とするバックライト信号を生成する演算手段を備えている。
このバックライト制御システムは、好ましくは、画像信号抽出部に設けられた演算手段は、最大輝度がバックライトの輝度制御範囲内であると判断した場合にはＢビットのデータのうちの少なくとも１つのビットを含むＬビットのデータをＲＧＢ信号として生成する一方、輝度制御範囲未満であると判断した場合にはＲＧＢ各々ＫビットのＲＧＢ情報の最上位から第（Ｂ＋１）乃至（Ｂ＋Ｌ）位のＬビットのデータをＲＧＢ信号として生成するように構成される。
本発明の液晶表示装置用バックライトの制御システムの別の態様においては、符号化された１画面の画像情報に基づいてＲＧＢ各々ＫビットのＲＧＢ情報を復号化する画像情報復号化部と、ＲＧＢ情報のそれぞれについて最大輝度を抽出する画像輝度ピーク検出部と、ＲＧＢ情報のそれぞれの最大輝度のビットデータの最上位ビットを含む所定のＢビットのデータに基づいて赤色系ＬＥＤ、緑色系ＬＥＤ、および青色系ＬＥＤからなるバックライトの輝度に対応付けられるバックライト信号を決定する画像信号抽出部とを備え、画像信号抽出部は、Ｂビットのデータに基づいてＲＧＢの最大輝度のそれぞれが赤色系ＬＥＤ、緑色系ＬＥＤ、および青色系ＬＥＤの輝度制御範囲にあるか否かを判断し、輝度制御範囲内であると判断された場合にはＢビットのデータに基づいて対応色のＬＥＤの輝度を制御するＢビットのバックライト信号を生成する一方、輝度制御範囲未満であると判断された場合には対応色のＬＥＤを最低輝度とするバックライト信号を生成する演算手段を備えている。
このバックライト制御システムは、好ましくは、画像信号抽出部に設けられた演算手段は、最大輝度がバックライトの輝度制御範囲内であると判断した場合にはＢビットのデータのうちの少なくとも１つのビットを含むＬビットのデータを対応色のＲＧＢ信号として生成する一方、輝度制御範囲未満であると判断した場合にはＲＧＢ各々ＫビットのＲＧＢ情報の最上位から第（Ｂ＋１）乃至（Ｂ＋Ｌ）位のＬビットのデータを対応色のＲＧＢ信号として生成するように構成される。
また、本発明のバックライト制御システムは、画像信号抽出部からのバックライト信号が入力されるバックライト信号処理部を備え、該バックライト信号処理部は外部からのバックライト輝度調整用の外部インタフェースを有するように構成することもできる。
本発明の液晶表示装置は、本発明のバックライト制御システムを備え、バックライトとして設けられているＬＥＤの点灯状態が上述のバックライト制御システムにより制御される。
このように、本発明によれば、液晶表示装置に入力される画像情報に基づいてバックライトとして用いられるＬＥＤの発光状態を制御することとしたので、液晶表示パネルに表示される画像の高諧調化が図られる。その結果、低諧調レベルの液晶表示パネルを高諧調レベルの液晶表示パネルとして使用することなどが可能となる。
また、その手法は、画像情報に本来含まれている情報に基づいてバックライト（ＬＥＤ）側でも諧調制御を行うのみであるので、原理的に極めて簡便であり、装置の軽量化・薄型化等の要請に対する障害となることもない。
さらに、液晶表示装置の使用者がマニュアル制御により画像の明るさ調整を行った場合にも、これを液晶表示パネル側に信号入力することなく、バックライト側の照明光量の制御により画像の諧調制御が可能となる。
以下に、図面を参照して本発明の実施の態様について説明する。なお、以降の説明においては、バックライトとして用いるＬＥＤとして、赤（Ｒ）色ＬＥＤ、緑（Ｇ）色ＬＥＤ、青（Ｂ）色ＬＥＤの３色のＬＥＤを仮定し、これにより白色のバックライト光を得るものとするが、これらのＬＥＤの発光色は必ずしも、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色に限定する必要はない。本発明に用いられるバックライト用ＬＥＤは、混色により白色を得ることが可能な組合せのものであればよく、そのような組合せが可能なものを、赤（Ｒ）色系ＬＥＤ、緑（Ｇ）色系ＬＥＤ、および青（Ｂ）色系ＬＥＤと呼ぶこととする。
