JP2008102499A - 画像表示装置及び画像表示方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光源数や光源の照度の制御ステップ数が増加しても演算処理時間又はメモリ量を増加させず、従来例に比較して簡易な回路により高速に照度分布を求め、高ダイナミックレンジ及び高階調の画像表示が行える画像表示装置及び画像表示方法を提供する。
【解決手段】本発明の画像表示装置は、複数の画素を有する光学変調素子と、光学変調素子に光を照射し、各々独立に制御される複数の光源と、入力される画像の各画素の階調度に対応して、各光源の制御値を設定する光源制御値設定部と、ｎ（ｎは１以上の整数）画素単位の領域毎に設けられた光センサと、光センサにより該領域の照度を検出する照度検出部と、検出された照度により、各画素の階調度を補正処理し、補正された補正階調度により光学変調素子を制御する階調度制御部とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、多階調の画像を表示する画像表示装置に係り、特に高階調表示に好適な画像表示装置及び画像表示方法に関する。

近年、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display），ＥＬ（Electroluminescence Display）、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）や投写型表示装置等の電子ディスプレイ装置における画質改善は目覚ましく、解像度色域については人間の視覚特性にほぼ匹敵する性能を有する装置が実現されつつある。
しかし、輝度ダイナミックレンジに関しては、その再現範囲はたかだか１〜１０２［nit］程度の範囲であり、また階調度を表現するビット数も８ビットが一般に用いられている。
一方、人間の視覚は、一度に知覚し得る輝度ダイナミックレンジの範囲が１０−２〜１０４［nit］程度あり、また輝度弁別能力が０．２［nit］であり、この輝度弁別能力に対応させて、輝度ダイナミックレンジの範囲を階調数に換算すると、ほぼ１２ビット相当のデータ量が必要となると言われている。

上述したような視覚特性を経由し、現在の電子ディスプレイ装置の表示画像を見た場合、輝度ダイナミックレンジの狭さが目立ち、加えてシャドウ部やハイライ卜部の階調の分解能が不足しているため、表示画像のリアリティーや迫力に対して物足りなさを感じることとなる。
また、映画やゲーム等で使用されるＣＧ（Computer Graphics）の画像においては、人間の視覚に近い輝度ダイナミックレンジや階調特性をデータに持たせて描写のリアリティーを追求する動きが主流になりつつある。

しかし、電子ディスプレイ装置の性能が、不足しているために、上記ＣＧコンテンツの画像を表示する際、ＣＧコンテンツが本来有する画像の表現力（階調を表現するビット数が多い）を充分に発揮することができないという課題がある。
さらに、次期Windows（登録商標）においては、１６ビット色空間の採用が予定されており、現在の８ビット色空間と比較してダイナミックレンジや階調数が飛躍的に増大する。 そのため、ＣＧコンテンツにおける１６ビット色空間を充分に生かすことが出来る高ダイナミックレンジ・高階調の電子ディスプレイ装置の実現への要求が高まると考えられる。

この電子ディスプレイ装置においては、上述した輝度ダイナミックレンジの範囲を広げるために各種の考案がなされている。
例えば、調光が可能な光源を用いて、液晶表示デバイスのバックライトとして、領域ごとに照度が異なる照度分布を、映像信号（画像データ）の照度分布に対応した形にて生成することにより、映像空間のハイダイナミックレンジ化、高階調化、省電力化を実現する構成が用いられている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３及び特許文献４参照）。

上記各特許文献において重要な点は、バックライトの明るさにより、液晶表示デバイスにおける各画素の制御値（例えば、液晶素子の透過率を制御する電圧値）が設定されることである。
したがって、液晶表示デバイスにおける画素毎に、バックライトの明るさの算出及び検出を行う必要がある。
しかしながら、上記各特許においては、画素毎におけるバックライトの明るさの算出が、基本的にオープンループ処理にて行われている。

すなわち、上記画素毎におけるバックライトの明るさに、予め測定した数値を元とした予測値を用いており、個々のバックライトを段階的な明るさ、すなわち制御ステップに設定した場合における各々の照度分布を、計算式またはテーブル値としてメモリに対して予め記憶させる。
そして、バックライトをある明るさに設定した際、その明るさに対応した光が照射された領域の照度分布を上記計算式による計算、あるいはテーブルから読みだし、対応する画素位置の照度値を、各画素における照度値として用いている。
特開２００２−９９２５０号公報 特表２００５−５２０１８８号公報 特開２００４−３１７８９５号公報 特開２００５−２５８４０３号公報

しかしながら、上記特許文献の方法は、画像全面を「白」表示などの一様な表示を行った場合、輝度のムラや疑似輪郭を生じさせないようにするため、個々のバックライトとして用いている光源からの光による照度分布がガウス分布のように、ある程度ブロードであり、かつ各光源の照度分布が重なっていることが望ましい。
ここで、ある画素に注目した場合、この画素に対する照度に影響を与える光源の照度分布を全て考慮して、画素に対する実際の照度を求める必要がある。

このため、上記特許文献の方法は、各光源の分布情報等が非常に複雑でデータ量が多くなり、照度分布を演算により求める場合、演算に用いる回路や処理時間が大きくなり、また予め計算されたものを記憶しておき読み出す場合、上記分布情報に対応した各画素の照度を蓄積するメモリ量が大きくなるという問題がある。
特に、上記特許文献の方法は、演算の処理時間が大きくなったり、各画素の照度をメモリから読み出す時間がかかるため、リアルタイムに各画素の照度を計算することが困難であり、動画像を表示することができない。
そして、上述した演算処理の時間及びメモリ量が多く必要となる問題は、光源の数や光源の明るさの制御ステップ数が増加するにつれ、指数関数的に増加することとなる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、光源の数や光源の明るさの制御ステップ数が増加しても演算処理の時間あるいはメモリ量を増加させることなく、従来例に比較して高速に、かつ簡易な回路によって、照度分布を求めて、高ダイナミックレンジ及び高階調の画像表示が行える画像表示装置及び画像表示方法を提供することを目的とする。

本発明の画像表示装置は、複数の画素を有する光学変調素子と、該光学変調素子に光を照射し、各々独立に制御される複数の光源と、入力される画像の各画素の階調度に対応して、前記各光源の制御値を設定する光源制御値設定部と、ｎ（ｎは１以上の整数）画素単位の領域毎に設けられた光センサと、該光センサにより該領域の照度を検出する照度検出部と、前記検出された照度により、各画素の階調度を補正処理し、補正された補正階調度により前記光学変調素子を制御する階調度制御部とを有する。
本発明の画像表示方法は、各々独立に制御される複数の光源が複数の画素を有する光学変調素子に光を照射する過程と、光源制御値設定部が入力される画像の各画素の階調度に対応して、前記各光源の制御値を設定する過程と、照度検出部がｎ（ｎは１以上の整数）画素単位の領域毎に設けられた光センサにより、該領域の照度を検出する過程と、階調度制御部が前記検出された照度により、各画素の階調度を補正処理し、補正された補正階調度により前記光学変調素子を制御する過程とを有することを特徴とする。

上記構成により、本発明の画像表示装置（方法）によれば、従来例のように各画素に照射されている光の明るさを演算により求めたり、あるいはメモリに記憶されている数値を読み出すのではなく、光センサにより直接に検出するため、複雑な演算や大容量のメモリを設けることなく、従来に比較して高い精度で、かつ高速に各画素に対応する照度を得ることができ、リアルタイムに各画素の階調度を演算することができるため、動画像に対しても適用が可能である。
すなわち、本発明の画像表示装置によれば、入力される画像データの階調度に対応させて、各光源を制御し、各画素に実際に照射されている光の照度を測定し、この測定された照度に対応して、各画素に対応する画像データの階調度を補正して、入力された階調度に対応するよう微調整を行うため、従来例に比較してより精度の高い画像表示を行うことができ、ダイナミックレンジを広く取ることが可能となる。

また、本発明の画像表示装置によれば、バックライトの光源の数や、その明るさの制御ステップ（光源の明るさの数値変化の段階を示し、例えば光源の明るさを２４段階に制御する制御ステップ）が増加したとしても、直接に照度を測定するために容易に対応でき、表示する画素の階調度に対応した理論値に近い明るさの制御が行え、従来に比較して省電力化を向上させることができる。
すなわち、一般的に、画像の平均輝度レベルは２０％程度と言われているため、理論的に、光学変調素子に対して全面均一の照度となる光を照射する場合に比較して、光源を駆動する電力を１／５とすることができる。

