JP2009139470A - 画像表示装置および画像表示方法 - Google Patents

Abstract

【課題】隣接領域間のバックライトの輝度差による輝度ムラを抑制することを可能にする。
【解決手段】複数の画素がマトリクス状に配列された液晶パネル１６と、液晶パネルに光を供給する発光領域を有し、発光領域が複数の部分領域に分割され、部分領域毎に調光が可能なバックライト１２と、画像信号に基づいて、バックライトの各部分領域から出射される光の輝度設定値を算出する輝度算出部２と、輝度設定値に対し、バックライトの隣接する部分領域間の輝度差が小さくなるよう輝度設定値を修正する輝度修正部４と、修正された輝度設定値に基づいて、バックライトから液晶パネルに入射する光の輝度分布の予測値を算出する輝度分布算出部６と、画像信号および輝度分布に基づいて、液晶パネルの各画素における画像信号の光透過率を補正する液晶透過率補正部８と、修正された輝度設定値に基づいてバックライトを制御するバックライト制御部１０と、画像信号の透過率が補正された光透過率となるように液晶パネルを制御する液晶制御部１４と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像表示装置および画像表示方法に関するものである。

従来、液晶表示装置において、表示ダイナミックレンジ拡大、低消費電力化等の目的で、画面を複数の領域に分割したバックライトの輝度制御が行われている。例えば、特許文献１では分割された各領域のバックライトの輝度がその領域内の映像信号の最大表示輝度以上となるようにバックライトの輝度を制御している。
特開２００５−２５８４０３号公報

しかし、例えば夜景のように暗い背景に光源が映っているような画像を表示しようとしているとき、暗い背景に明るい光源が映っている領域においてはその光源の明るさを表現するためにバックライト輝度を明るく設定する必要がある。この場合、バックライト輝度を明るくすると、その光源周辺に映っている暗い背景も明るく表示されてしまう。これは、暗い背景を表示するのに十分な程に液晶の光透過率を小さくすることが原理的に不可能であることに起因している。一方、その周辺の領域において、領域内が暗い背景のみの場合は、バックライトは暗く設定されるため、暗い背景は十分に暗く表示される。暗い背景に明るい光源が映っている領域と、暗い背景のみの領域とが隣接している場合、これらの領域間で表示される背景の明るさが異なるため、暗い背景領域にムラが生じてしまう。隣接領域間のバックライトの輝度差が小さい場合には、バックライトの輝度の大きい領域では液晶の光透過率が相対的に小さく、バックライトの輝度の小さい領域では液晶の光透過率が相対的に大きくなるように液晶の光透過率を補正することにより、このムラを軽減することが可能であるが、上述のように液晶の黒表示能力には限界があるため、隣接領域間のバックライトの輝度差が大きい場合には、透過率の補正のみでこのムラを取るのは困難である。

例えば、液晶で実現可能な最小透過率が０．００２のとき、相対輝度が０．０００００２〜０．００１に分布している暗い背景上に相対輝度が１．０の光源が映っているような画像を表示しようとする。このとき、光源の映っている領域では相対輝度が１．０を表示する必要があるためバックライトの相対輝度は１．０に設定することが望ましい。したがって、この領域で表現できる相対輝度の範囲はバックライトの相対輝度に液晶の透過率を乗じた値０．００２〜１．０である。一方、光源の映っていない領域では相対輝度０．０００００２〜０．００１を十分に表現できるようにするため、バックライトの相対輝度は０．００１に設定することが望ましい。したがって、この領域で表現できる相対輝度の範囲はバックライトの相対輝度に液晶の透過率を乗じて、０．０００００２〜０．００１となる。この結果、両領域間において表現できる相対輝度の範囲には乖離が生じてしまっており、両領域間の輝度差を補償することは原理的に不可能となってしまう。したがって、両領域間にはムラが生じてしまうこととなる。

