JP2008225026A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】映像のコントラスト比を改善し、消費電力を軽減しつつ、ＯＳＤを違和感なく表示できるようにすることで、ＯＳＤを含む映像全体を高品位に保つ。
【解決手段】入力映像信号Ｓ１に対してＯＳＤ信号Ｓ３を重畳する。このときＯＳＤ信号Ｓ３の輝度を映像信号の最大値より十分小さな値に設定する。そして入力映像信号Ｓ１及びＯＳＤ信号Ｓ３を伸張して、それぞれ映像信号Ｓ１´，Ｓ３´とし、同時に光源輝度Ｌ１を低下させてＬ１´とする。このような制御により伸張後の映像信号Ｓ１´の最大輝度は、映像信号が取り得る最大輝度付近に位置し、ダイナミックレンジを有効活用して階調表現を向上させることができる。そしてこのときに光源輝度を映像信号の最大輝度に応じて減少させることによって、映像の階調表現を向上させつつ、光源の消費電力を低減させることができる。ＯＳＤ信号は入力映像信号と同様に扱われ、ＯＳＤ表示の輝度は一定に保たれる。
【選択図】図６

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、より詳細には表示映像の品位向上と低消費電力化を図るようにした液晶表示装置に関する。

映像表示装置として、従来からのＣＲＴに代わって液晶パネルを用いた液晶表示装置が台頭してきている。液晶表示装置は、薄型、大画面化が容易である反面、ＣＲＴに比べてコントラスト比が小さい等の課題がある。コントラスト比を改善しつつ消費電力を削減する方法として、映像信号レベルに応じて光源の輝度レベルと映像信号のレベル伸張とを行う方法が知られている（例えば特許文献１）。

特許文献１の投射型液晶表示装置では、映像信号に対応して光源の輝度を変化させている。つまり画像全体が暗い映像信号のときは光源の輝度を下げ、画面全体が明るい映像信号でのときは光源の輝度を上げるようにしている。これにより明るい画面と暗い画面とを比較したときのコントラスト比が向上し、かつ光源の消費電力を低減させることができる。

また同時に特許文献１の投射型液晶表示装置では、映像信号に対応して液晶パネルに印加する信号電圧を変化させている。つまり、液晶パネルの信号電圧−透過率特性の白レベルと黒レベルの範囲内をできるだけ一杯に使うように映像信号を変調し、これを液晶パネルに印加する信号電圧としている。このような伸張処理により、階調表示を行う場合に信号電圧を細かい階調に分けることができるので、階調表示を容易に行うことができ、しかも細かく階調を整えることができるようになる。
特開平５−６６５０１号公報

しかしながら、単純に映像信号レベルに応じて光源輝度制御と映像信号の伸張制御を行うと、ＯＳＤ（on screen display）によって各種のＯＳＤオブジェクトを表示したり、放送信号に含まれる字幕をＯＳＤで表示したりする際に、本来の表示品位とは異なって表示されることがある。すなわちＯＳＤオブジェクトや字幕のようなＯＳＤ信号は、その信号レベルが高く固定されているため、ＯＳＤ信号を含む映像信号を表示する場合には、その映像信号を伸張してしまうとＯＳＤ信号が飽和してしまい、映像の品位を著しく低下させてしまうことになる。

また上記のようなＯＳＤ信号を映像信号の伸張後に挿入することも考えられるが、そうすると光源の輝度を変化させる制御を行う場合、ＯＳＤ表示が光源の輝度の変化に応じて煩雑に変化してしまう。この場合、視聴者から見ると映像の明暗に応じてＯＳＤ表示の輝度が変化してしまい、映像の明暗が比較的短時間に繰り返される場合にはＯＳＤ表示がハンチングしているかのように見え、きわめて不自然な表示となる。

本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、映像のコントラスト比を改善し、消費電力を軽減しつつ、ＯＳＤを違和感なく表示できるようにすることで、ＯＳＤを含む映像全体を高品位に保つ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ものである。