図２は、本発明の画像情報処理のプロセス例を概念的に説明するための図で、符号化されて送信されてきた画像情報（画像データ）を受信し（図２（Ａ））、これを復号化して復号化データを得る（図２（Ｂ））。この復号化データに後述する処理を施してバックライトの輝度制御に用いられるバックライト信号と液晶表示パネル側に送信されるＲＧＢ信号とを抽出する（図２（Ｃ））。そして、バックライト信号をバックライトへ、ＲＧＢ信号を液晶表示パネルへと送信し、その余のデータを切り捨てる（図２（Ｄ））。
つまり、従来の手法では、ＲＧＢ信号のみが画像信号とされていたのに対して、本発明においては、ＲＧＢ信号に加えてバックライトの輝度を制御するためのバックライト信号も画像信号とされ、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色の輝度（諧調）は、液晶表示パネル側とバックライト側で制御されることとなる。
本発明において、上述のバックライト信号およびＲＧＢ信号をどの程度のビット数のデータとして抽出するかにつき特別な制限はなく、従来の一般的な液晶表示パネル（およびその制御部）を用いて画像表示を行う場合には、ＲＧＢ信号のそれぞれを８ビットとし総計２４ビットのデータとしてもよい。この場合、液晶表示パネル側からは、２の８乗（２５６階調）のレベル数の諧調制御が可能である。
本発明においては、復号化された画像情報の中から画像の輝度制御に用いられるバックライト信号が抽出されているから、上述の液晶表示パネル側での諧調制御（ＲＧＢ信号による諧調制御）に加え、バックライト側からの諧調制御（バックライト信号による諧調制御）がなされることとなり、これによって液晶表示パネルに表示される画像の高諧調化を可能としている。
図３は、本発明における諧調制御の原理を説明するための図で、この図に示した例では、復号化された画像情報の中から、４ビットをバックライト信号として抽出し、各ＲＧＢ信号として８ビット（総計２４ビット）のデータを抽出した場合を想定している。上述したように、液晶表示パネル側に送信されるＲＧＢ信号（各８ビット）はそれぞれの色フィルタに対応付けられる液晶に印加される電圧制御に利用され、液晶分子の傾斜状態制御によって８ビット（２５６）レベル数の諧調制御がなされる。
これに加えて、バックライト側には例えば４ビットのデータ量のバックライト信号が送信され、この信号に基づいてバックライトの輝度制御がなされる。例えば、バックライトとしてＬＥＤ（白色）を用いる場合には、光源としてのＬＥＤに流す電流値を制御することでバックライト側からの輝度制御が行われ、４ビット（１６）レベル数の諧調制御がなされる。
図４に図示したように、上述のような諧調制御によれば、液晶パネル側での８ビット（２５６階調）の輝度制御と、バックライト側での４ビット（１６階調）の輝度制御の結果、液晶表示装置としては１２ビット（４０９６階調）の輝度制御が可能となり、大幅な高諧調化を図ることができる。
図５は、本発明の諧調制御のための表示信号の処理例を具体的に説明するための図である。画像情報を復号化したデータは、１画面の赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、および青（Ｂ）の３色の明るさに関する情報（これらを、「Ｒ情報」、「Ｇ情報」、および「Ｂ情報」として図示した）が含まれている（図５（Ａ））。なお、この図には、「Ｒ情報」を「００１１０１０１１０・・・」の数字列、「Ｇ情報」を「００１００１０１１０・・・」の数字列、そして、「Ｂ情報」を「０００１０１０１１１・・・」の数字列として図示している。