また、本発明の画像表示装置によれば、光学変調素子に対する光源の構成（例えば、光源の数、光源を配置する位置、制御ステップの変更、光源の明るさのばらつき）が変化したとしても、直接に照度を測定するために容易に対応でき、装置の設計及び製造が容易となる。
また、本発明の画像表示装置によれば、暗室コントラストに対し、黒表示の際に光源の明るさを従来例に比較して低下させることが可能であるため、数万対１というような非常に高いコントラスト比を達成することができる。

本発明の画像表示装置は、前記光センサが前記光学変調素子と同一基板に形成されていることを特徴とする。
上記構成により、本発明の画像表示装置によれば、画素と同一基板に形成されており、画素に入射する光による照度を画素に近い位置にて検出することができ、すなわち画素に実際に照射される光の明るさと同様な値を検出することができ、各光源及び各画素の階調度の制御を、高い精度で行うことが可能である。

本発明の画像表示装置は、前記光センサが１画素単位に設けられていることを特徴とする。
上記構成により、本発明の画像表示装置によれば、光センサが１画素単位に照度を検出するので、画素に入射するのと同一な光の照度を検出することができ、すなわち光学変調素子の画素に実際に照射される光の照度と同一な値を検出することができ、各光源及び各画素の階調度の制御を、高い精度で行うことが可能である。

本発明の画像表示装置は、前記光センサが４０×４０画素単位に設けられていることを特徴とする。
上記構成により、本発明の画像表示装置によれば、光センサが４０×４０画素単位に照度を検出し、この照度に対応して表示素子の制御を行うため、省電力効果を向上させることが可能である（参考文献：「RGB-LED Backlights for LCD-TVs with 0D，1D，and 2D Adaptive Dimming」、T．Shirai他、pp．1520-1523、SID 06 参照）。

本発明の画像表示装置は、前記階調度制御部が前記補正階調度を求める補正処理期間、前記光学変調素子の全画素を黒表示制御することを特徴とする。
上記構成により、本発明の画像表示装置によれば、光源の明るさの変化と、この明るさに対応して階調度が制御される光学変調素子の表示素子の変化との時間差を吸収し、画素の輝度変化を認識され難くするため、画質を向上させることができる。
また、本発明の画像表示装置によれば、画像の変化に対応して黒表示制御することとなるため、黒挿入効果により表示ぼけを改善し、動画応答速度を向上させることができる。

本発明の画像表示装置は、前記光源制御値設定部が前記黒表示制御に同期して、前記各光源を全て消灯することを特徴とする。
上記構成により、本発明の画像表示装置によれば、表示素子（画素に対応）が黒表示制御されるタイミングに同期して、光源を消灯し、光源による黒挿入を行うことにより、表示素子が完全に黒表示となるまでの時間のずれを吸収し、画素の輝度変化が認識され難くするため、画質を向上させることができる。
また、本発明の画像表示装置によれば、画像の変化に対応して黒表示制御することとなるため、黒挿入効果により表示ぼけを改善し、動画応答速度を向上させることができる。
本発明の画像表示装置は、前記光源制御値設定部は、ｋフレーム単位（ｋは２以上の整数）で前記光源の制御値を設定し、前記照度検出部は、ｋフレーム単位で該領域の照度を検出し、前記階調制御部は、１フレーム単位で前記補正階調度により前記光学変調素子を制御することを特徴とする。
上記構成により、本発明の画像表示装置によれば、照度検出における処理の回数を削減することができ、光源の明るさの調整を行う際の処理の負荷を軽減させることができる。

本発明の画像表示装置は、前記ｋフレームの期間において、現在の光源の照明分布にては表示不可能な階調度を有する画像データが入力されたか否かを検出するシーンチェンジ検出部をさらに有し、前記光源制御値設定部は、前記シーンチェンジ部が、前記画像データが現在の照度分布にて表示不可能であることを検出すると、前記複数の光源を前記画像データにおける最大の階調度に対応する略同一の照度とする全面調光のモードとし、照度検出部が次に照度を検出するタイミングにて、入力される画像の各画素の階調度に対応して各光源の制御値を設定する領域調光モードとすることを特徴とする。
上記構成により、本発明の画像表示装置によれば、複数フレーム周期にて各光源の照度を制御する構成において、フレーム毎に入力される画像データを表示する際、上記フレーム周期内にて各領域単位の画素の階調度が大きく変化した場合においても、画像データの画素の階調度に対応して各光源の照度を制御することが可能となり、階調度の変化が急激なシーンチェンジにおいても、画像データの正確な輝度の再現を行うことができる。

本発明の画像表示装置は、前記シーンチェンジ検出部が、入力される画像データの全画素の階調度と、現在の各光源の制御値の表示可能な階調度の範囲とを比較し、前記全画素の階調度が該範囲に含まれる否かにより、現在の光源の照度では再現不能な画像データが入力されたか否かを判定することを特徴とする。
上記構成により、本発明の画像表示装置によれば、全画素単位にて画像データの階調度が現在の各光源の制御値の表示可能な階調度の範囲にあるか否かを検出するため、高精度に判定を行うことができる。

本発明の画像表示装置は、前記シーンチェンジ検出部が、画像データのシーンチェンジを検出する（例えば、フレーム間の階調度のヒストグラムを比較し、ヒストグラムの形状に大きな変化があることを検出する）ことにより、現在の光源の照度では再現不能な画像データが入力されたか否かを判定することを特徴とする。
上記構成により、本発明の画像表示装置によれば、全画素単位にて画像データの階調度が現在の各光源の制御値の表示可能な階調度の範囲にあるか否かを検出するため、高精度に判定を行うことができる。
上記構成により、本発明の画像表示装置によれば、シーンチェンジが簡易な構成により容易に検出されるため、低コストにて構成を形成することができる。

＜第１の実施形態＞
以下、本発明の第１の実施形態による画像表示装置を図面を参照して説明する。図１は同実施形態の構成例を示すブロック図である。
この図において、バックライト制御部１は、光学変調素子、例えば、液晶表示デバイス３に設けられたバックライト（光源）各々（例えば、ｍ個であれば、バックライトＬ1〜Ｌm）を独立に制御するものであり、バックライト制御値決定部１１とバックライト駆動部１２とから構成されている。

バックライト制御値決定部１１は、入力される画像データにおいて、上記各バックライト毎に対応づけられた画素領域に含まれる画素に対応する画像データの階調度から最大の階調度（最大の輝度値）を検出し、この最大の階調度に対応するバックライトの明るさ制御値（バックライト制御値）を求める。
バックライト駆動部１２は、各画素領域毎に、上記明るさ制御値に対応した電圧値を求め、それぞれのバックライトをこの電圧値により駆動し、対応する画素領域の最大の階調度に対応した明るさに制御して点灯させる。

表示素子制御部２は、液晶表示デバイス３における照度分布を検出し、検出された照度と、画素の階調度とから、新たな階調度を求め、すなわち、画素の階調度を検出された照度により補正し、照度に対応した補正階調度とし、この補正階調度に対応して、液晶表示デバイス３の各画素に対応する液晶素子（表示素子）の透過率の制御を行うものであり、フレームメモリ２１、照度検出部２２，ＬＣＤ画素制御値決定部２３、表示素子駆動部２４から構成されている。
ここで、上記各バックライトが液晶表示デバイス３に対して照射することによる光の照度分布を検出するため、液晶表示デバイス３の画素が形成された表示面を、ｎ（１つまたは複数）個の画素からなる複数の照度検出領域に分割し、それぞれの照度検出領域毎に１つ光センサＳを設けている。ここで、照度検出領域は、少なくともバックライト数以上、または表示面の全画素数に対応して予め設定した数に、上記表示面が分割されて形成されている。

フレームメモリ２１は、上記バックライト制御部１に入力される画像データと同一の画像データが入力され、この画像データを１フレーム分、すなわち表示面の画素分蓄積する。
照度検出部２２は、上記光センサＳから入力される、対応する照度検出領域の照度の数値である検出照度値により、それぞれの照度検出領域の照度データＴを求める。例えば、照度検出部２２は、予め測定したバックライトが消灯状態された場合に検出される照度値から、バックライトが最大の明るさの場合に検出される最大の照度値までを、複数のレベル（０〜２５５の２５６段階など）に分割したテーブルを有しており、光センサＳから入力される検出照度値が含まれる照度データＴを、その照度検出領域の照度値として選択する。
ＬＣＤ画素制御値決定部２３は、フレームメモリ２１から読み出した画像データの階調度と、上記照度データＴとにより、補正階調度を求め、この補正階調度により液晶素子の透過率を制御する透過率制御値（電圧値）を出力する。
液晶表示素子駆動部２４は、上記透過率制御値により、液晶表示デバイス３の各画素の液晶素子の透過率を制御する。