上記課題を解決するために、本発明の第１の技術手段は、映像信号による映像を表示する液晶パネルと、液晶パネルを照射する光源と、映像信号の特徴量を検出する特徴量検出手段と、映像信号に重畳するＯＳＤ信号を生成するＯＳＤ信号生成手段とを有し、特徴量検出手段が検出した特徴量に応じて、ＯＳＤ信号生成手段が生成したＯＳＤ信号を重畳した映像信号を伸張するともに、光源の輝度を変化させる液晶表示装置において、ＯＳＤ信号を重畳した映像信号を伸張したときに、ＯＳＤ信号の輝度が、液晶パネルに表示すべき映像信号が取り得る最大輝度を超えないように、映像信号に重畳するＯＳＤ信号の輝度を設定することを特徴としたものである。

第２の技術手段は、第１の技術手段において、映像信号に重畳するＯＳＤ信号の輝度は、予め定めた固定値であることを特徴としたものである。

第３の技術手段は、第２の技術手段において、映像信号に重畳するＯＳＤ信号の輝度は、映像信号が取り得る最大輝度と中間輝度との間にあることを特徴としたものである。

第４の技術手段は、第１の技術手段において、映像信号に重畳するＯＳＤ信号の輝度は、特徴量検出手段が検出した特徴量に応じて変化することを特徴としたものである。

第５の技術手段は、第２または第３の技術手段において、特徴量は、映像信号のヒストグラムの最大値であることを特徴としたものである。

第６の技術手段は、第４の技術手段において、特徴量は、映像信号のヒストグラムの最大値の平均値であることを特徴としたものである。

第７の技術手段は、第１乃至第５のいずれかの技術手段において、特徴量は、映像信号のピーク値、またはピーク値の平均値であることを特徴としたものである。

本発明によれば、映像のコントラスト比を改善し、消費電力を軽減しつつ、ＯＳＤを違和感なく表示できるようにすることで、ＯＳＤを含む映像全体を高品位に保つ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ものである。

特に本発明によれば、ＯＳＤ信号を重畳した映像信号を伸張したときに、ＯＳＤ信号の輝度が、液晶パネルに表示すべき映像信号が取り得る最大輝度を超えないようにすることにより、伸張処理によってコントラスト比を改善しつつ、ＯＳＤの表示品位を損なわずに表示することができる。
また映像信号に重畳するＯＳＤ信号の輝度を固定値とし、映像信号のヒストグラムの最大値もしくはピーク値による特徴量に応じて、伸張率と光源輝度を変化させることにより、表示画面上のＯＳＤ信号の輝度を一定とすることができ、ＯＳＤ表示の品位を損なわずに表示することができる。
また映像信号に重畳するＯＳＤ信号の輝度を特徴量に応じて変化させ、特徴量として映像信号のヒストグラムの最大値の平均値、もしくはピーク値の平均値を用いることにより、ＯＳＤの表示輝度の変化を視聴者が違和感を持たない程度に緩慢にすることができ、ＯＳＤを含む映像全体を高品位に保つことができる。

図１は本発明の液晶表示装置の一実施形態を説明するためのブロック図で、本発明の液晶表示装置を液晶テレビに適用した構成例を示すものである。図１において、１は液晶テレビ本体である。
液晶テレビ本体１では、図示しないチューナー等から映像信号が入力され、映像処理部２にて各種の映像処理が行われ、映像データとして液晶コントローラ３に送られる。液晶コントローラ３は、映像処理部２から送られた映像データを液晶パネル４に表示するための表示用データに変換して液晶パネル４に送る。液晶パネル４では、表示用データに従って映像を表示する。

また図示しないチューナー等からの映像信号はヒストグラム検出部６にも入力され、映像の輝度レベルのヒストグラムが検出される。映像信号の輝度レベルのヒストグラムとは、映像信号の輝度レベルに応じた画素数をカウントしてフィールドごとにヒストグラムにしたものである。
ヒストグラム検出部６で検出されたヒストグラムのデータは制御マイコン７に入力され、映像信号の伸張比率制御、及び光源の輝度制御の基準として用いられる。
ここでいう映像信号の伸張とは、上述のように映像信号を変調して白レベルから黒レベルまでの階調範囲を有効に使用できるように、映像信号を階調方向に伸張する処理を指すものとする。