ここに例示したＲＧＢ情報のそれぞれを比較すると、Ｂ情報では、最上位〜３ビット目までの値は「０」であり、４桁目（最上位から４ビット目）ではじめて「１」が現れているのに対して、Ｒ情報およびＧ情報は３桁目（最上位から３ビット目）で「１」が現れている。また、Ｒ情報とＧ情報の４桁目（最上位から４ビット目）を比較すると、Ｒ情報は「１」、Ｇ情報は「０」である。この場合、これらＲＧＢ情報のうちで最も明るい色は赤（Ｒ）と判断され、このＲ情報を「最大輝度情報」として抽出する（図５（Ｂ））。
この「最大輝度情報」の「００１１０１０１１０・・・」の数字列の最上位ビットから所定のビット（図では４ビット）の数字列を抽出し、これをバックライト信号「００１１」として決定（生成）し、この４ビットのバックライト信号に基づいてバックライトの輝度制御が行われる（図５（Ｃ））。
このバックライト信号の生成に続き、ＲＧＢ信号が生成され、これにより液晶表示パネル側での諧調制御が行われる。具体例としては、最大輝度情報のＲ情報の数字列のうちの最上位から初めて「１」が現れるまでのビット列（図示した例では、最上位ビットおよび第２位のビット）を無視し、これに続くビット列の上位から所定の桁のビット列を抽出し、これをＲ信号として定義する。なお、図示した例では、Ｒ信号を８ビットとしているので、最上位および第２位の「０」を無視し、これに続く８桁の数字列「１１０１０１１０」をＲ信号として抽出している（図５（Ｄ））。
Ｇ信号およびＢ信号の抽出もこれと同様に行われ、Ｇ情報の数字列の最上位ビットおよび第２位のビットを無視した場合の最初の８桁の数字列「１００１０１１０」がＧ信号として抽出され、Ｂ情報についてもその数字列の最上位ビットおよび第２位のビットを無視した場合の最初の８桁の数字列「０１０１０１１１」がＢ信号として抽出される（図５（Ｄ））。
図６は、上述の画像情報処理を実行するための画像信号生成部の構成例を説明するためのブロック図である。符号化された画像情報が入力されると、画像情報復号化部（１１）で復号化処理され、この復号化データは例えば、動き補償・ＩＰ変換部（１２）に送信されて入力された画像情報に動き補償やＩＰ変換などを施して画像輝度ピーク検出部（１３）に送出される。
この画像輝度ピーク検出部（１３）では、図５を参照して説明した手順で、１画面の画像情報中での最大輝度情報（ＲＧＢ情報のうちで最も高い輝度を有する情報）が抽出される。そして、画像輝度ピーク検出部（１３）は復号化データを画像信号抽出部（１４）へと送り、画像信号抽出部（１４）は図５を参照して説明した手順に基づいて、バックライト信号およびＲＧＢ信号を抽出し、これらを画像信号として画像同期・データ送出制御部（１５）へと送出する。
画像同期・データ送出制御部（１５）は、表示信号のうちのＲＧＢ信号を表示パネル輝度指示部（１６）へ、バックライト信号をバックライト輝度指示部（１７）へと送られ、ＲＧＢ信号とバックライト信号は液晶表示パネルの表示タイミングに同期させて送出される。
図７は、上述のバックライト信号を処理するバックライト信号処理部の構成例を説明するためのブロック図である。画像信号生成部から出力されたバックライト信号は輝度制御ＤＡコンバータ２１に入力され、バックライト光源の輝度（白色光の輝度）を所定の値とするために必要な赤、緑、および青の３色のバックライト用ＬＥＤのそれぞれの輝度を制御するための輝度制御信号を、ＲＧＢのそれぞれに対応付けられた輝度制御ＤＡコンバータ（２２、２３、２４）に送出する。
輝度制御ＤＡコンバータ（２２、２３、２４）のそれぞれは、各色の輝度制御信号をアナログ変換し、これが電流制御回路部（２７）へと送られて各ＬＥＤに流すべき電流値に変換される。なお、輝度制御ＤＡコンバータ（２１）には、外部インタフェース（２５）とマニュアル輝度制御ＤＡコンバータ（２６）を介して、マニュアルによる輝度調整信号が外部から入力可能となっている。
このように、本発明においては、液晶パネル側での輝度制御と、バックライト側での輝度制御の結果、液晶表示装置としては大幅な高諧調化を図ることができる。
