JP2008299191A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＯＳＤが表示されたとき、入力映像信号の特徴量に追従するバックライト光源の発光輝度の変化に制限をもたせることで、ＯＳＤ表示の視認性を維持するとともに画質改善を図る。
【解決手段】画像表示装置は、入力映像信号の特徴量である平均輝度レベルを検出するＡＰＬ検出部６と、検出されたＡＰＬに基づいてバックライト光源９の発光輝度を動的に可変制御する制御マイコン８と、オンスクリーン表示画像信号を入力映像信号に重畳するＯＳＤ部１とを備える。そして制御マイコン８は、入力映像信号にオンスクリーン表示画像信号が重畳されているときには、バックライト光源９の発光輝度の制御に制限を設ける。ここではバックライト光源９の発光輝度を、予め定めた光源発光輝度リミッタ値以下に低下させないように制限し、光源発光輝度リミッタ値より高い発光輝度の領域では、平均輝度レベルに基づくバックライト光源の発光輝度を動的に可変制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、バックライト光源により受光型光変調手段を照明して画像を表示する画像表示装置に関し、より詳細には、入力する映像信号に応じてバックライト光源の輝度を動的に変調する画像表示装置に関するものである。

受光型光変調手段として液晶パネルを用いて画像を表示する画像表示装置が、テレビジョン受像機やコンピュータ装置等の画像表示に広く使用されている。周知のように液晶パネルを用いた画像表示装置は、電極の設けられた２枚の透明基板の間に液晶を封入し、マトリックス状に配置された駆動電極単位に電圧を制御することによって、液晶分子の集団や配向を制御し、透明基板の背面に設けられたバックライト光源からの照射光の透過率を変化させることによって、液晶パネルに画像を表示している。

このような画像表示装置において、バックライト光源の輝度レベルは、ユーザにより手動操作調整（調光）された値に設定することができ、この場合には、入力映像信号とは無関係にバックライト光源の輝度レベルは一定である。これに対して、より表示画像を見やすくするため、あるいは消費電力を低減するために、随時画面ごとに変化する入力映像信号に応じて、バックライト光源の明るさを動的に調整する方式の画像表示装置が提供されている。

例えば、特許文献１及び特許文献２には、入力映像信号の平均輝度レベル（ＡＰＬ：Average Picture Level）を検出し、検出した平均輝度レベルが大きいときには光源輝度を下げ、小さいときには光源輝度を上げることで、同じ映像階調の表示であっても画面輝度を異ならせて、メリハリのある（ダイナミックコントラストが拡大された）動画表示を可能とするものが提案されている。

また、一般的にこの種の画像表示装置においては、予め用意された設定メニュー画面、現在時刻、選局ＣＨなどの設定モードや動作モードに応じたキャラクタ文字等の各種情報を入力映像信号に重畳（合成）して表示するＯＳＤ（オン・スクリーン・ディスプレイ）機能を有している。そしてＯＳＤ機能を使用することにより、ユーザ・インターフェースの機能を実現したり、ユーザへの各種情報の報知を行うことが可能となっている。

ここで、入力映像信号の特徴量に応じてバックライト光源の輝度を動的に変調することが可能な従来の液晶表示装置について、図３及び図４とともに説明する。
従来の液晶表示装置は、図３に示すように、図示しないキャラクタジェネレータ（メモリ）から所定のオンスクリーン表示画像信号を読み出し、入力映像信号に重畳（合成）して出力するＯＳＤ部１と、該ＯＳＤ部１にてオンスクリーン表示画像信号が重畳（合成）された表示映像信号に基づいて、液晶パネル（受光型光変調手段）３のゲートドライバ４及びソースドライバ５に液晶駆動信号を出力する液晶コントローラ２とを備えている。

また、入力映像信号の平均輝度レベルを１画面ごとに検出するＡＰＬ検出部６と、図示しないリモコン（リモートコントローラ）を用いてユーザが入力した指示信号を受信するリモコン受光部７と、該リモコン受光部７で受信した指示信号を検出・解析し、上記ＯＳＤ部１に対して所定のオンスクリーン表示画像信号を入力映像信号に重畳（合成）するよう制御するとともに、ＡＰＬ検出部６で検出された平均輝度レベルに基づき、バックライト光源９を駆動するインバータ回路等の光源駆動部１０を制御する制御マイコン１８とを備えている。