次に、図２を用いて、バックライト及び画素領域の関係と、光センサ及び照度検出領域の関係とを説明する。図２は、本実施形態における液晶表示デバイス３に対するバックライト及び光センサの配置例を示す表示ハードウェア構成の概念図である。図２（ａ）は液晶表示デバイス３の表面を示し、図２（ｂ）は図２（ａ）の線Ａ−Ａにおける線示断面を示す概念図である。
液晶表示デバイス３は、下部層から順に説明すると、図２（ｂ）に示すように、例えば、導光板３１、拡散板３２、プリズムシート３３，３４、偏光板３５、透明基板３６、液晶層３７、透明基板３８、偏光板３９から構成されている。

上記液晶表示デバイス３は、例えば、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を用いたアクティブマトリクス型であり、画素数が横８画素×縦６画素（すなわち、６行８列のマトリクス）の計４８画素にて構成されている。
また、液晶表示デバイス３がカラーの場合、各画素は、３原色のＲ，Ｇ，Ｂ各々に対応しており、それぞれが上記マトリクスにおいて辺を接して隣接しないように周期的に配置されている。

バックライトＬは、液晶表示デバイス３の２行に１つずつ、Ｌ1，Ｌ2及びＬ3の計３個（つまり、図１のｍ＝３）が、導光板３１の長尺方向の一方の端部に配置され、導光板３１内に光を照射するよう設けられている。したがって、上記バックライトＬの配置において、上記画素領域（図２（ａ）の領域Ｏ）は液晶表示デバイス３の２行の画素により構成される。
また、バックライトＬは、導光板４１の下部に配置され、液晶表示デバイス３の表面に対して垂直方向に光を照射するようにしてもよい。

光センサＳは、１画素に１個（つまり図１のｎ＝１）、すなわち照度検出領域が１個の画素から構成されており、ＴＦＴと同じ透明基板３６上に形成され、透明基板３６から放射される光の照度を測定する。すなわち、光センサＳの受光方向は、バックライトＬから照射された光の照度を測定するため、液晶表示デバイス３の表面に対して垂直に下部方向（拡散板３２と対向する方向）となっている。
ここで、ｎ＝１としたことにより、各画素の表示素子の透過率制御値を設定する際、ＬＣＤ画素制御値決定部２３は、フレームメモリ２１から順次読み出す画像データの階調度に対し、この画像データを表示する画素に対応する光センサの照度データＴを、照度検出部２２から読み込み、液晶表示デバイスの各画素の液晶素子の透過率制御値を求める構成となり処理回路が非常に簡単になる。

また、光センサＳは、ＴＦＴと同じ透明基板３６上に形成されることにより、半導体プロセスをＴＦＴと共有することができ、ＴＦＴと同時に形成することとなり、液晶表示デバイス３の製造工程が容易となり、量産効果により低コスト化が図りやすい。
また、図２（ｂ）に示すようにバックライトＬ（ＬＥＤ光源）は、液晶表示デバイス３の拡散板３１に横から光を照射するサイドライ卜形である。
バックライトＬの照射した光は、導光板３１により、図２（ｂ）の左右方向においてほぼ均一になるように、上側に反射されて拡散板３２に入射する。

そして、拡散板３２を透過した光は、さらにプリズムシート３３，３４により均一化され、偏光板３５に入射し偏光が揃えられる。
この偏光が揃った光は、ＴＦＴや光センサＳが形成されている透明基板３６を透過し、ＴＦＴに与えられる透過率制御値に従って配向制御された液晶層３７により偏光状態が変調される。
偏光状態が変調された後、光は透明基板３８を通過し、出射側の偏光板３９により偏光状態により出射する光の量が決まる。

次に、図３によりバックライトＬの照射する光による照度分布を示す概念図である。この図３においては色が濃いほど明るいことを示している。図３（ａ）に示すように、１つのバックライトの光、例えばバックライトＬ2の放射する光は拡散板３１内にて拡散され、拡散された端部近傍がブロード状態となっている。
また、図３（ｂ）から分かるように、所定の距離を有する位置にある３つのバックライトＬ1からＬ3各々をそれぞれ異なった明るさにて点灯した場合、画素の位置によって２つの光源からの光の重畳によって照射される光の照度が決まる。

また、図４はバックライトの照射する光による照度分布がガウス分布に近い場合の例を示した図である。図３と同様に、色が濃いほど明るいことを示している。図４（ａ）は１つのバックライト（例えば、図３のバックライトＬ1）を点灯した場合であり、図４（ｂ）は所定の距離を有する位置にある３つのバックライト（例えば、図３のバックライトＬ1〜Ｌ3）をそれぞれ点灯させた場合の照度分布を示している。
この図４から分かるように、実際の照度分布はこのような細かに変化する分布を有していると考えられ、ある画素に着目した場合にその画素に対する照度分布を計算することは非常に複雑な処理が必要となることが分かる。

しかし、本実施形態においては、１画素（あるいは照度検出領域）単位に光センサＳを有し、バックライトにより照射される領域の光の照度を照度検出領域毎にリアルタイムに測定するため、非常に簡単にその画素単位（照度検出領域単位）のバックライトの光の照度分布を得ることができる。
また、光センサＳのキャリブレーションは、照度に対して画像データの階調度を補正するため、正確な照度を検出しておく必要がある。この検出に関しては、別途一様な面光源等を使用し、光センサの入射する光量と、液晶素子を駆動する電圧値とのキャリブレーションを行い、そのキャリブレ−ション値を保持するような仕組み、例えば各光センサの照度データＴ（光量）に対する液晶素子の駆動電圧としての透過率制御値を検出し、またこの透過率制御値と補正階調度との対応関係のテーブルを作成する。

上述したように、本実施形態の画像表示装置は、光源として個々に輝度を制御可能な複数のＬＥＤ光源をバックライトＬとして用いた液晶表示デバイスである。
個々のバックライトを種々の明るさ制御値に設定し輝度を変化させることにより、バックライトにより照射される領域の光の照度分布を、画素領域ごとに制御することが可能である。
例えば、入力される画像データが画面の左半分において黒に近いような場合、左側半分の光の明るさを低下させるようにバックライトの制御を行うことにより、黒浮きを抑えたハイダイナミックレンジな表示と省電力を両立することが可能となる。

このような画素領域毎に、照射される領域にて画像データに応じた照度となるように、バックライトの照射する光の明るさと、画素の液晶素子の透過率との制御を行う場合、上記参考文献に詳細な効果が記載されている。
すなわち、この参考文献によれば、省電力効果が高いのは一つの調光エリアあたり４０画素×４０画素よりも少ない表示画素であり、バックライトの明るさの制御ステップが２４よりも多い場合と示されている。
この４０画素×４０画素という範囲となると、単純計算によりフルハイビジョン解像度（１９２０×１０８０）を制御対象とした場合、４８×２７＝１２９６個の調光エリアとして照度検出領域が必要となる。

また、ＱＶＧＡ（Quarter VGA、３２０×２４０）としても、８×６＝４８個の照度検出領域が必要となり、かつその制御ステップが２４以上ということになる。
このように調光エリアや光源の制御ステップが増化すると、すでに述べたように、従来の構成においては、画素単位の照度分布を求めるためのリソース（回路、メモリ量及び演算時間）が非常に多くなってしまう。
また、照度分布データなどをメモリに記憶させるために、あらかじめ照度分布を測定するための測定工数も飛躍的に増大することとなる。

このため、本実施形態においては、すでに述べたように、照度分布を測定に基づく計算や分布データから求めるのではなく、画素単位の光センサによって実際に画素における照度を、リアルタイムに測定することにより、バックライトの照射する光による照度分布がいかに複雑であろうとも、各画素の照度に対して簡単な階調度の補正処理を行うことで、高画質の表示が可能な画像表示装置を提供できる。
また、この方法によれば、照度をリアルタイムにて測定しているので、バックライト（光源）の経時変化や熱変化などにも影響を受けることなく、特別な処理を必要とせず容易に、階調度の補正処理に対応可能である。