以下に、実施例により本発明の実施の態様をより具体的に説明する。
図８は、本発明の諧調制御の手順の第１例を説明するためのフローチャートである。先ず、１画面分の画像情報が入力されてスタートし、この画像情報の復号化が実行される（Ｓ１０１）。なお、ここで示した例では、ＲＧＢ情報はそれぞれがＫビットの情報量（総計３Ｋビット）であるとしている。
復号化されたＲＧＢ情報は記憶され（Ｓ１０２）、用いた液晶表示パネルの特性に応じた輝度範囲の補正が実行される（Ｓ１０３）。この輝度範囲補正とは、例えば、人間の目の感度が比較的低い輝度の高い諧調領域と低い諧調領域には少ないビット数を割り当て、人間の目の感度が比較的高い中間輝度の領域に多くのビット数を割り当てるなどの補正である。
次に、各画素に対応するＲＧＢ情報毎にその輝度の最大値と最小値を記憶し（Ｓ１０４）、１画面分の画像情報中で最も高い輝度ピークを求め（Ｓ１０５）、その輝度最大をＭとして定義する（Ｓ１０６）。
ＲＧＢ情報の中から輝度最大として抽出されたＲＧＢデータを処理して、「１」が現れる最上位のビット位置をＰとする。この処理により、上記ＭとＰとの間には、Ｍ＝２Pの関係が与えられる（Ｓ１０７）。
これに続いて、バックライトによる輝度制御が可能か否かの判断がなされる（Ｓ１０８）。この例では、バックライト信号のビット数をＢビットと設定しているので、上記判断は、Ｍの値（＝２P）と２(K-B)の値の比較により実行される。
Ｍの値（＝２P）が２(K-B)の値に比較して小さくない場合（Ｓ１０８：Ｎｏ）には、ステップＳ１０９に進み、輝度最大のＲＧＢデータの先頭（最上位）のビットから上記Ｐビットの前迄を「０」とし、それ以降の先頭ビットからＢビット迄を「１」としたデータを形成してこれをバックライト信号とする。そして、各ＲＧＢ情報からビットＰを含むＬビットを抽出し、これをＲＧＢ信号とする（Ｓ１１０）。
図９は、上述の処理をより具体的に説明するための図で、ここでは理解が容易なように、ＲＧＢ情報をそれぞれ１４ビット（Ｋ＝１４）とし、バックライト信号のビット数を４ビット（Ｂ＝４）とし、各ＲＧＢ信号のビット数を８ビット（Ｌ＝８）としている。
例えば、Ｒ情報として「０１１０１０１１０１００１１」、Ｇ情報として「００１００１０００１００１０」、Ｂ情報として「００００１１１１０１１０１１」が入力されたとすると（図９（Ａ））、これらのＲＧＢ情報のうちで度最大のものはＲ情報であるから、このＲ情報が選択される（図９（Ｂ））。
このＲ情報「０１１０１０１１０１００１１」は「１」となる最上位ビット位置は１３であるからＰ＝１３となり、図８で示したステップＳ１０８の判断基準（２P＜２(K-B)？）は具体的には「２13＜２10？」となる（図９（Ｃ））。
この場合の判断は「Ｎｏ」であるからステップＳ１０９に進み、Ｒ情報「０１１０１０１１０１００１１」のＰビット位置（１３ビット位置）以降で最上位から４ビットまで（即ち１３ビット、１２ビット、１１ビット、および１０ビットの位置にある４ビット）を「１」とした４桁のデータ（「０１１１」）をバックライト信号とする（図９（Ｄ））。このような処理を行うこととすると、バックライト信号としては「０００１」、「００１１」、「０１１１」、および「１１１１」の信号があり得ることになる。なお、「００００」の信号は、後述するステップＳ１１１の処理により、バックライトの最低輝度に対応する信号として生成される。
なお、Ｒ情報「０１１０１０１１０１００１１」の最上位から４ビットまでのデータ（「０１１０」）をそのままバックライト信号とするようにしてもよく、その場合には４ビット（１６通り）のバックライト信号があり得る。
この処理に続いて、各ＲＧＢ情報からビットＰ（ビット１３）を先頭とするＬビット（８ビット）を抽出してＲＧＢ信号とする（図９（Ｅ））。