本発明は、上記事情を考慮してなされたものであって、隣接領域間のバックライトの輝度差による輝度ムラを抑制することのできる画像表示装置および画像表示方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様による画像表示装置は、複数の画素がマトリクス状に配列された液晶パネルと、前記液晶パネルに光を供給する発光領域を有し、前記発光領域が複数の部分領域に分割され、前記部分領域毎に調光が可能なバックライトと、画像信号に基づいて、前記バックライトの各部分領域から出射される光の輝度設定値を算出する輝度算出部と、前記輝度設定値に対し、前記バックライトの隣接する部分領域間の輝度差が小さくなるよう前記輝度設定値を修正する輝度修正部と、修正された前記輝度設定値に基づいて、前記バックライトから前記液晶パネルに入射する光の輝度分布の予測値を算出する輝度分布算出部と、前記画像信号および前記輝度分布に基づいて、前記液晶パネルの各画素における前記画像信号の光透過率を補正する液晶透過率補正部と、修正された前記輝度設定値に基づいて前記バックライトを制御するバックライト制御部と、前記画像信号の透過率が補正された前記光透過率となるように前記液晶パネルを制御する液晶制御部と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明の第２の態様による画像表示方法は、複数の画素がマトリクス状に配列された液晶パネルと、前記液晶パネルに光を供給する発光領域を有し、前記発光領域が複数の部分領域に分割され、前記部分領域毎に調光が可能なバックライトと、を備えている画像表示装置の画像表示方法において、画像信号に基づいて、前記バックライトの各部分領域から出射される光の輝度設定値を算出するステップと、前記輝度設定値に対し、前記バックライトの隣接する部分領域間の輝度差が小さくなるよう前記輝度設定値を修正するステップと、修正された前記輝度設定値に基づいて、前記バックライトから前記液晶パネルに入射する光の輝度分布の予測値を算出するステップと、前記画像信号および前記輝度分布に基づいて、前記液晶パネルの各画素における前記画像信号の光透過率を補正するステップと、修正された前記輝度設定値に基づいて前記バックライトを制御するステップと、前記画像信号の透過率が補正された前記光透過率となるように前記液晶パネルを制御するステップと、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、隣接する領域間のバックライトの輝度差による輝度ムラを抑制することができる。

以下に図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による画像表示装置について図１乃至図１２を参照して説明する。

（１）画像表示装置の構成
本実施形態による画像表示装置の構成を図１に示す。本実施形態による画像表示装置１は、輝度算出部２と、輝度修正部４と、輝度分布算出部６と、透過率補正部８と、バックライト制御部１０と、バックライト１２と、液晶制御部１４と、複数の画素がマトリクス状に配列された液晶パネル１６と、を備えている。

輝度算出部２は画像信号に基づいて表示に適したバックライト１２の輝度の設定値を算出する。輝度修正部４は輝度算出部２によって算出された設定値を修正する。輝度分布算出部６は輝度修正部４によって修正された設定値に基づいて、この修正された設定値でバックライトを点灯させた際にバックライト１２から液晶パネル１６に入射する光の輝度分布の予測値を算出する。液晶透過率補正部８は算出された輝度分布の予測値と画像信号とに基づいて、液晶パネル１６の各画素における画像信号の光透過率を補正し、光透過率が補正された画像信号を液晶制御部１４に出力する。バックライト制御部１０は輝度修正部４によって修正された設定値に基づきバックライト１２を点灯させる。バックライト１２は少なくとも２つ以上の部分領域を有し、バックライト制御部１０の制御により各部分領域が点灯する。液晶制御部１４は液晶透過率補正部８によって光透過率が補正された画像信号に基づいて液晶パネル１６を制御する。液晶パネル１６は液晶制御部１４の制御により透過光量を変化させる。

以下に各部の構成および動作の詳細を述べる。

バックライト
バックライト１２は発光領域を有し、この発光領域は少なくとも２つ以上の部分領域に分割され、バックライト制御部１０の制御により各部分領域が強弱に点灯し、液晶パネル１６を背面から照射する。このバックライト１２の一具体例の構成を図２に示す。図２に示すようにバックライト１２は少なくとも１つ以上の光源１２２を備えている。また、バックライト１２は少なくとも１つ以上の光源１２２を内部に持つ少なくとも１つ以上の部分領域１２４に分割されている。各部分領域１２４はバックライト制御部１０によって各々独立に発光強度（発光輝度）および発光タイミングが制御可能となっている。光源１２２はＬＥＤ、冷陰極管、熱陰極管等が適している。特にＬＥＤは最大発光可能輝度と最小発光可能輝度の幅が広く、高いダイナミックレンジでの発光制御が可能であるので、光源として用いるのが好ましい。