上記光センサＳは、フォトダイオードなどを使用するのが一般的ではあり、本実施形態においてもフォトダイオードを使用する。
しかしながら、フォトダイオード以外にも、フォトトランジスタを使用したり、あるいは画素の液晶素子制御用のＴＦＴに光センサとしての機能を持たせる、すなわちフォトトランジスタとして構成する等種々の構成が考えられる。
また、光センサＳは、それぞれ測定対象とする照度検出領域と平面視にて重なる位置において、プリズムシート３４上に形成するようにしても良い。

次に、図１、図２，図５及び図６を用いて、本実施形態による画像表示装置の動作を説明する。図５は図１の画像表示装置における１フレームにおける１画素の液晶素子を制御する動作例を示すフローチャートであり、図６は図５のフローチャートに対応したタイミングチャートである。ここで、画素領域は図２における３行の画素にて形成され、照度検出領域は１画素で構成、すなわち各画素に１つの光センサが設けられているとして説明を行う。
画像データがバックライト制御部１及び表示素子制御部２へ、同一の画像データの並列な入力が開始される時刻ｔ0において、表示素子駆動部２４は液晶表示デバイスの全ての画素を黒表示（透過率「０」）に制御する（ステップＳ１）。

また、同様のタイミングにて、バックライト駆動部１２は、全てのバックライトＬを消灯する黒挿入を行う（ステップＳ２）。これは、ステップＳ１における液晶の応答の過渡期をマスクして、より黒挿入効果をあげるために行う。
そして、画像データが時系列に入力されると、フレームメモリ２１は入力される画像データを順次記憶する。すなわち、各バックライトＬの制御ステップを求めるためには、一端、１フレーム全体の画像データを入力し、画素領域毎それぞれの最大の階調度を検出する必要があるため、１フレーム全体の画像データをフレームメモリ２１へ記憶させる。
また、バックライト制御値決定部１１は、画素領域毎に、入力される画像データから画素領域内における階調度の最大値を検出する。すなわち、バックライト制御値決定部１１は各画素領域である３行の画素に表示される画像データのなかから最大の階調度を検出する（ステップＳ３）。

そして、バックライト制御値決定部１１は、各画素領域毎に得られた最大の階調度に対応して、それぞれ画素領域に対応したバックライトの明るさの制御ステップとなる明るさ制御値（電圧値）を、予め階調度と明るさの制御ステップにする明るさ制御値とを対応させたテーブルから読み出す（ステップＳ４）。
次に、時刻ｔ1において、バックライト駆動部１２は、各バックライトをバックライト制御値決定部１１から入力される明るさ制御値に対応させて、この明るさ制御値に対応した照度にて点灯する（ステップＳ５）。

そして、時刻ｔ1〜ｔ2にて照度検出部２２は、各照度検出領域毎に、すなわち各画素毎にそれぞれ配置された光センサＳの検出照度値から、各照度検出領域の照度データＴを求める（ステップＳ６）。
次に、ＬＣＤ画素制御値決定部２３は、上記照度データＴに対応して、画像データの階調度を補正して、補正階調度を求める。
このとき、ＬＣＤ画素制御値決定部２３は、照度データＴ及び階調度と、補正階調度との対応を示すテーブルを有しており、入力される照度データＴと階調度とに対応した補正階調度を上記テーブルから読み出し、この補正階調度に対応した透過率制御値を求める（ステップＳ７）。

上記ステップＳ７において、ＬＣＤ画素制御値決定部２３は、フレームメモリ２１から入力される画像データを表示する画素が含まれる照度検出領域の照度データＴを、照度検出部２２から順次入力する。
次に、時刻ｔ3において、表示素子制御部２４は、ＬＣＤ画素制御値決定部２３から入力される透過率制御値により液晶素子の透過率を制御する（ステップＳ８）。
そして、時刻ｔ10において、時刻ｔ0と同様に、表示素子駆動部２４は全画素の液晶素子に対して黒表示制御を行い、バックライト駆動部１２は全てのバックライトＬを消灯する黒挿入を行う。
以降、液晶表示デバイス３の各画素の液晶素子に対して、同様の表示処理が行われる。

本説明において、ＬＣＤ画素制御値決定部２３は、フレームメモリ２１から入力される各画素毎に対応する照度データＴを照度検出部２２から入力するが、図２に示すように３画素×３画素の領域Ｐが照度検出領域の場合、この照度検出領域Ｐの画素に対応する画像データがフレームメモリ２１から入力される毎に、照度検出領域Ｐの照度データＴを、照度検出部２２から入力することとなる。
このように、複数の画素にて照度検出領域を形成する際、図２のように各画素に光センサを設けてある場合、照度検出領域における画素のいずれかの光センサを代表として用いるが、照度検出領域のいずれかの画素のみに光センサを形成するようにしてもよい。

また、上述したように、本実施形態においては、バックライトの明るさの制御及び照度分布の検出は１フレーム単位で行ったが、処理の負荷を軽減するために数フレーム単位で行うようにしてもよい。
すなわち、バックライト制御値決定部１１は、ｋ（２以上の整数値）フレーム単位にて、バックライトの明るさ制御値を、ステップＳ３及び４にて説明したように、ｋフレームに含まれる画素の階調度の最大値を検出して、この階調度に対応する明るさ制御値をテーブルから読み出し設定する。例えば、バックライト制御値決定部１１は、明るさ制御値を決定するｋフレームにおける最初のフレームにて、そのフレームの画素領域における画素の階調度の最大値を検出し、その階調度をｋフレームにおける、各画素領域の画素の階調度の最大値とする。

これにより、バックライト駆動部１２は、上記ｎフレーム間において、同一の明るさ制御値にて、ステップＳ５に記載されたようにバックライトの駆動を行う。
そして、照度検出部２２は、上述したバックライト制御値決定部１１による明るさ制御値の設定処理に同期させ、ステップＳ６に記載されているように、ｋフレーム単位毎に照度の検出を行う。例えば、照度検出部２２は、ステップＳ６に記載されているように、ｋフレームにおける最初のフレームにおけるバックライトの点灯タイミングにおいて、各照度検出領域における照度データＴを求める。

また、ＬＣＤ画素制御値決定部２３は、各フレーム毎に、すなわち１フレーム単位にてステップＳ７に記載されているように、照度検出部２２の測定した照度データＴと、画素データの階調度とに基づいて、各画素毎に補正階調度を求める。
そして、表示素子制御部２４は、１フレーム単位にて、ステップＳ８に記載されているように、上記補正階調度により液晶表示デバイス３の制御を行う。

次に、図７を参照して、本実施形態におけるバックライトの明るさ制御値と、液晶表示デバイス３の液晶素子の透過率制御値とを求める構成の説明を行う。図７は、図１のブロック図におけるバックライト制御値決定部１１とＬＣＤ画素制御値決定部２３とを詳細に説明するブロック図である。ここで、画像データは、Ｒ，Ｇ，Ｂ毎の階調度を有しているとする。
バックライト制御値決定部１１は、最大値選択部１１１とルックアップテーブルＭＡＸＲＧＢ−Ｌ−１ＤＬＵＴとを有している。

最大値選択部１１１は、入力される画像データ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）において、画素領域毎における階調度の最大値を検出することにより選択する。
すなわち、画素領域が３行×６列から構成されていると、１８画素を含んでおり、１８画素に対応する画像データのＲ，Ｇ，Ｂ信号の内最大値ＭＡＸＲＧＢ値として決定する。
そして、ルックアップテーブルであるＭＡＸＲＧＢ−Ｌ−１ＤＬＵＴ１１２は、入力されるＭＡＸＲＧＢ値に対応して、このＭＡＸＲＧＢ値を表示する場合に必要なバックライトＬの明るさ制御値を出力する。

すなわち、上記ＭＡＸＲＧＢ−Ｌ−１ＤＬＵＴ１１２は、階調度と、予め測定して決定された、その階調度を表示するための明るさ制御値（電圧値）とが対応して記憶されている。
例えば、ＭＡＸＲＧＢ−Ｌ−１ＤＬＵＴ１１２は、バックライト毎の特性に対応し、制御ステップそれぞれの明るさと、明るさ制御値との関係を測定してテーブルとしたものである。
そして、バックライト駆動部１２は、上記明るさ制御値にて各バックライトを所定の制御ステップにて点灯する。