制御マイコン７では液晶テレビ本体１のすべての制御を行う。ここでは制御マイコン７は、映像処理部２を制御して各種の映像パラメータの調整、映像の伸張率の制御を行う。さらに制御マイコン７は、ＯＳＤ部５を制御して、メニュー等のＯＳＤオブジェクトの表示、字幕表示の文字設定、ＯＳＤ表示の色、及び輝度レベル設定等を行う。

ＯＳＤ部５は、制御マイコン７からの指示に従ってＯＳＤのフォントデータの確定、ＯＳＤの表示色及び表示輝度の確定を行い、入力映像信号との加算部１０にＯＳＤ信号として出力する。ＯＳＤ部５では、上述のように各種のＯＳＤブジェクトをＯＳＤで表示したり、放送信号に含まれる字幕をＯＳＤで表示したりするための処理を行う。

例えば、リモコンなどの操作入力手段によりＯＳＤ表示を指示する操作信号が入力したときに、ＯＳＤ部５は、その操作信号に従って例えばチャンネル番号や音声メニュー、時計などのＯＳＤオブジェクトの表示信号を生成し、入力映像信号に重畳してＯＳＤ表示させる。ＯＳＤ表示を行うためのＯＳＤ信号は、例えば液晶テレビ本体１に保持されている文字フォントデータとチャンネルコール用などのデザインデータとを用いて生成される。
また例えば放送波などにより送信されてくる字幕データについても、ＯＳＤ部５にてＯＳＤ信号として生成され、表示すべき映像信号に重畳してＯＳＤ表示される。

さらに制御マイコン７は光源駆動部８を制御し、光源９のＯＮ／ＯＦＦ制御、及び光源９の輝度レベル制御を行う。光源駆動部８は主にインバータ回路により構成され、制御マイコン７の指示に従って光源９のＯＮ／ＯＦＦ制御、及び光源９の輝度レベルを変更する制御を行う。光源９の輝度変更は映像の１フィールド分（１６．６ｍｓ）よりも十分短い時間で行われる。また光源９は液晶パネル４の背面側に位置し、液晶パネル４を照射するものである。

映像処理部２は、制御マイコン７による指示に従って、ＯＳＤ信号と入力映像信号が合成された映像信号を伸張する。ここでいう映像信号の伸張とは、上述のように映像信号を変調して、黒レベルから白レベルまでの階調方向に伸張することを指す。このような伸張処理により、映像信号の階調表現を向上させることができるようになる。このような映像信号の伸張処理は１フィールド単位で行われる。すなわちフィールドごとに映像信号の伸張率が変化する。さらにＯＳＤ部５は、制御マイコン７からの指示に従ってＯＳＤ信号の輝度を変更する。以下の実施例では、輝度値２５５のＯＳＤ信号を輝度値１９２に変更する例を示す。

図２は、映像信号のヒストグラムの一例を示す図で、横軸は映像信号の画素の輝度レベルと光源輝度の割合とを示し、縦軸は映像信号に関して各輝度レベルに応じた画素数を示すものである。
映像信号に含まれる画素の輝度は０から２５５の中のいずれかの値を持つものとする。ここでは輝度値０の画素は黒、輝度値２５５の画素は最大輝度の白であり、その間の輝度値を２５４レベルに分割して表す。図２の例では、入力映像信号Ｓ１は、その画素の輝度が０付近から１９２までの間に分布している。
また光源輝度の割合は０％から１００％までの値を持ち、光源が不点灯のときに０％であり、１００％で光源の輝度が最大となる。図２では光源輝度Ｌ１の輝度割合が１００％で、映像伸張倍率１．０倍の場合を示している。