バックライト制御部
バックライト制御部１０は輝度修正部４によって修正されたバックライトの輝度の設定値に基づきバックライト１２を点灯させる。図３（ａ）、３（ｂ）にＰＷＭ(Pulse Width Modulation)方式を用いてバックライト１２を制御する場合のバックライト制御部１０の出力例を示す。図３（ａ）は第１部分領域に相対輝度０．５、図３（ｂ）は第２部分領域に相対輝度０．７５のＰＷＭ制御信号を出力する場合の出力例を示している。ＰＷＭ方式では１周期の間の点灯期間の割合を変化させることにより各部分領域の輝度制御を行う。このようにバックライト制御部１０は、バックライト１２の各部分領域１２４の発光強度（発光輝度）および発光タイミングを独立に制御可能である。

輝度算出部
輝度算出部２は画像信号から表示に適したバックライト１２の輝度の設定値を算出する。この輝度算出部２の一具体例の構成を図４に示す。この具体例の輝度算出部２はガンマ変換部２０２と、ＲＧＢ最大輝度算出部２０４と、領域最大輝度算出部２０６と、を備えている。

ガンマ変換部２０２は入力された画像信号をガンマ変換によりＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の相対輝度Ｌ_Ｒ、Ｌ_Ｇ、Ｌ_Ｂに変換する。画像信号がＲ、Ｇ、Ｂの各色に対応する［０，２５５］の範囲の信号であるとすると、この変換は例えば、

で表される。ここで、Ｓ_Ｒ、Ｓ_Ｇ、Ｓ_ＢはＲ、Ｇ、Ｂに対応する画像信号値である。γ、αは任意の実数で良いが、一般的に最も簡略にこの変換を行う場合にはα＝０．０、γ＝２．２が用いられる。これらの変換は乗算器等を用いて直接に算出しても良いし、ルックアップテーブルを用いて算出してもよい。

ＲＧＢ最大輝度算出部２０４は、各画素におけるＲ、Ｇ、Ｂのそれぞれに対応する相対輝度うちの最大値を求め出力する。ＲＧＢ最大輝度算出部２０４で算出された相対輝度をＲＧＢ最大輝度と呼ぶ。

領域最大輝度算出部２０６は、バックライト１２の各部分領域１２４に対応した液晶パネル１６の各領域内で、ＲＧＢ最大輝度の最大値を算出する。領域最大輝度算出部２０６において、各領域に対する最大相対輝度を算出する範囲は、バックライト１２の各部分領域１２４に対応する液晶パネル１６の領域でも良いし、これより大きい範囲の領域でも小さい範囲の領域でも良い。

輝度算出部２は領域最大輝度算出部２０６で算出された各領域内での最大の相対輝度を各領域のバックライト１２の輝度の設定値として出力する。バックライト１２の各部分領域に対応する領域でＲＧＢ最大輝度の最大値を算出し、これをバックライト１２の輝度の設定値とすることにより、実際に観察者に観察される表示に対して、入力された画像信号が想定している最大輝度の表示を保障することができる。

輝度分布算出部
輝度分布算出部６は輝度修正部４において修正されたバックライト１２の輝度設定値から、その修正された輝度設定値でバックライト１２を点灯させた際に実際にバックライト１２から液晶パネル１６に入射する光の輝度分布の予測値を算出する。

バックライト１２の各部分領域１２４は実際のハードウェア構成に応じた発光分布を持つため、部分領域１２４の点灯により液晶パネル１６に入射する光の強度もそれに応じた分布を持つ。ここでは液晶パネル１６に入射する光の強度を単にバックライト１２または部分領域１２４の輝度と表現する。部分領域１２４の輝度分布の例を図５に示す。この輝度分布は図５に示すように、各部分領域の中心に対して対称であり、部分領域の中心から離れるに連れて相対輝度が減少している分布となっている。第ｎ番目の部分領域ｎを輝度設定値Ｌ_set,nで点灯させたときの各座標における相対輝度は、この輝度分布を用いて、

で表すことができる。（２）式においてｘ´_n、ｙ´_nは部分領域ｎの中心からの点の相対座標であり、Ｌ_p,nはその点における部分領域ｎの輝度分布である。

バックライト１２の各部分領域１２４を相対輝度Ｌ_set,nで点灯させたときの各画素におけるバックライト１２の輝度分布は、各部分領域１２４の輝度分布に各部分領域１２４の輝度設定値を乗じた値の和として算出する。