ＬＣＤ画素制御値決定部２３は、逆γ補正部２３１と、マトリクステーブル２３２と、制御値ルックアップテーブル２３３とから構成されている。
逆γ補正部２３１は、入力されるγ補正のかかっている画像データの階調度Ｒ，Ｇ，Ｂを、線形な階調度Ｒ’，Ｇ’，Ｂ’に変換する。これにより、高精度な輝度値の再現が可能となる。
照度検出部２２は、バックライトから照射される照度分布を、各照度検出領域毎に、光センサＳからの検出照度値にて、照度データＴとして出力する。

マトリクステーブル２３２は、色変換マトリクステーブルであり、上記照度データＴに対応して複数の補正テーブル（Ｔ0〜Ｔr）からいずれかを選択し、その選択された補正テーブルに入力される階調度Ｒ’，Ｇ’，Ｂ’に対応した補正階調度Ｒ’’，Ｇ’’，Ｂ’’を出力する。
制御値テーブル２３３は、入力される補正階調度Ｒ’’，Ｇ’’，Ｂ’’各々に対応して、Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれの画素の液晶素子の透過率を制御する透過率制御値を出力する。
液晶表示素子２４は、制御値テーブル２３３から出力される透過率制御値に対応して、液晶表示素子３の各Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれの画素の液晶素子の透過率を制御する。

＜第２の実施形態＞
以下、本発明の第２の実施形態による画像表示装置を図面を参照して説明する。図８は同実施形態の構成例を示すブロック図である。
この図において、図１の第１の実施形態と同様の構成については、同一の符号を付し説明を省略する。以下、第１の実施形態と異なる構成及び動作についてのみ説明する。
本実施形態において、光センサＳは、１画素を形成するＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３つのサブピクセル毎に設けられている。上述したように、本実施形態における上記サブピクセルはＲ，Ｇ，Ｂのピクセルに対応している。本実施形態においては、この１サブピクセルを第１の実施形態の１画素と同様として以下の説明を行う。

バックライト制御値決定部１１は、入力される画像データのＲ，Ｇ，Ｂの階調度に対応し、第１の実施形態と同様にバックライト制御値を決定し、このバックライト制御値をバックライト制御部１２に出力する。
バックライト駆動部１２は、画素領域に対応したバックライト毎に、上記バックライト制御値に対応した電圧値を求め、それぞれのバックライトをこの電圧値により駆動し、対応する画素領域の最大の階調度に対応した明るさに制御して点灯させる。

照度検出部２２は、上記バックライト制御値に従い駆動されたバックライトＬｍの照度分布を検出する。ここで、照度検出部２２は、サブピクセル単位毎に設けられた光センサＳにより、上記バックライトによる照度分布を検出し、検出結果をＬＣＤ画素制御値決定部２３へ出力する。
ここで、上記各バックライトが液晶表示デバイス３に対して照射し、照度検出部２２がセンサＳにより光の照度分布を検出するため、第１の実施形態と同様に、液晶表示デバイス３の複数の画素が形成された表示面を、ｎ（１つまたは複数）個のサブピクセルからなる複数の照度検出領域に分割し、それぞれの照度検出領域毎に１つ光センサＳを設けている。
例えば、本実施形態において、照度検出部２２は、ｎ＝１として各画素のサブピクセル毎に設けられた光センサＳにより、照度検出領域であるサブピクセル毎の照度値を測定して、照度検出部２２へ出力する。

ＬＣＤ画素制御値決定部２３は、照度検出部２２から入力される照度値により、フレームメモリ２１に記憶されている各画素のＲ，Ｇ，Ｂの階調度を補正し、補正階調度に対応した透過率制御値を、液晶表示デバイス３のＲ，Ｇ，Ｂに対応するサブピクセル（表示素子）に対して出力する。
シーンチェンジ検出部は、シーンの急激な変化などにより、画像データの階調度が大幅に変わった場合、現時点におけるバックライトの照明分布において、再現不可能な輝度となる階調度を有する画像データが入力されたことを検出すると、バックライト制御部１及び表示素子制御部２に対して、再現不可能であることを示す検出結果を出力する。

次に、図９を用いて、バックライト及び画素領域の関係と、光センサ及び照度検出領域の関係とを説明する。図９は、本実施形態における液晶表示デバイス３に対するバックライト及び光センサの配置例を示す表示ハードウェア構成の概念図である。図９（ａ）は液晶表示デバイス３の表面を示し、図９（ｂ）は図９（ａ）の線Ｂ−Ｂにおける線示断面を示す概念図である。
液晶表示デバイス３は、下部層から順に説明すると、図９（ｂ）に示すように、例えば、導光板３１、拡散板３２、プリズムシート３３，３４、偏光板３５、透明基板３６、液晶層３７、カラーフィルタ４１、透明電極４０、透明基板３８、偏光板３９から構成されている。

上記液晶表示デバイス３は、例えば、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を用いたアクティブマトリクス型のＬＣＤ（Liquid Crystal Display）であり、画素数が横８画素×縦６画素（すなわち、６行８列のマトリクス）の計４８画素にて構成されている。ここで、１画素がＲ，Ｇ，Ｂのサブピクセルにて構成されているため、全体にては４８×３＝１４４サブピクセルから液晶表示デバイスの表示面が形成されている。
ここで、各サブピクセルは、３原色のＲ，Ｇ，Ｂ各々に対応しており、それぞれが上記マトリクスにおいて辺を接して隣接しないように周期的に配置されている。

バックライトＬは、液晶表示デバイス３の表示面を４分割した分割部に１つずつ、バックライトＬ1，Ｌ2，Ｌ3及びＬ4の計４個（つまり、図８のｍ＝４）が、導光板３１の内部に上記分割部の中央部に配置され、導光板３１内の各分割部に対してに光を照射するよう設けられている。
したがって、上記バックライトＬの配置において、上記画素領域（図９（ａ）の領域Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４）は液晶表示デバイス３のブロックＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４に含まれる３行×１２列のサブピクセルにより構成される。ここで、ブロックＱ１がバックライトＬ1におもに対応した領域であり、ブロックＱ２がバックライトＬ2におもに対応した領域であり、ブロックＱ３がバックライトＬ3におもに対応した領域であり、ブロックＱ4がバックライトＬ4におもに対応した領域である。

光センサＳは、１サブピクセル（第１の実施形態における図２の画素に対応）に対して１個（つまり図８のｎ＝１）設けられており、すなわち照度検出領域が１個のサブピクセルから構成されており、ＴＦＴと同じ透明基板３６上に形成され、透明基板３６から放射される光の照度を測定する。すなわち、光センサＳの受光方向は、バックライトＬから照射された光の照度を測定するため、液晶表示デバイス３の表面に対して垂直に下部方向（拡散板３２と対向する方向）となっている。
ここで、ｎ＝１としたことにより、各サブピクセルの表示素子の透過率制御値を設定する際、ＬＣＤ画素制御値決定部２３は、フレームメモリ２１から順次読み出す画像データの各サブピクセルの階調度に対し、この画像データを表示するサブピクセルに対応する光センサの照度データＴを、照度検出部２２から読み込み、液晶表示デバイスの各画素の液晶素子の透過率制御値を求める構成となり処理回路が非常に簡単になる。ここで、照度データＴは、Ｒ，Ｇ及びＢにそれぞれ対応する複数の照度データから構成されており、後述するがＲのサブピクセルの照度データとしてはＲＳであり、Ｇのサブピクセルの照度データとしてはＧＳであり、Ｂのサブピクセルの照度データとしてはＢＳである。

また、光センサＳは、第１の実施形態と同様に、ＴＦＴと同じ透明基板３６上に形成されることで、半導体プロセスをＴＦＴと共有することができ、ＴＦＴと同時に形成することとなり、液晶表示デバイス３の製造工程が容易となり、量産効果により低コスト化が図りやすい。
また、図９（ｂ）に示すようにバックライトＬ1，Ｌ2，Ｌ3，Ｌ4（ＬＥＤ光源）は、液晶表示デバイス３の拡散板３２に対して直下から光を照射する直下型である。
バックライトＬ1，Ｌ2，Ｌ3，Ｌ4各々の照射した光は、導光板３１により、図９（ｂ）の左右方向においてほぼ均一になるように、上側に反射されて拡散板３２に入射する。