制御マイコン１８は、図示しない内蔵のＲＯＭを用いたルックアップテーブルを参照したり、あるいは、近似関数を用いた演算によって、入力映像信号の平均輝度レベルに対するバックライト光源９の駆動電圧値（もしくは電流値）を適応的に可変することによって、図４に示すような画面輝度（明るさ）特性を実現することができる。図４（Ａ）は、入力映像信号の平均輝度レベル（ＡＰＬ）と画面輝度との関係を示すグラフで、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に対応したＡＰＬと画面輝度の数値を示す表である。つまり図４に示すように、バックライト光源の発光輝度制御例においては、入力映像信号の平均輝度レベルが上がるに従ってバックライト光源の発光輝度を低下させ、画面輝度が下がっていくように制御される。

上記特許文献による従来の技術においては、オンスクリーン画像表示信号により画面にＯＳＤ表示を行った場合、表示映像内容とは独立して安定しているべきＯＳＤ表示部の輝度（明るさ）も入力映像信号の変化に伴って変化してしまい、ユーザに違和感を与えてしまうととともに、表示品位を低下させてしまうという問題があった。

このような問題を解決するために、特許文献３には、入力映像信号に応じて動的に画面輝度を最適化することによって、画質の向上及び消費電力の低減を実現する場合であっても、ＯＳＤ表示の輝度が変動することによる表示品位の低下を防止するようにした画像表示装置が開示されている。ここでは、画像表示装置は、バックライト光源を用いて入力映像信号を表示する液晶パネルと、入力映像信号の平均輝度レベルを検出するＡＰＬ検出部と、検出された平均輝度レベルに基づいて、バックライト光源の発光輝度を動的に可変制御する制御マイコンと、所定のオンスクリーン表示画像信号を入力映像信号に重畳（合成）するＯＳＤ部とを備えている。そして制御マイコンは、所定のオンスクリーン表示画像信号を入力映像信号に重畳して表示するとき、入力映像信号の平均輝度レベルに関わらず、バックライト光源の発光輝度を略一定に保持するようにしている。また特許文献３に記載された他の構成では、入力映像信号の特徴量に追従するバックライト光源の発光輝度の変化速度を低下させるようにしている。
特開平８−２０１８１２号公報 ＷＯ０３／３８７９９号公報 特開２００５−３２１４２４号公報

画像表示装置の画面輝度（明るさ）は、液晶パネル３の透過率とバックライト光源９の発光輝度（光量）との積で決定される。すなわち、表示する映像内容に応じてバックライト光源９の発光輝度、すなわち画面輝度をダイナミックに変化させることにより、動画像の画質にメリハリをつける結果となり、高画質を実現することが可能となる。
しかしながら、オンスクリーン画像表示信号によるＯＳＤ表示を行った場合、表示映像内容とは独立して安定しているべきＯＳＤ表示の画面輝度（明るさ）も、入力映像信号の変化に伴って変化してしまい、ユーザに違和感を与えてしまうととともに、表示品位を低下させてしまうという問題があった。

図５は、従来の画像表示装置における映像表示の輝度とＯＳＤ表示の輝度とを説明するための図である。図５（Ａ）に示すように、比較的平均輝度レベル（ＡＰＬ）が低く暗い画像では、バックライトの輝度が増大されるため、所定の輝度信号レベルを持つＯＳＤ表示もこれに伴って明るくなる。また図５（Ｂ）に示すように、比較的平均輝度レベルが高く明るい画像では、バックライトの輝度が低減され、所定の輝度信号レベルを持つＯＳＤ表示もこれに伴って暗くなる。つまり平均輝度レベルに追従したバックライトの発光輝度制御に応じて、ＯＳＤ表示の画面輝度が変化してしまう。そしてこのとき、バックライト光源の発光輝度が低下したときに、ＯＳＤ表示の画面輝度が下がり過ぎてしまうと、ＯＳＤ表示自体が視聴者にとって見えにくくなり、ＯＳＤの視認性が悪化するという問題が生じる。