ステップＳ１０８において、Ｍの値（＝２P）が２(K-B)の値に比較して小さい場合（Ｓ１０８：Ｙｅｓ）には、ステップＳ１１１に進み、バックライト信号を予め定めた定数（ここでは「００００」）とし、各ＲＧＢ情報の最上位から（Ｂ+１）乃至（Ｂ+Ｌ）ビット位置にあるＬビットのデータを抽出し、これをＲＧＢ信号とする（Ｓ１１２）。
図１０は、上述の処理をより具体的に説明するための図で、ここでも理解が容易なように、ＲＧＢ情報をそれぞれ１４ビット（Ｋ＝１４）とし、バックライト信号のビット数を４ビット（Ｂ＝４）とし、各ＲＧＢ信号のビット数を８ビット（Ｌ＝８）としている。
例えば、Ｒ情報として「０００００１０１１０１００１」、Ｇ情報として「００００００１０００１００１」、Ｂ情報として「００００００１１１０１１０１」が入力されたとすると（図１０（Ａ））、これらのＲＧＢ情報のうちで度最大のものはＲ情報であるから、このＲ情報が選択される（図１０（Ｂ））。
このＲ情報「０００００１０１１０１００１」は「１」となる最上位ビット位置は９であるからＰ＝９となり、図８で示したステップＳ１０８の判断基準（２P＜２(K-B)？）は具体的には「２9＜２10？」となる（図１０（Ｃ））。
この場合の判断は「Ｙｅｓ」であるからステップＳ１１１に進み、定数「００００」をバックライト信号とする（図１０（Ｄ））。このバックライト信号は、バックライトの最低輝度に対応する信号である。
この処理に続いて、各ＲＧＢ情報の最上位からの４ビットを無視し、ビット１０を先頭とするＬビット（８ビット）を抽出してＲＧＢ信号とする（図１０（Ｅ））。
このような処理によって得られたＲＧＢ信号は液晶表示パネルへと送信され（Ｓ１１３）、バックライト信号は、液晶パネルの表示タイミングに同期させてバックライトの点灯制御部に送信される（Ｓ１１４）。
上述のステップＳ１０１乃至Ｓ１１４の処理は、１画面ごとに実行されて動画表示がなされる。
図１１は、本発明の諧調制御の手順の第２例を説明するためのフローチャートである。先ず、１画面分の画像情報が入力されてスタートし、この画像情報の復号化が実行される（Ｓ２０１）。なお、ここで示した例でも、ＲＧＢ情報はそれぞれがＫビットの情報量（総計３Ｋビット）であるとしている。
復号化されたＲＧＢ情報は記憶され（Ｓ２０２）、用いた液晶表示パネルの特性に応じた輝度範囲の補正が実行される（Ｓ２０３）。この輝度範囲補正は、既に実施例１で説明したものと同内容のものである。
次に、各画素に対応するＲＧＢ情報毎にその輝度の最大値と最小値を記憶し（Ｓ２０４）、１画面分の画像情報中のＲＧＢ情報それぞれの輝度ピークを求め（Ｓ２０５）、それらの輝度最大を各色毎にＭ（ＭR、ＭG、ＭB）として定義する（Ｓ２０６）。
各ＲＧＢ情報の輝度最大データを処理して、「１」が現れる最上位のビット位置を各色毎にＰ（ＰR、ＰG、ＰB）とする。この処理により、上記ＭとＰとの間には、Ｍ＝２Pの関係が与えられる（Ｓ２０７）。
これに続いて、バックライトによる輝度制御が可能か否かの判断がなされる（Ｓ２０８）。この例では、バックライト信号のビット数をＢビットと設定しているので、上記判断は、Ｍの値（＝２P）と２(K-B)の値の比較により実行される。なお、この判断はＲＧＢの各色毎に行われる。
Ｍの値（＝２P）が２(K-B)の値に比較して小さくない場合（Ｓ２０８：Ｎｏ）には、ステップＳ２０９に進み、輝度最大データの先頭（最上位）のビットから上記Ｐビットの前迄を「０」とし、それ以降の先頭ビットからＢビット迄を「１」としたデータを形成してこれをバックライト信号とする。そして、各ＲＧＢ情報からビットＰを含むＬビットを抽出し、これをＲ信号、Ｇ信号、およびＢ信号とする（Ｓ２１０）。
ステップＳ２０８において、Ｍの値（＝２P）が２(K-B)の値に比較して小さい場合（Ｓ２０８：Ｙｅｓ）には、ステップＳ２１１に進み、バックライト信号を予め定めた定数（ここでは「００００」）とし、Ｒ情報、Ｇ情報、Ｂ情報のそれぞれについて、最上位から（Ｂ+１）乃至（Ｂ+Ｌ）ビット位置にあるＬビットのデータを抽出し、これをＲ信号、Ｇ信号、およびＢ信号とする（Ｓ２１２）。