そして、拡散板３２を透過した光は、さらにプリズムシート３３，３４により均一化され、偏光板３５に入射し偏光が揃えられる。
この偏光が揃った光は、ＴＦＴや光センサＳが形成されている透明基板３６を透過し、ＴＦＴに与えられる透過率制御値に従って配向制御された液晶層３７により偏光状態が変調される。
偏光状態が変調された光は、液晶相３７から出射されて、各サブピクセルに１対１に対応したＲ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタ４１を透過し、それぞれの色に対応した色光として透明基板３８を通過し、出射側の偏光板３９において偏光状態により出射する色光の量が決まる。

次に、本実施形態の処理の概念の説明を、図１０のシーンチェンジを例として説明する。
この図１０（ａ）において示すように、画像データとして「夜空に満月が浮かんでいる」というシーンにおいて、フレームＣ１においては、満月Ｍが表示画面の左上の領域に存在しているシーンである。この、フレームＣ１におけるシーンの場合、図１０（ｂ）のバックライトの照明パターンＢ１に示すように、満月が存在する左上の領域Ｒ１に対応するバックライトのみの照度を高くし、右上、左下及び右下の領域に対応するバックライトの照度を低く（あるいは消灯）する。これにより、他の夜空の部分の黒がしまり、一方、逆に夜空の部分に比較して満月Ｍが明るく光り、非常にコントラストが高い映像を表示画面に表示することが可能となる。また、同時に、満月Ｍが存在する以外の領域を消灯あるいは低下させることができ、すなわち面積的に大きな部分を占める夜空の領域にてバックライトの照度を消灯あるいは低下させることができ、大幅な省電力が実現される。

また、本実施形態においては、例えば、バックライトの照明が実際にどのような照度によって、液晶層３７（図９）に入射しているかを、各サブピクセルに設けられている光センサＳを用い、各サブピクセル単位を照度検出領域として検出している。
このため、すでに述べたように、液晶層７に入射したバックライトからの光の照度と、再現して表示する画像データの各画素（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の階調度とから、各サブピクセルの表示素子の透過率制御値を求めるため、画像データの階調度を高い精度にて輝度値として再現することができる。

しかしながら、本実施形態においては、第１の実施形態と同様にフレーム単位において光センサＳにより表示画面の照度分布を検出すると、回路コストが増大するため、光センサＳによる照度分布の検出を複数のｋ（ｋは２以上の整数）フレームの周期単位、例えば４フレーム（すなわち、ｋ＝４）に１回の割合にて行っている。
すなわち、ｋフレームの周期間は、最初のフレームにて設定された明るさ制御値に対応したバックライトの照明による照度分布が保持されていることとなる。
ただし、通常の入力映像における画像データにおいては、数フレームの周期においては、これらのフレームの各画素の階調度が大きく変化することが少なく、液晶表示デバイス３におけるサブピクセルの表示素子に対する透過率制御値を微調整することにより対応できる場合が多く、通常の入力映像においては問題とならない。

しかしながら、前後のフレーム間において、再現する画像の階調度の分布が大きく変わる場合、例えば、図１０（ａ）に示すように、フレームＣ１の表示画面の左上の満月Ｍが、次のフレームＣ２において、表示画面の右上の領域にシーンが変化する場合が存在する。
このように大きくシーンが変化する場合を、本実施形態においてはシーンチェンジと定義する。
上述したようなシーンチェンジが発生した場合、現在のバックライトの照度分布にては画像データの各画素の階調度を再現した輝度を実現することはできなくなる場合が多い。
例えば、図１０（ｂ）の例において、夜空しかない表示画面の右上の領域に状態のままの照度分布にて、この表示画面の右上の領域に対し、画像データの階調度に対応した輝度にて満月Ｍを再現することはできない。

上述した問題を回避するため、本実施形態においては、シーンチェンジ検出部２５がシーンチェンジを検出した場合、バックライト制御値決定部１１は、一端、表示画面上にて最大階調度を対応する輝度値にて再現することができる明るさ制御値にて、図１０（ｂ）の照度パターンＢ２に示すように、バックライトＬ1〜Ｌ4の全てを駆動させる全面調光のモードへの変更を行う。
そして、バックライト制御値決定部１１は、照度検出部２２のｋフレーム周期の照度分布の検出タイミングにおいて、図１０（ｂ）の照度パターンＢ３に示すように、満月Ｍが存在する表示画面の右上の領域Ｒ２のみの照度を高くし、右上、左下及び右下の領域に対応するバックライトの照度を低く（あるいは消灯）するエリア調光のモードに戻す。
これにより、ｋフレームの周期にて１回のタイミングにて照度分布の検出を行う構成においても、フレーム間において画像データの各画素の階調度が大きく変化するシーンチェンジの際に、画像データの精度の高い表示処理の破綻を防止するこができる。したがって、本実施形態によれば、画像データの各画素の階調度に対応した高い輝度値の再現を、簡易な回路にて実現することが可能であり、低コストで高画質及び省電力を両立させることができる。

次に、図８及び図１１を用いて、本実施形態による画像表示装置の動作を説明する。図１１は図８の画像表示装置において、ｋフレーム周期にて最初の１フレームでバックライトの照度分布を検出する処理を行う際の１サブピクセルの液晶素子を制御する動作例を示すフローチャートである。ここで、画素領域は図９におけるブロックＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４にて形成され、照度検出領域は１サブピクセルで構成、すなわち各サブピクセルに１つの光センサＳが設けられているとして説明を行う。
画像データがバックライト制御部１及び表示素子制御部２へ、同一の画像データの並列な入力が開始される際、表示素子駆動部２４は液晶表示デバイスの全ての画素を黒表示（透過率「０」）に制御する。また、同様のタイミングにて、バックライト駆動部１２は、全てのバックライトＬを消灯する黒挿入を行う。これは、液晶の応答の過渡期をマスクして、より黒挿入効果をあげるために行う。
そして、画像データが時系列に入力されると、バックライト制御値決定部１１は、入力される画像データから画素領域単位に画素のサブピクセルの階調度の最大値ＭＡＸＲＧＢを検出する。すなわち、バックライト制御値決定部１１は各画素領域であるブロックＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４各々に表示される画像データのサブピクセルのなかから最大の階調度を検出する。また、フレームメモリ２１は、第１の実施形態と同様に、後に各サブピクセルの表示素子の透過散る制御値を求める際に用いるため、入力される画像データを順次記憶する（ステップＳ１１）。

そして、バックライト制御値決定部１１は、画素領域毎に得られた最大の階調度ＭＡＸＲＧＢに対応して、それぞれ画素領域に対応したバックライトの明るさの制御ステップとなる明るさ制御値（電圧値）を、予め階調度と明るさの制御ステップにする明るさ制御値とを対応させたテーブルから読み出す（ステップＳ１２）。
この明るさ制御値は、表示素子の透過率を最大に設定した際、画像データの各サブピクセルの階調度に対応する輝度値が再現できる値に設定する。
明るさ制御値が設定されると、バックライト駆動部１２は、各バックライトをバックライト制御値決定部１１から入力される明るさ制御値に対応させて、各バックライトＬ1，Ｌ2，Ｌ3，Ｌ4を、それぞれこの明るさ制御値に対応した照度にて点灯する（ステップＳ１３）。

各バックライトが点灯されると、照度検出部２２は、各照度検出領域毎に、すなわち各サブピクセル毎にそれぞれ配置された光センサＳの検出照度値から、各照度検出領域の照度データＴ（サブピクセル毎のＲＳ，ＧＳ，ＢＳ）を求める（ステップＳ１４）。
そして、照度検出部２２は、照度分布を検出するｋフレーム周期のタイミングを検出するためのカウンタの計数値ＣＯＵＮＴを「０」にリセットする（ステップＳ１５）。

次に、シーンチェンジ検出部２５は、直前の画像データに対して、現在フレームメモリ２１に記憶されている画像データの階調度が大きく変化したか否か（シーンチェンジの有無）の検出、すなわち現在の照度分布にて入力された画像データの階調度が再現できるか否かの検出を上記ステップＳ１１にて画像データをフレームメモリ２１に記憶させる際に行い、この検出結果においてシーンチェンジが無いことが検出された場合、処理をステップＳ１７へ進め、シーンチェンジがあることが検出された場合、処理をステップＳ１８へ進める（ステップＳ１６）。