また上記特許文献３のように、所定のオンスクリーン表示画像信号を入力映像信号に重畳して表示するとき、入力映像信号の平均輝度レベルに関わらず、バックライト光源の発光輝度を略一定に保持する場合、ＯＳＤ表示を行っているときには入力映像信号に応じたバックライトの発光輝度制御が行われず、この間はバックライト制御を動的に行うことによる画質改善効果が得られなくなる。また特許文献３で、バックライト光源の発光輝度の変化速度を低下させた場合には、急激な画面輝度変化による違和感は緩和できるものの、ＯＳＤ表示が暗くなって視認性が悪化するという問題は解決することができない。

本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたものであって、ＯＳＤが表示されたとき、入力映像信号の特徴量に追従するバックライト光源の発光輝度の変化に制限をもたせることで、ＯＳＤ表示の視認性を維持するともに、画質改善を図るようにした画像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、バックライト光源を用いて入力映像信号を表示する受光型光変調手段と、入力映像信号の特徴量を検出する手段と、検出された特徴量に基づいて、バックライト光源の発光輝度を動的に可変制御する光源制御手段と、オンスクリーン表示画像信号を入力映像信号に重畳するオンスクリーン表示画像信号重畳手段とを備えた画像表示装置であって、光源制御手段は、オンスクリーン表示画像信号重畳手段により入力映像信号にオンスクリーン表示画像信号が重畳されているときには、バックライト光源の発光輝度の制御に制限を設け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、光源制御手段は、バックライト光源の発光輝度の下限を示す光源発光輝度リミッタ値を設定し、バックライトの発光輝度の制御に制限を設ける場合に、バックライト光源の発光輝度を、光源発光輝度リミッタ値以下に低下させないように制限し、光源発光輝度リミッタ値より高い発光輝度の領域では、特徴量に基づくバックライト光源の発光輝度を動的に可変制御す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、光源発光輝度リミッタ値は、オンスクリーン画像表示信号を画面表示させたときの最低許容画面輝度（Lum thresh）と、オンスクリーン表示画像信号の最大輝度レベル（Lum max）とを用い、（Lum thresh）／（Lum max）により算出することを特徴としたものである。

第４の技術手段は、第１から３のいずれかの技術手段において、入力映像信号の特徴量は、抽出された映像信号の平均輝度レベル、最大輝度レベル、最小輝度レベル、輝度分布状態のいずれか一つまたは二つ以上の組合せにより求められるものであることを特徴としたものである。

本発明の画像表示装置によれば、入力映像信号に応じて動的にバックライトの発光輝度を可変して、画質の向上及び消費電力の低減を実現する場合であっても、ＯＳＤ表示を行う際には、入力映像信号の特徴量の変化に関わらず、前記バックライト光源の発光輝度を常に一定輝度以下に下がらないように可変制御することにより、ＯＳＤの視認性の低下を防止することができる。

図１は、本発明による画像表示装置の一実施形態を示すブロック図である。図１において、上述した従来例と同一部分には同一符号を付し、本発明を特徴付ける部分を除いて重複する説明は省略する。
本実施形態の画像表示装置は、図１に示すように、入力映像信号の特徴量として１画面当たりの平均輝度レベル（ＡＰＬ）を検出するＡＰＬ検出部６と、ＡＰＬ検出部６で検出された入力映像信号の平均輝度レベルに基づき、光源駆動部１０を駆動制御して、バックライト光源９の発光輝度を変調する制御マイコン８とを備えている。

制御マイコン８は、リモコン受光部７で受信した指示信号を検出・解析し、ＯＳＤ部１に対して所定のオンスクリーン表示画像信号を入力映像信号に重畳（合成）するよう制御する。さらに制御マイコン８は、オンスクリーン表示画像信号を入力映像信号に重畳（合成）して表示しているときには、ＯＳＤ表示部の画面輝度が予め定めた特定の輝度レベル以下には低下しないようにバックライト光源９の発光輝度を制御し、上記特定の輝度レベルより高い輝度の領域では、平均輝度レベルに応じてバックライト光源９の発光輝度を動的に可変制御する。