本例では、入力映像信号Ｓ１の画素の輝度値の最大値は１９２であるから、映像として取り得る最大値である２５５までは余裕がある。ダイナミックレンジを有効活用することを考えると入力映像信号全体を１．３３倍に伸張し、入力映像信号Ｓ１の輝度の最大値を１９２から２５５にした方が階調表現の点で有利である。ただし光源の輝度をそのままにして入力映像信号を１．３３倍に伸張した場合、得られた映像信号の輝度が１．３３倍に明るくなって不自然になる。そこで、光源輝度Ｌ１の輝度割合を７５％に減少させることによって、映像信号の階調表現を向上させつつ、光源の消費電力を低減させることができる。つまり、映像信号の伸張に応じて光源の輝度を減少させることにより、表示画面における輝度を伸張前の状態と同等となるように制御する。

図３は映像信号を伸張したときのヒストグラムを示す図である。図２の入力映像信号Ｓ１を１．３３倍に伸張することによって、図３に示す映像信号Ｓ１´が得られる。このとき映像信号の輝度の最大値は１９２から２５５に伸張される。そして同時に輝度割合１００％の光源輝度Ｌ１を７５％に減少させ、光源輝度Ｌ１´とする。
このように入力映像信号Ｓ１の伸張と光源輝度Ｌ１の減少とを同時に行うことにより、映像の階調表現が向上し、コントラスト比を改善して映像を高品位に保つとともに、光源の消費電力を低減させることができる。

図４は、ＯＳＤ信号が含まれる映像信号のヒストグラムの一例を示す図である。
ＯＳＤ信号Ｓ２は、通常、図４に示すように映像信号が取り得る最大の輝度２５５付近の輝度をもっている。このため輝度１９２までの入力映像信号Ｓ１と、最大値に近い輝度を持つＯＳＤ信号Ｓ２とが同時に映像信号として存在する場合、図３に示すような映像信号の伸張と光源の輝度減少とを行うことはできない。映像信号の輝度の最大値が２５５付近にあるためである。

そこで本発明に係る実施形態では、映像の階調表現を向上させ、光源の消費電力を低減するために、ＯＳＤ信号の輝度を設定可能な最大値（この場合２５５）よりも小さな値に変更する。この値は固定値である。具体的には、メニューに省電力モード等を持ち、制御マイコン７がユーザ操作に従って省電力モードに設定することにより、ＯＳＤ信号の輝度を映像信号の最大値より小さな値に設定する。

この固定値は、ＯＳＤ信号を重畳した映像信号を伸張したときに、ＯＳＤ信号の輝度が、液晶パネルに表示すべき映像信号が取り得る最大輝度を超えないレベルに設定する。ＯＳＤ信号を映像信号とともに伸張したときに、映像信号が取り得る最大輝度を超えてしまうと、ＯＳＤ表示の品位が低下するからである。またこの固定値は、映像信号が取り得る最大輝度（１００％）と中間輝度（５０％）との間をとるようにすることが好適である。その理由として、一般に映像信号は中間輝度付近に分布し、それよりも小さい輝度値をとることは効果が薄いからである。

例えば図５に示すように、入力映像信号Ｓ１の輝度が０付近から１９２まで分布しているものとする。このとき、本発明に関わる実施形態では、映像信号に重畳するＯＳＤ信号Ｓ３の輝度を映像信号の最大値２５５より十分小さな値、例えば１９２付近に設定する。
図６は、図５に示す映像信号を伸張するとともに光源の輝度を低下させる制御処理を説明するための図である。この場合、入力映像信号Ｓ１及びＯＳＤ信号Ｓ３を１．３３倍に伸張して、それぞれ映像信号Ｓ１´，Ｓ３´とし、同時に光源輝度Ｌ１を７５％に低下させてＬ１´とする。
また例えば映像信号Ｓ１の輝度値の最大値が２００である場合には、映像信号を１．２倍に伸張し、光源輝度を８０％に低減する。これにより映像信号の輝度に応じた制御を行うことができる。