バックライト１２の輝度分布の予測値の算出方法を図６に模式的に示す。つまり、バックライト１２の輝度分布は各部分領域の輝度プロファイルＬ_p,nを用いて、下記の（３）式で算出される。

（３）式においてｘ、ｙは液晶パネル１６上での画素の座標であり、ｘ_0,n、ｙ_0,nは液晶パネル１６上での部分領域ｎの中心の座標である。Ｎは部分領域の総数である。（３）式ではある画素でのバックライトの輝度分布を求めるにあたって、全ての部分領域の輝度設定値および輝度分布を用いるように定義されているが、その画素での輝度に対して影響の少ない部分領域の輝度設定値および輝度分布は、このバックライト１２の輝度分布の算出において省略することができる。

バックライト１２の輝度分布の算出において用いられる各部分領域の輝度分布は、これを適切な関数で近似して直接に算出しても良いし、予め用意したルックアップテーブルを用いて算出してもよい。

液晶透過率補正部
液晶透過率補正部８は輝度分布算出部６において算出されたバックライト１２の輝度分布予測値と画像信号とに基づいて、液晶パネル１６の各画素における画像信号の透過率を補正し、補正された透過率の画像信号を液晶制御部１４に出力する。この液晶透過率補正部８の一具体例の構成を図７に示す。

この液晶透過率補正部８はガンマ変換部８０２と、除算部８０４と、ガンマ補正部８０６と、を備えている。ガンマ変換部８０２は、輝度算出部２におけるガンマ変換部２０２と同じ構成であり、輝度算出部２におけるガンマ変換部２０２と同じ動作をする。ただし、液晶透過率補正部８におけるガンマ変換部８０２によって算出される値は、輝度算出部２における相対輝度に代えて、光透過率と呼ぶこととする。液晶透過率補正部８におけるガンマ変換部８０２と輝度算出部２におけるガンマ変換部２０２とを一つの構成要素として構成することもできる。

ガンマ変換部８０２は、入力された画像信号をＲ、Ｇ、Ｂの光透過率に変換する。つまり、ガンマ変化部８０２は（１）式で表される変換を行う。ガンマ変換部８０２のγ、αの値は輝度算出部２におけるガンマ変換部２０２のγ、αの値と同一の値であっても良いし、異なる値であっても良い。

除算部８０４はガンマ変換部８０２によって算出された各画素のＲ、Ｇ、Ｂの光透過率を輝度分布算出部６で算出された各画素のバックライトの輝度分布の予測値で除算する。

ガンマ補正部８０６は除算部８０４において算出された補正後の光透過率にガンマ補正を施し、液晶制御部１４に出力するための画像信号に変換する。出力される画像信号をＲ、Ｇ、Ｂに対応する［０，２５５］の範囲の信号であるとすると、このガンマ変換は例えば、下記の（４）式を用いて行われる。

ここで、Ｔ´_Ｒ、Ｔ´_Ｇ、Ｔ´_ＢはそれぞれＲ、Ｇ、Ｂ各色に対応する補正後の光透過率であり、Ｓ´_Ｒ、Ｓ´_Ｇ、Ｓ´_ＢはそれぞれＲ、Ｇ、Ｂに対応する出力画像信号値である。γ、αは任意の実数で良いが、γを液晶パネル１６のガンマ値、αを液晶パネル１６の最小光透過率とすることにより、入力信号に忠実な画像の再生を可能とすることが可能である。また、ガンマ補正はこの変換に限らず、必要に応じて公知の変換方式で代用しても良いし、液晶パネル１６のガンマ変換テーブルに従った逆変換としてもよい。これらの変換は乗算器等を用いて直接に算出としても良いし、ルックアップテーブルを用いて算出してもよい。