すなわち、制御マイコン８は、通常の映像表示時においては、入力映像信号の平均輝度レベル（ＡＰＬ）が大きいときにはバックライト光源９の発光輝度を下げ、小さいときにはバックライト光源９の発光輝度を上げるように光源駆動部１０を駆動制御するが、ＯＳＤ表示時には、バックライト光源９の発光輝度が一定レベル以下に低下しないように光源駆動部１０を駆動制御し、ＯＳＤ表示部の輝度を常に一定レベル以上に保つことにより、ＯＳＤ表示部の視認性が悪化することを防ぐようにしている。
図１の構成において、本発明の受光型光変調手段は液晶パネル３であり、また本発明の光源制御手段は制御マイコン８及び光源駆動部１０により実現される。また本発明のオンスクリーン表示画像信号重畳手段はＯＳＤ部１により実現される。

なお、本実施形態の画像表示装置においては、直下型バックライト方式、サイドエッジ型バックライト方式のいずれでもよく、またバックライト光源９としては、現在一般的に用いられている冷陰極管（ＣＣＦＬ）の他、発光ダイオード（ＬＥＤ）などを用いることができ、あるいはこれらを併用したものであってもよい。また、バックライト光源９の輝度制御方式は、電圧（もしくは電流）制御に限らず、デューティ制御を採用してもよいことは言うまでもない。

次に、本実施形態の画像表示装置における制御マイコン８の動作について、図２のフローチャートとともに説明する。
画像表示装置に入力した入力映像信号は、ＡＰＬ検出部６にて平均輝度レベル（ＡＰＬ）が検出され制御マイコン８に入力する。ここでは制御マイコン８は、入力映像信号の現フレーム（第ｎフレームとする）の平均輝度レベル（ＡＰＬ（ｎ））を入力し（ステップＳ１）、 第ｎフレームにおける平均輝度レベル（ＡＰＬ（ｎ））と、前フレーム（第ｎ−１フレーム）における平均輝度レベル（ＡＰＬ（ｎ−１））とを比較し、ＡＰＬ（ｎ）＞ＡＰＬ（ｎ−１であるかどうかを判別する（ステップＳ２）。

そしてＡＰＬ（ｎ）＞ＡＰＬ（ｎ−１）である場合、つまり前フレームよりも現フレームのＡＰＬが増大した場合には、さらに現在ＯＳＤ表示が行われているか否かを判別する（ステップＳ３）。ここでＯＳＤ表示が行われている場合には、目標発光輝度＞発光輝度リミッタ値であるかどうかを判別する（ステップＳ４）。
上記のように像表示装置の制御マイコン８は、輝度変換テーブルを参照したり、あるいは近似関数を用いた演算によって、ＡＰＬ検出部６で求められた平均輝度レベルに対するバックライト光源９の駆動電圧値（もしくは電流値）を動的に変化させている。上記の目標発光輝度は、上記のような輝度変換テーブルや近似関数を用いた演算によって得られるバックライト光源の目標発光輝度を指すものとする。
また発光輝度リミッタ値は、バックライト光源９の発光輝度の制限値であって、バックライト光源９の光源輝度を下げてもユーザがＯＳＤ表示部を視認できる限界値を設定する。なお、発光輝度リミッタ値が本発明に係る光源発光輝度リミッタ値である。

ステップＳ４で目標発光輝度＞光源輝度リミッタ値でなければ、つまり目標発光輝度が光源輝度リミッタ値以下である場合には、入力映像信号のＡＰＬに応じたバックライト光源９の動的な駆動制御を行わずに、ステップＳ１に戻る。ここでは、光源リミッタ値もしくは光源リミッタ値より高輝度の特定の輝度レベルとなるように、バックライト光源９の発光輝度を制御しておく。ステップＳ１で次のフレームの制御を行う場合にはｎ＝ｎ＋１とする。

またステップＳ４で目標発光輝度＞光源輝度リミッタ値であれば、バックライト光源９の駆動電圧値（もしくは電流値）を減少させて、バックライト光源９の発光輝度を低下させる（ステップ５）。つまり入力映像信号のＡＰＬに応じたバックライト光源９の動的な駆動制御を実行する。