上記のような制御により伸張後の映像信号Ｓ１´の最大輝度は、映像信号が取り得る最大輝度２５５付近に位置し、ダイナミックレンジを有効活用して階調表現を向上させることができる。そしてこのときに光源輝度を映像信号の最大輝度に応じて減少させることによって、映像の階調表現を向上させつつ、光源の消費電力を低減させることができる。
そしてＯＳＤ信号は入力映像信号と同様に扱われ、ＯＳＤ信号を含む映像信号からヒストグラムが検出されるため、ＯＳＤ表示の輝度は一定に保たれ、不自然な表示が生じないようにすることができる。

上記のように本実施形態では、入力映像信号の輝度レベルに関わりなく、映像信号の各フィールドにおいて固定値の輝度のＯＳＤ信号を重畳し、映像信号の伸張率及び光源の減光率を映像信号の各フィールドの最大輝度に応じて決定する。つまり本実施形態においては、ＯＳＤ信号を重畳した映像信号を伸張し、かつ光源の輝度を変化させるために用いる特徴量は、映像信号のヒストグラムの最大値である。
そして上記の処理よりＯＳＤ信号の伸張後の輝度は伸張率に従ってフィールドごとに変化する。映像信号の伸張率が大きい場合には伸張後のＯＳＤ信号の輝度も大きくなるが、これと同時に光源の減光率が大きくなって、表示されるＯＳＤの輝度は一定になる。

図７は、本発明による液晶表示装置の他の実施形態を説明するためのブロック図である。
上述した実施形態では、映像信号の輝度レベルに関わりなく各フィールドにおいて固定値の輝度のＯＳＤ信号を重畳し、ＯＳＤの表示輝度レベルが一定になるようにしているが、本実施形態では、映像信号の最大輝度の平均値に応じて、映像信号に重畳するＯＳＤ信号の輝度を変化させる。
映像信号に重畳するＯＳＤ信号の輝度は、例えば重畳すべき（伸張前の）映像信号の最大輝度の平均値と同等にする。そしてこの場合に、所定時間内の映像信号の最大値の平均値に従って、ＯＳＤ信号を含む映像信号を伸張し、かつ上記平均値に従って光源の輝度を減光する。これにより、表示画面上のＯＳＤの輝度は映像信号に応じて変化するものの、その変化が緩慢になって視聴者が違和感を持つことなくＯＳＤ表示を行うことができるようになる。

図７において、ヒストグラム検出部６は、ＯＳＤ部５により生成されたＯＳＤ表示データの加算部１０より前（入力側）で映像信号の輝度レベルのヒストグラムを検出し、ヒストグラムのデータを制御マイコン７に送信する。

制御マイコン７は、ヒストグラム検出部６から送信されたヒストグラムのデータに基づいて、入力映像信号の輝度の最大値を特定する。最大値は映像信号のフィールド毎に特定される。そして制御マイコン７は、例えば数秒程度の所定時間における入力映像信号の最大値の平均をとり、ＯＳＤ部５に対して入力映像信号の輝度の最大値の平均値と同等の輝度を持つＯＳＤ信号を生成するよう指令を出す。その結果、映像信号に重畳されるＯＳＤ信号の輝度は、常に入力映像信号の輝度の最大値の平均値と同等となる。

仮に入力映像信号の輝度の最大値が１９２で一定である場合について説明する。入力映像信号は、ヒストグラム検出部６によりそのヒストグラムが検出され、検出されたヒストグラムのデータが制御マイコン７に送信される。このとき入力映像信号の輝度の最大値の平均値は１９２であるので、制御マイコン７は、ＯＳＤ部５に対してＯＳＤ信号の輝度を１９２に設定するように指令を出す。

これにより図５に示したように、ＯＳＤ信号Ｓ３が入力映像信号Ｓ１に重畳される。制御マイコン７は、映像信号の最大値が１９２であることから、図６に示すように映像信号を１．３３倍に伸張し、さらに光源の輝度を７５％に減少させる。
また例えば入力映像信号の輝度の最大値の平均値が１２８の場合には、ＯＳＤ信号の輝度を１２８に設定し、映像信号の伸張を２．００倍として、光源の輝度を５０％に減少させる制御を行う。