例えば、ステップＳ１６において、シーンチェンジ検出部２５は、現在の各画素領域の照度分布にて、画像データにおける各サブピクセルの階調度が実現できるか否かを、フレームメモリ２１に画像データが入力される際に、入力順に時系列に全サブピクセルに対して比較し、再現できない階調度のサブピクセルが検出された場合、シーンチェンジが検出されたとして、バックライト制御値決定部１１及びLCD画素制御値決定部２３へ通知する。
すなわち、シーンチェンジ検出部は、入力される画像データの全画素におけるサブピクセルの階調度と、現在の各バックライトの明るさ制御値にて表示可能な階調度の範囲とを比較し、全画素におけるサブピクセルの階調度が該範囲に含まれる否かにより、現在の光源の照度にては再現不能な画像データが入力されたか否かを判定する。
また、ステップＳ１６において、シーンチェンジ検出部２５は、直前のフレームの画像データにおける各サブピクセルの階調度のヒストグラム（横軸が階調度を、縦軸がサブピクセル数）を記憶し、この記憶した直前のフレームのヒストグラムと、フレームメモリ２１に表示するフレームの画像データが記憶される際に各サブピクセルの階調度のヒストグラムとを比較し、ヒストグラムが設定された以上に変化したことを検出した場合、シーンチェンジがあると検出する（特開２００４−４５６３４参照）ようにしてもよい。

次に、ステップＳ１７において、ＬＣＤ画素制御値決定部２３は、上記照度データＴに対応して、画像データの各画素のＲ，Ｇ，Ｂのサブピクセル各々の階調度を補正して、補正階調度を求める。
このとき、ＬＣＤ画素制御値決定部２３は、照度データＴ及び階調度と、補正階調度との対応を示すテーブルを有しており、入力される照度データＴと階調度とに対応した補正階調度を上記テーブルから読み出し、この補正階調度に対応した透過率制御値を求め、処理をステップＳ２１へ進める（ステップＳ１７）。

次に、ステップＳ２１において、表示素子制御部２４は、ＬＣＤ画素制御値決定部２３から入力される透過率制御値により液晶素子の透過率を制御しする（ステップＳ２１）。
そして、シーンチェンジ検出部２５は、次に表示する画像データをフレームメモリ２１に記憶する際、現在表示している画像データに対して、現在フレームメモリ２１に記憶している画像データの階調度が大きく変化したか否かの検出、すなわち現在の照度分布にて入力された画像データの階調度が再現できるか否かの検出を行う（ステップＳ２２）。

そして、照度検出部２２は、照度分布を検出するｋフレーム周期のタイミングを検出するためのカウンタの計数値ＣＯＵＮＴをインクリメント（「１」を加算）する（ステップＳ２３）。
計数値ＣＯＵＮＴをインクリメントした後、照度検出部２２は、計数値ＣＯＵＮＴが設定値ｋ（照度分布を検出する周期のフレーム数）を超えたか否かの検出を行い、計数値ＣＯＵＮＴが設定値ｋを超えたことを検出した場合、ｋフレーム周期が終了してエリア調光を行うため、処理をステップＳ１１に進める。
一方、照度検出部２２は、計数値ＣＯＵＮＴがｋ以下であることを検出した場合、ｋフレーム周期が終了していない周期の途中であるため、処理をステップＳ１６へ進める（ステップＳ２４）。このステップＳ２４において、処理がステップＳ１６に進む場合、表示素子駆動部２４は全画素の液晶素子に対して黒表示制御を行い、バックライト駆動部１２はバックライトＬ1〜Ｌ4の全てを消灯する黒挿入を行う。

また、ステップＳ１６において、シーンチェンジが検出された場合、全面調光を行うため、バックライト制御値決定部１１は、フレームメモリ２１に記憶されている画像データの各画素のサブピクセルの階調度のなかから最大の階調度ＭＡＸＲＧＢを求める。
そして、バックライト制御値決定部１１は、上記最大の階調度ＭＡＸＲＧＢに対応したバックライトの明るさの制御ステップとなる明るさ制御値を、予め階調度と明るさの制御ステップにする明るさ制御値とを対応させたテーブルから読み出す（ステップＳ１８）。
明るさ制御値が決定されると、バックライト駆動部１２は、各バックライトをバックライト制御値決定部１１から入力される明るさ制御値に対応させて、各バックライトＬ1，Ｌ2，Ｌ3，Ｌ4すべてを、同一の明るさ制御値に対応した照度にて点灯する（ステップＳ１９）。

各バックライトが点灯されると、照度検出部２２は、各照度検出領域毎に、すなわち各サブピクセル毎にそれぞれ配置された光センサＳの検出照度値から、各照度検出領域の照度データＴ（サブピクセル毎のＲＳ，ＧＳ，ＢＳ）を求める。
そして、ＬＣＤ画素制御値決定部２３は、ステップＳ１７と同様に、上記照度データＴに対応して、画像データの各画素のＲ，Ｇ，Ｂのサブピクセル各々の階調度を補正して、補正階調度を求め、処理をステップＳ２１へ進める（ステップＳ２０）。
以降、液晶表示デバイス３の各サブピクセルの液晶素子に対して、上記図１１のフローチャートと同様の表示処理が行われる。

次に、図１２を参照して、本実施形態におけるｋフレーム周期において、バックライトの照度分布を検出する画像処理にて発生する前後のフレームでのシーンチェンジを考慮し、バックライトの明るさ制御値と、液晶表示デバイス３の液晶素子の透過率制御値とを求める構成の説明を行う。
図１２は、図８のブロック図におけるバックライト制御値決定部１１とＬＣＤ画素制御値決定部２３とシーンチェンジ検出回路２５を詳細に説明するブロック図である。ここで、画像データは、各画素におけるサブピクセルＲ，Ｇ，Ｂ毎の階調度を有しているとする。
シーンチェンジ検出部２５は、フレームメモリ２１に入力される画像データが、直前の画像データと比較し、前後のフレームにシーンチェンジが有るか否かの検出を行い、シーンチェンジが検出された場合、バックライト制御値決定部１１に対して検出したことを通知する。
バックライト制御値決定部１１には、自身の他に最大値選択部１１１とルックアップテーブルＭＡＸＲＧＢ−Ｌ−１ＤＬＵＴとが設けられている。

最大値選択部１１１は、入力される画像データ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）において、画素領域毎における階調度の最大値を検出することにより選択する。
すなわち、最大値選択部１１１は、画素領域が３行×６列から構成されていると、１８画素を含んでおり、１８画素に対応する画像データのＲ，Ｇ，Ｂ信号の内最大値ＭＡＸＲＧＢ値として決定し、ＭＡＸＲＧＢ−Ｌ−１ＤＬＵＴ１１２へ出力する。
そして、ルックアップテーブルであるＭＡＸＲＧＢ−Ｌ−１ＤＬＵＴ１１２は、入力されるサブピクセルのＭＡＸＲＧＢ値に対応して、このＭＡＸＲＧＢ値を表示する場合に必要なバックライトＬの明るさ制御値ＭＡＸＬをバックライト制御値決定部１１へ出力する。このＭＡＸＲＧＢ−Ｌ−１ＤＬＵＴ１１２は、サブピクセルの表示素子の特性を予め決定する。

すなわち、上記ＭＡＸＲＧＢ−Ｌ−１ＤＬＵＴ１１２は、サブピクセルの階調度と、予め測定して決定された、その階調度を表示するための明るさ制御値（電圧値）とが対応して記憶されている。
例えば、ＭＡＸＲＧＢ−Ｌ−１ＤＬＵＴ１１２は、バックライト毎の特性に対応し、制御ステップそれぞれの明るさと、明るさ制御値との関係を測定してテーブルとしたものである。
そして、バックライト制御値決定部１１は、エリア調光を行う場合、入力される明るさ制御値ＭＡＸＬをバックライト駆動部１２へ出力する。
バックライト駆動部１２は、画素領域に対応する上記明るさ制御値ＭＡＸＬにて各バックライトを所定の制御ステップにて点灯する。

また、バックライト制御値決定部１１は、最大値選択部１１１に対し、画素領域全体、すなわち画像データにおける全てのサブピクセルの階調度にて最大の階調度を検出させ、その最大の階調度に対応する明るさ制御値をＭＡＸＲＧＢ−Ｌ−１ＤＬＵＴ１１２から得、この明るさ制御値をバックライト駆動部１２へ出力する。
バックライト駆動部１２は、同一の明るさ制御値ＭＡＸＬにて全てのバックライトを所定の制御ステップにて点灯する。