また上記ステップＳ３で、ＯＳＤ表示が行われていない場合にも、バックライト光源９の駆動電圧値（もしくは電流値）を減少させて、バックライト光源９の発光輝度を低下させる（ステップＳ５）。つまりＯＳＤ表示が行われていなければ、発光輝度リミッタ値に関わりなく、入力映像信号のＡＰＬに応じたバックライト光源９の動的な駆動制御を実行する。

また上記ステップＳ２で、ＡＰＬ（ｎ）＞ＡＰＬ（ｎ−１）ではなかった場合、つまり前フレームよりも現フレームのＡＰＬが増大しなかった場合には、ＡＰＬ（ｎ）＜ＡＰＬ（ｎ−１）であるかどうか、つまり前フレームよりも現フレームのＡＰＬが減少したかどうかを判別する（ステップＳ６）。
そしてＡＰＬ（ｎ）＜ＡＰＬ（ｎ−１）であれば、バックライト光源９の駆動電圧値（もしくは電流値）を増大させて、バックライト光源９の発光輝度を増大させる（ステップＳ７）。つまり入力映像信号のＡＰＬに応じたバックライト光源９の動的な駆動制御を実行する。

またステップＳ６でＡＰＬ（ｎ）＜ＡＰＬ（ｎ−１）でなければ、つまり前フレームと現フレームのＡＰＬが同じであれば、バックライト光源９の発光輝度を変化させる制御を行うことなくステップＳ１に戻る。ステップＳ１で次のフレームの制御を行う場合にはｎ＝ｎ＋１とする。

次に上述のステップ４における光源輝度リミッタ値について説明する。これは以下で説明するLum_threshから決定する。
例えば、映像信号の輝度レベルの最大値をLum_maxとする。ＯＳＤにより文字を表示する場合、白文字ならば輝度は最大になるのでこのLum_maxが白文字の輝度となる。この白文字の輝度がLum_threshを下回ると文字が読みにくくなるとすれば、光源輝度リミッタ値は、
光源輝度リミッタ値＝Lum_thresh ／Lum_max ・・・（１）
で算出される。

（例１）
Lum_threshを４０％とし、ＯＳＤ画面のLum_max＝１００％ならば、上記（１）式より、光源輝度リミッタ値＝４０％となり、バックライト光源９の光源輝度を４０％まで低下させることができる。
（例２）
Lum_threshを４０％とし、ＯＳＤ画面のLum_max＝８５％ならば、上記（１）式より、光源輝度リミッタ値 ＝４７％となる。つまりバックライト光源９の光源輝度を４７％まで下げたときにＯＳＤの最大輝度が４０％になるので、この値（４７％）を光源輝度リミッタ値とする。

ＯＳＤ画面のLum_maxは、ＯＳＤの制御を行う制御マイコン８が自ら指定しているので、制御マイコン８ではその値を認識している。
またLum_threshは、例えば複数の評価者による評価試験により決定できる。所定の明るさの室内で所定の視認距離で複数の評価者により画面の視認性の評価を行う。ここではバックライトの光源輝度を下げていったときに、ＯＳＤによる表示を視認できる限界値を評価者により評価し、ＯＳＤの視認性が悪くなる下限値を決める。例えばこの値は４０％である。これは輝度１００％の映像信号を表示したときに、バックライト光源の発光輝度をその最大輝度の４０％まで低下させることができることを意味する。

以上のように、本実施形態の画像表示装置は、通常表示時においては、入力映像信号の平均輝度レベル（ＡＰＬ）に応じてバックライト光源９の発光輝度（光量）を動的に変調するが、ＯＳＤ表示時においては、バックライト光源９の発光輝度の変化に一定の制限を設けるように制御するため、入力映像信号の内容変化に伴うＯＳＤ表示の視認性の低下を防止することができる。
すなわち、通常表示時においては、入力映像信号に応じてバックライト光源の発光輝度を動的に可変制御することにより、画質の向上及び消費電力の低減を実現する一方、ＯＳＤ表示時においては、常に一定輝度以下に発光輝度が下がらないように可変制御することにより、ＯＳＤの視認性の低下を防止することができる。