ここで例えば映像信号の最大値が１９２から１２８に急激に変化した場合であっても、映像信号の最大値の平均値は１９２から１２８に徐々に低下する。映像信号に重畳するＯＳＤ信号の輝度は、映像信号の最大値の平均値と同等に設定されるため、ＯＳＤ信号の輝度もその平均値に応じて徐々に低下する。そして映像信号の伸張率と光源輝度の減光率は、映像信号の最大値の平均値に応じて変化するため、表示画面上では緩慢に輝度が変化し、視聴者が違和感なく画面を見ることができるようになる。つまり本実施形態においては、ＯＳＤ信号を重畳した映像信号を伸張し、かつ光源の輝度を変化させるために用いる特徴量は、映像信号のヒストグラムの最大値の平均値である。

以上のように、本発明に関わる第１の実施形態によれば、映像のコントラスト比を改善し、消費電力を削減しつつ、ＯＳＤや字幕の表示輝度を一定に保つことができ、ＯＳＤを含む映像全体を高品位に保つことができる。また本発明に関わる第２の実施形態によれば、映像のコントラスト比を改善し、消費電力を削減しつつ、ＯＳＤの表示輝度の変化を緩慢にし、ＯＳＤを含む映像全体を高品位に保つことができるようになる。

なお上記各実施形態では、映像信号の特徴量として、映像信号の輝度に応じた画素数のヒストグラムから検出した映像信号の輝度最大値、もしくは同じく映像信号の輝度の最大値の平均値を使用したが、この他本発明に適用できる映像信号の特徴量として、映像信号のピーク値を用いてもよい。この場合、映像信号のフィールドごとの輝度レベルのピーク値、または所定時間内のピーク値の平均値を上記特徴量として適用することができる。また上記の実施形態では特徴量に基づく映像処理をフィールドごとに行っているが、映像信号に応じてフレームごとであってもよい。

本発明の液晶表示装置の一実施形態を説明するためのブロック図である。 映像信号のヒストグラムの一例を示す図である。 映像信号を伸張したときのヒストグラムを示す図である。 ＯＳＤ信号が含まれる映像信号のヒストグラムの一例を示す図である。 本発明に関わる実施形態のＯＳＤ信号の設定例を示す図である。 図５に示す映像信号を伸張するとともに光源の輝度を低下させる制御処理を説明するための図である。 本発明による液晶表示装置の他の実施形態を説明するためのブロック図である。

符号の説明

１…液晶テレビ本体、２…映像処理部、３…液晶コントローラ、４…液晶パネル、５…ＯＳＤ部、６…ヒストグラム検出部、７…制御マイコン、８…光源駆動部、９…光源、１０…加算部。

Claims (7)

1. 映像信号による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、
   映像信号の特徴量を検出する特徴量検出手段と、
   前記映像信号に重畳するＯＳＤ信号を生成するＯＳＤ信号生成手段とを有し、
   前記特徴量検出手段が検出した特徴量に応じて、前記ＯＳＤ信号生成手段が生成したＯＳＤ信号を重畳した映像信号を伸張するともに、前記光源の輝度を変化させる液晶表示装置において、
   前記ＯＳＤ信号を重畳した映像信号を前記伸張したときに、前記ＯＳＤ信号の輝度が、前記液晶パネルに表示すべき映像信号が取り得る最大輝度を超えないように、前記映像信号に重畳するＯＳＤ信号の輝度を設定することを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記映像信号に重畳するＯＳＤ信号の輝度は、予め定めた固定値であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記映像信号に重畳するＯＳＤ信号の輝度は、前記映像信号が取り得る最大輝度と中間輝度との間にあることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 前記映像信号に重畳するＯＳＤ信号の輝度は、前記特徴量検出手段が検出した特徴量に応じて変化することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
5. 前記特徴量は、映像信号のヒストグラムの最大値であることを特徴とする請求項２または３に記載の液晶表示装置。
6. 前記特徴量は、映像信号のヒストグラムの最大値の平均値であることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
7. 前記特徴量は、映像信号のピーク値、または該ピーク値の平均値であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１に記載の液晶表示装置。

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