このような処理によって得られたＲＧＢ信号は液晶表示パネルへと送信され（Ｓ２１３）、バックライト信号は、液晶パネルの表示タイミングに同期させてバックライトの点灯制御部に送信される（Ｓ２１４）。
上述のステップＳ２０１乃至Ｓ２１４の処理は、１画面ごとに実行されて動画表示がなされる。
第１実施例の諧調制御では、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色のＬＥＤの光で得られる白色光の輝度のみが制御され各色のＬＥＤの輝度制御はなされないために、バックライト光の白色レベル（色調）制御はなされない。これに対して、第２実施例の諧調制御では赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色のＬＥＤ毎に輝度制御がなされているために、白色光の輝度制御のみならずバックライト光の色調制御も可能となる。
図１２は、本発明の液晶表示装置の構成の概略を説明するための図で、この液晶表示装置１００は、基板１０１上にｎ行ｎ列のマトリックス状に設けられたデータ線１０２と走査線１０３の交差する各位置に、スイッチング素子としてのＴＦＴ１０４および蓄積キャパシタ（不図示）が配置されており、ＴＦＴ１０４のドレインは画素電極１０５へ、ソースはデータ線１０２へ、ゲートは走査線１０３に接続されている。
表示データ回路１０８からのＲＧＢ信号はデータ線駆動回路（ゲート線ドライバ）１０６および走査線駆動回路（走査線ドライバ）１０７に入力され、液晶表示パネル側で画像表示を司る。
表示データ回路１０８に入力されるＲＧＢ信号は、符号化画像情報に基づいて画像情報生成部１０９で生成され、この画像情報生成部１０９により生成されるバックライト信号はバックライト信号処理部１１０を介してバックライト１１１に送られて光源であるＬＥＤの点灯を制御する。
以上、実施例により本発明について説明したが、上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではない。上述の実施例を種々変形することは本発明の範囲内にあり、更に本発明の範囲内において他の様々な実施例が可能である。例えば、バックライトとして用いるＬＥＤは、赤（Ｒ）色ＬＥＤ、緑（Ｇ）色ＬＥＤ、および青（Ｂ）色ＬＥＤの３色のＬＥＤである必要は必ずしもなく、混色により白色のＬＥＤを得ることが可能な組合せのＬＥＤ（赤（Ｒ）色系ＬＥＤ、緑（Ｇ）色系ＬＥＤ、および青（Ｂ）色系ＬＥＤ）であればよく、さらには、白色ＬＥＤとこれらの何れかのＬＥＤとの組合せとすることとしてもよい。
本発明により、液晶表示パネルに表示される画像の高諧調化が図られる。これにより、低諧調数の液晶表示パネルを高諧調数液晶表示パネルとして使用することなどが可能となる。
従来の一般的な画像情報処理のプロセスを説明するための図である。 本発明の画像情報処理のプロセスを概念的に説明するための図である。 本発明における諧調制御の原理を説明するための図である。 本発明の諧調制御により大幅な高諧調化を図ることが可能となることを概念的に説明するための図である。 本発明の諧調制御のための表示信号の処理例を具体的に説明するための図である。 本発明の画像情報処理を実行するための画像信号生成部の構成例を説明するためのブロック図である。 バックライト信号を処理するバックライト信号処理部の構成例を説明するためのブロック図である。 本発明の諧調制御の手順の第１例を説明するためのフローチャートである。 図８の処理を具体的に説明するための図である。 図８の処理を具体的に説明するための図である。 本発明の諧調制御の手順の第２例を説明するためのフローチャートである。 本発明の液晶表示装置の構成の概略を説明するための図である。