なお上述の例では、制御マイコン８は、入力映像信号の平均輝度レベル（ＡＰＬ）が大きいときにはバックライト光源９の発光輝度を下げ、小さいときにはバックライト光源９の発光輝度を上げるように光源駆動部１０を駆動制御しているが、これとは逆に平均輝度レベルが大きくなるほどバックライト光源の発光輝度を増大させるような輝度変換特性であってもよい。例えばこの場合には、現フレームの平均輝度レベルが前フレームの平均輝度レベルより下がったとき、ＯＳＤ表示が行われているかどうかを判別し、ＯＳＤ表示が行われ、かつ目標発光輝度が発光輝度リミッタ値以下であった場合に、バックライト光源９の発光輝度の動的制御を行わず発光輝度リミッタ値以上の特定のレベルに維持するように制御すればよい。

また上記実施形態においては、入力映像信号の特徴量として、表示画面内における検出領域の平均輝度レベル（ＡＰＬ）を用いているが、本発明ではこれに限らず、表示画面内における特定領域の映像信号に対するピーク輝度の状態（有無または多少）を求めて、バックライト光源の輝度変調に利用する構成としてもよい。
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、またはこれらを二つ以上組み合わせて求めた特徴量に基づき、バックライト光源の発光輝度を可変制御してもよい。さらに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可変制御するとともに、これと連動して、入力映像信号の階調補正制御を行う構成としてもよい。

本発明による画像表示装置の一実施形態を示すブロック図である。 本発明による画像表示装置における制御動作の一例を説明するためのフローチャートである。 従来の画像表示装置の概略構成例を示すブロック図である。 従来の画像表示装置における入力映像信号の平均輝度レベルと画像輝度との関係の一例を示す図である。 従来の画像表示装置における映像表示の輝度とＯＳＤ表示の輝度とを説明するための図である。

符号の説明

１…ＯＳＤ部、２…液晶コントローラ、３…液晶パネル、４…ゲートドライバ、５…ソースドライバ、６…ＡＰＬ検出部、７…リモコン受光部、８…制御マイコン、９…バックライト光源、１０…光源駆動部、１８…制御マイコン。

Claims (4)

1. バックライト光源を用いて入力映像信号を表示する受光型光変調手段と、前記入力映像信号の特徴量を検出する手段と、前記検出された特徴量に基づいて、前記バックライト光源の発光輝度を動的に可変制御する光源制御手段と、オンスクリーン表示画像信号を前記入力映像信号に重畳するオンスクリーン表示画像信号重畳手段とを備えた画像表示装置であって、
   前記光源制御手段は、前記オンスクリーン表示画像信号重畳手段により前記入力映像信号にオンスクリーン表示画像信号が重畳されているときには、前記バックライト光源の発光輝度の制御に制限を設けることを特徴とする画像表示装置。
2. 請求項１に記載の画像表示装置において、前記光源制御手段は、前記バックライト光源の発光輝度の下限を示す光源発光輝度リミッタ値を設定し、前記バックライトの発光輝度の制御に制限を設ける場合に、前記バックライト光源の発光輝度を、前記光源発光輝度リミッタ値以下に低下させないように制限し、前記光源発光輝度リミッタ値より高い発光輝度の領域では、前記特徴量に基づく前記バックライト光源の発光輝度を動的に可変制御することを特徴とする画像表示装置。
3. 請求項２に記載の画像表示装置において、前記光源発光輝度リミッタ値は、オンスクリーン画像表示信号を画面表示させたときの最低許容画面輝度（Lum thresh）と、オンスクリーン表示画像信号の最大輝度レベル（Lum max）とを用い、
   （Lum thresh）／（Lum max）により算出することを特徴とする画像表示装置。
4. 請求項１から３のいずれか１に記載の画像表示装置において、前記入力映像信号の前記特徴量は、前記抽出された映像信号の平均輝度レベル、最大輝度レベル、最小輝度レベル、輝度分布状態のいずれか一つまたは二つ以上の組合せにより求められるものであることを特徴とする画像表示装置。

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