照度検出部２２は、バックライトから照射される照度分布を、各照度検出領域毎に、光センサＳからの検出照度値にて、照度データＴ（ＲＳ、ＧＳ、ＢＳ）として、バックライト制御値決定部１１へ出力する。
そして、バックライト制御値決定部１１は、エリア調光時において、入力される照度データＲＳ、ＧＳ、ＢＳ各々を、それぞれバックライト輝度値ＲＬ、ＧＬ、ＢＬとして、ＬＣＤ画素制御値決定部２３へ出力し、一方、全面調光時においてＭＡＸＬをバックライト輝度値として、バックライト輝度値ＲＬ、ＧＬ、ＢＬをこのＭＡＸＬの数値にしてＬＣＤ画素制御値決定部２３へ出力する。

ＬＣＤ画素制御値決定部２３は、Ｒ，Ｇ，Ｂのサブピクセルに対応した階調度を透過率制御値に変換するルックアップテーブルとして、Ｒ，Ｇ，Ｂのサブピクセル毎にそれぞれＲ−ＲＬ−ＬＵＴ，Ｇ−ＧＬ−ＬＵＴ，Ｂ−ＢＬ−ＬＵＴを有している。
ここで、Ｒ−ＲＬ−ＬＵＴは、Ｒの階調度と、上記バックライト制御値決定部１１から入力されるＲのサブピクセルのバックライト輝度値ＲＬと、透過率制御値ＲＣとの対応関係を記憶するルックアップテーブルであり、Ｒの階調度とバックライト輝度値ＲＬが入力されると、Ｒのサブピクセルの透過率制御値ＲＣを出力する。

同様に、Ｇ−ＧＬ−ＬＵＴは、Ｇの階調度と、上記バックライト制御値決定部１１から入力されるＧのサブピクセルのバックライト輝度値ＧＬと、透過率制御値ＧＣとの対応関係を記憶するルックアップテーブルであり、Ｇの階調度とバックライト輝度値ＧＬが入力されると、Ｇのサブピクセルの透過率制御値ＧＣを出力する。
また、Ｂ−ＢＬ−ＬＵＴは、Ｂの階調度と、上記バックライト制御値決定部１１から入力されるＢのサブピクセルのバックライト輝度値ＢＬと、透過率制御値ＢＣとの対応関係を記憶するルックアップテーブルであり、Ｂの階調度とバックライト輝度値ＢＬが入力されると、Ｂのサブピクセルの透過率制御値ＢＣを出力する。
ここで、ＬＣＤ画素制御値決定部２３には、Ｒ，Ｇ，Ｂの順番にて、上記階調度と上記透過率制御値とが入力される。

上述した本実施形態の画像表示装置によれば、複数のｋフレーム周期にて各光源の照度を制御する構成において、フレーム毎に入力される画像データを表示する際、上記フレーム周期内にて各領域単位の画素の階調度が大きく変化した場合においても、画像データの画素の階調度に対応して各光源の照度を制御することが可能となり、階調度の変化が急激なシーンチェンジにおいても、画像データの正確な輝度の再現を行うことができる。

なお、図１におけるバックライト制御値決定部１１と、ＬＣＤ画素制御値決定部２３とにおける、あるいは図８におけるバックライト制御値決定部１１と、ＬＣＤ画素制御値決定部２３とシーンチェンジ検出部２５におけるデジタル／アナログ変換を除く処理と機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、画像表示制御の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）を備えたＷＷＷシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。

また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。

本発明の第１の実施形態による画像表示装置の構成を示すブロック図である。 図１の画像表示装置における液晶表示デバイス３の構成を示す概念図である。 液晶表示デバイス３におけるバックライトから出射された光の拡散板３２における照度分布を説明する概念図である。 液晶表示デバイス３におけるバックライトから出射された光の拡散板３２における照度分布を説明する概念図である。 本発明の第１の実施形態による画像表示装置の動作例を説明するフローチャートである。 本発明の第１の実施形態による画像表示装置の動作例を説明するタイミングチャートである。 図１のバックライト制御値決定部１１とＬＣＤ画素制御値決定部２３との動作を説明する概念図である。 本発明の第２の実施形態による画像表示装置の構成を示すブロック図である。 図８の画像表示装置における液晶表示デバイス３の構成を示す概念図である。 本発明の第２の実施形態によるシーンチェンジ検出部の動作例を説明する概念図である。 本発明の第２の実施形態による画像表示装置の動作例を説明するフローチャートである。 図８のバックライト制御値決定部１１とＬＣＤ画素制御値決定部２３とシーンチェンジ検出部２５の動作を説明する概念図である。

符号の説明

１…バックライト制御部 ２…表示素子制御部 ３…液晶表示デバイス １１…バックライト制御値決定部 １２…バックライト駆動部 ２１…フレームメモリ ２２…照度検出部 ２３…ＬＣＤ画素制御値決定部 ２４…表示素子駆動部 ２５…シーンチェンジ検出部 ３１…導光板 ３２…拡散板 ３３，３４…プリズムシート ３５，３９…偏光板 ３６，３８…透明基板 ３７…液晶層 ４１…カラーフィルタ １１１…最大値選択部 １１２…ＭＡＸＲＧＢ−Ｌ−１ＤＬＵＴ ２３１…逆γ補正部 ２３２…マトリクステーブル ２３３…制御値テーブル２３３ Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3，Ｌ4，Ｌｍ…バックライト Ｓｎ…光センサ ２３５…Ｒ−ＲＬ−ＬＵＴ ２３６…Ｇ−ＧＬ−ＬＵＴ ２３７…Ｂ−ＢＬ−ＬＵＴ

Claims (11)

1. 複数の画素を有する光学変調素子と、
   該光学変調素子に光を照射し、各々独立に制御される複数の光源と、
   入力される画像の各画素の階調度に対応して、前記各光源の制御値を設定する光源制御値設定部と、
   ｎ（ｎは１以上の整数）画素単位の領域毎に設けられた光センサと、
   該光センサにより該領域の照度を検出する照度検出部と、
   前記検出された照度により、各画素の階調度を補正処理し、補正された補正階調度により前記光学変調素子を制御する階調度制御部と
   を有することを特徴とする画像表示装置。
2. 前記光センサが前記光学変調素子と同一基板に形成されていることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
3. 前記光センサが１画素単位に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像表示装置。
4. 前記光センサが４０×４０画素以下の単位に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像表示装置。
5. 前記階調度制御部が前記補正階調度を求める補正処理期間においては、前記光学変調素子の全画素を黒表示制御することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の画像表示装置。
6. 前記光源制御値設定部が前記黒表示制御に同期して、前記各光源を全て消灯することを特徴とする請求項５記載の画像表示装置。
7. 前記光源制御値設定部は、ｋフレーム単位（ｋは２以上の整数）で前記光源の制御値を設定し、
   前記照度検出部は、ｋフレーム単位で該領域の照度を検出し、
   前記階調制御部は、１フレーム単位で前記補正階調度により前記光学変調素子を制御することと特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の画像表示装置。
8. 前記ｋフレームの期間において、現在の光源の照明分布にては表示不可能な階調度を有する画像データが入力されたか否かを検出するシーンチェンジ検出部をさらに有し、
   前記光源制御値設定部は、前記シーンチェンジ部が、前記画像データが現在の照度分布にて表示不可能であることを検出すると、前記複数の光源を前記画像データにおける最大の階調度に対応する略同一の照度とする全面調光のモードとし、照度検出部が次に照度を検出するタイミングにて、入力される画像の各画素の階調度に対応して各光源の制御値を設定する領域調光モードとすることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の画像表示装置。
9. 前記シーンチェンジ検出部は、入力される画像データの全画素の階調度と、現在の各光源の制御値の表示可能な階調度の範囲とを比較し、前記全画素の階調度が該範囲に含まれる否かにより、現在の光源の照度では再現不能な画像データが入力されたか否かを判定することを特徴とする請求項８記載の画像表示装置。
10. 前記シーンチェンジ検出部は、画像データのシーンチェンジを検出することにより、現在の光源の照度では再現不能な画像データが入力されたか否かを判定することを特徴とする請求項８記載の画像表示装置。
11. 各々独立に制御される複数の光源が複数の画素を有する光学変調素子に光を照射する過程と、
    光源制御値設定部が入力される画像の各画素の階調度に対応して、前記各光源の制御値を設定する過程と、
    照度検出部がｎ（ｎは１以上の整数）画素単位の領域毎に設けられた光センサにより、該領域の照度を検出する過程と、
    階調度制御部が前記検出された照度により、各画素の階調度を補正処理し、補正された補正階調度により前記光学変調素子を制御する過程と
    を有することを特徴とする画像表示方法。

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