符号の説明
１１ 画像情報復号化部
１２ 動き補償・ＩＰ変換部
１３ 画像輝度ピーク検出部
１４ 画像信号抽出部
１５ 画像同期・データ送出制御部
１６ 表示パネル輝度指示部
１７ バックライト輝度指示部
２１ 輝度制御ＤＡコンバータ
２２、２３、２４ 輝度制御ＤＡコンバータ
２５ 外部インタフェース
２６ マニュアル輝度制御ＤＡコンバータ
２７ 電流制御部
１００ 液晶表示装置
１０１ 基板
１０２ データ線
１０３ 走査線
１０４ ＴＦＴ
１０５ 画素電極
１０６ データ線駆動回路（ゲート線ドライバ）
１０７ 走査線駆動回路（走査線ドライバ）
１０８ 表示データ回路
１０９ 画像情報生成部
１１０ バックライト信号処理部
１１１ バックライト

Claims (10)

  1. 符号化された１画面の画像情報に基づいてＲＧＢ各々ＫビットのＲＧＢ情報を復号化する第１のステップと、
    前記ＲＧＢ情報のうちの最大輝度の色情報を抽出する第２のステップと、
    前記最大輝度の色情報のビットデータの最上位ビットを含む所定のＢビットのデータに基づいてＬＥＤからなるバックライトの輝度に対応付けられるバックライト信号を決定する第３のステップと、を備え、
    前記第３のステップは、前記Ｂビットのデータに基づいて前記最大輝度がバックライトの輝度制御範囲にあるか否かを判断し、輝度制御範囲内であると判断された場合には前記Ｂビットのデータに基づいてバックライトの輝度を制御するＢビットのバックライト信号を生成する第１のサブステップと、輝度制御範囲未満であると判断された場合にはバックライトを最低輝度とするバックライト信号を生成する第２のサブステップを備えていることを特徴とする液晶表示装置用バックライトの制御方法。
  2. ＲＧＢ信号を決定する第４のステップを備え、
    前記第１のサブステップが実行された場合には、前記Ｂビットのデータのうちの少なくとも１つのビットを含むＬビットのデータをＲＧＢ信号として生成する一方、前記第２のサブステップの実行に続いて、前記ＲＧＢ各々ＫビットのＲＧＢ情報の最上位から第（Ｂ＋１）乃至（Ｂ＋Ｌ）位のＬビットのデータをＲＧＢ信号として生成する請求項１に記載の液晶表示装置用バックライトの制御方法。
  3. 符号化された１画面の画像情報に基づいてＲＧＢ各々ＫビットのＲＧＢ情報を復号化する第１のステップと、
    前記ＲＧＢ情報のそれぞれについて最大輝度を抽出する第２のステップと、
    前記ＲＧＢ情報のそれぞれの最大輝度のビットデータの最上位ビットを含む所定のＢビットのデータに基づいて赤色系ＬＥＤ、緑色系ＬＥＤ、および青色系ＬＥＤからなるバックライトの輝度に対応付けられるバックライト信号を決定する第３のステップと、を備え、
    前記第３のステップは、前記Ｂビットのデータに基づいて前記ＲＧＢの最大輝度のそれぞれが前記赤色系ＬＥＤ、緑色系ＬＥＤ、および青色系ＬＥＤの輝度制御範囲にあるか否かを判断し、輝度制御範囲内であると判断された場合には前記Ｂビットのデータに基づいて対応色のＬＥＤの輝度を制御するＢビットのバックライト信号を生成する第１のサブステップと、輝度制御範囲未満であると判断された場合には対応色のＬＥＤを最低輝度とするバックライト信号を生成する第２のサブステップを備えていることを特徴とする液晶表示装置用バックライトの制御方法。
  4. ＲＧＢ信号を決定する第４のステップを備え、
    前記第１のサブステップが実行された場合には、前記Ｂビットのデータのうちの少なくとも１つのビットを含むＬビットのデータを対応色のＲＧＢ信号として生成する一方、前記第２のサブステップの実行に続いて、前記ＲＧＢ各々ＫビットのＲＧＢ情報の最上位から第（Ｂ＋１）乃至（Ｂ＋Ｌ）位のＬビットのデータを対応色のＲＧＢ信号として生成する請求項３に記載の液晶表示装置用バックライトの制御方法。
  5. 符号化された１画面の画像情報に基づいてＲＧＢ各々ＫビットのＲＧＢ情報を復号化する画像情報復号化部と、
    前記ＲＧＢ情報のうちの最大輝度の色情報を抽出する画像輝度ピーク検出部と、
    前記最大輝度の色情報のビットデータの最上位ビットを含む所定のＢビットのデータに基づいてＬＥＤからなるバックライトの輝度に対応付けられるバックライト信号を決定する画像信号抽出部と、を備え、
    前記画像信号抽出部は、前記Ｂビットのデータに基づいて前記最大輝度がバックライトの輝度制御範囲にあるか否かを判断し、輝度制御範囲内であると判断された場合には前記Ｂビットのデータに基づいてバックライトの輝度を制御するＢビットのバックライト信号を生成する一方、輝度制御範囲未満であると判断された場合にはバックライトを最低輝度とするバックライト信号を生成する演算手段を備えていることを特徴とする液晶表示装置用バックライトの制御システム。
  6. 前記画像信号抽出部に設けられた演算手段は、前記最大輝度がバックライトの輝度制御範囲内であると判断した場合には前記Ｂビットのデータのうちの少なくとも１つのビットを含むＬビットのデータをＲＧＢ信号として生成する一方、輝度制御範囲未満であると判断した場合には前記ＲＧＢ各々ＫビットのＲＧＢ情報の最上位から第（Ｂ＋１）乃至（Ｂ＋Ｌ）位のＬビットのデータをＲＧＢ信号として生成することを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置用バックライトの制御システム。
  7. 符号化された１画面の画像情報に基づいてＲＧＢ各々ＫビットのＲＧＢ情報を復号化する画像情報復号化部と、
    前記ＲＧＢ情報のそれぞれについて最大輝度を抽出する画像輝度ピーク検出部と、
    前記ＲＧＢ情報のそれぞれの最大輝度のビットデータの最上位ビットを含む所定のＢビットのデータに基づいて赤色系ＬＥＤ、緑色系ＬＥＤ、および青色系ＬＥＤからなるバックライトの輝度に対応付けられるバックライト信号を決定する画像信号抽出部と、を備え、
    前記画像信号抽出部は、前記Ｂビットのデータに基づいて前記ＲＧＢの最大輝度のそれぞれが前記赤色系ＬＥＤ、緑色系ＬＥＤ、および青色系ＬＥＤの輝度制御範囲にあるか否かを判断し、輝度制御範囲内であると判断された場合には前記Ｂビットのデータに基づいて対応色のＬＥＤの輝度を制御するＢビットのバックライト信号を生成する一方、輝度制御範囲未満であると判断された場合には対応色のＬＥＤを最低輝度とするバックライト信号を生成する演算手段を備えていることを特徴とする液晶表示装置用バックライトの制御システム。
  8. 前記画像信号抽出部に設けられた演算手段は、前記最大輝度がバックライトの輝度制御範囲内であると判断した場合には前記Ｂビットのデータのうちの少なくとも１つのビットを含むＬビットのデータを対応色のＲＧＢ信号として生成する一方、輝度制御範囲未満であると判断した場合には前記ＲＧＢ各々ＫビットのＲＧＢ情報の最上位から第（Ｂ＋１）乃至（Ｂ＋Ｌ）位のＬビットのデータを対応色のＲＧＢ信号として生成することを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置用バックライトの制御システム。
  9. 前記画像信号抽出部からの前記バックライト信号が入力されるバックライト信号処理部を備え、該バックライト信号処理部は外部からのバックライト輝度調整用の外部インタフェースを有することを特徴とする請求項５乃至８の何れか１項に記載の液晶表示装置用バックライトの制御システム。
  10. ＬＥＤからなるバックライトと請求項５乃至９に記載のバックライト制御システムを備え、前記ＬＥＤの点灯状態が前記バックライト制御システムにより制御されることを特徴とする液晶表示装置。
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