液晶透過率補正部８の動作による効果を、図８（ａ）、８（ｂ）を参照して説明する。補正前の光透過率はバックライト１２の相対輝度が画面全体にわたって一定な場合を想定している。したがって、液晶の光透過率の補正なしにバックライト１２の輝度を変更した場合、実際の表示は入力された画像信号で想定されていた表示とは大きく異なる表示となる。そこで、輝度分布算出部６において算出されたバックライト１２の輝度分布を用いて、液晶透過率補正部８において液晶の光透過率の補正を行う。液晶透過率補正部８では、補正前の光透過率を輝度分布算出部６で算出された各画素のバックライト１２の輝度分布の予測値で除算する。これによりバックライト１２の相対輝度が最大輝度よりも小さくなるような画素では、図８（ａ）に示すように、補正後の光透過率は補正前の光透過率と比べて逆に大きく設定されることとなる。そして、実際に観察者に提示される映像は（バックライトの輝度）×（液晶の光透過率）で近似されうるので、図８（ｂ）に示すように、補正後の光透過率にバックライト１２の輝度分布の予測値を乗じて得られる相対輝度を、入力された画像信号が想定している表示に近い表示とすることができる。

輝度修正部
輝度修正部４は輝度算出部２で算出されたバックライト１２の輝度の設定値に対して修正を施す。この輝度修正部４の動作を、図９（ａ）、９（ｂ）を参照して説明する。

輝度修正部４は、図９（ａ）に示す近傍の部分領域の輝度設定値を、図９（ｂ）に示すように、重み付き平均することにより新たに修正された輝度設定値とする。つまり、部分領域の新たな輝度設定値は、輝度算出部で算出されたバックライト輝度の設定値から、次の（５）式を用いて算出される。

（５）式において、Ｘ、Ｙは領域の座標であり、Ｘ´、Ｙ´は近傍の部分領域の相対座標である。ｗ（Ｘ´、Ｙ´）は相対座標（Ｘ´、Ｙ´）にある部分領域の輝度設定値に対する重みであり、Ｒ_ｘ、Ｒ_Ｙは２次元の重みテーブルの半径である。ここで２次元の重みテーブルは、座標がＸ、Ｙの領域を中心として、縦方向および横方向にそれぞれ対称となるように重みデータが配列されたテーブルである。したがって、縦方向および横方向に配列された重みデータの個数は奇数となり、縦方向および横方向の重みデータの個数をそれぞれ２ｋ＋１、２ｍ＋１とすると、半径Ｒ_ｘ、Ｒ_Ｙはそれぞれｋ、ｍとなる。ただし、ｋ、ｍは自然数である。図９（ａ）、９（ｂ）に示す例では、この重み付き平均の算出は一次元的であるが、これは説明をわかりやすくするためであり、実際には重み付き平均の算出は（５）式のように２次元的である。

図９（ａ）、９（ｂ）からもわかるとおり、近傍の部分領域の輝度設定値の重み付き平均を新たに修正された輝度設定値とするすることにより、隣接する部分領域間の輝度設定値の差の絶対値は小さくなる。これにより、隣接する部分領域間のバックライトの輝度差を小さくすることができる。

輝度修正部４における重み付き平均は、本実施形態で述べたように相対輝度の設定値に対して行っても良いし、相対輝度の設定値に対数変換を施した後の値に施してもよいし、その他の類似の変換を施した後の値に施してもよい。

液晶パネルおよび液晶制御部
液晶パネル１６は、本実施形態ではアクティブマトリクス型であり、図１０に示すように、アレイ基板２０上に複数本の信号線２２およびこれと交差する複数本の走査線２４が図示しない絶縁膜を介して配置されており、両線の各交差領域には画素３０が形成されている。信号線２２および走査線２４の端部は、信号線駆動回路４０および走査線駆動回路４２にそれぞれ接続されている。各画素３０は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）からなるスイッチ素子３１と、画素電極３２と、液晶層３３と、補助容量３４と、対向電極３５とを備えている。なお、対向電極３５は全ての画素３０に共通の電極となっている。

スイッチ素子３１は、映像信号書込み用のスイッチ素子であり、そのゲートは１水平ライン毎に共通に走査線２４に接続され、ソースは１垂直ライン毎に信号線２２に共通に接続されている。さらに、ドレインは画素電極３２に接続されるとともに、この画素電極３２と電気的に並列に配置された補助容量３４に接続されている。

画素電極３２は、アレイ基板２０上に形成され、この画素電極３２と電気的に相対する対向電極３５は、図示しない対向基板上に形成されている。対向電極３５には、図示しない対向電圧発生回路から所定の対向電圧が与えられている。また画素電極と対向電極との間には液晶層３３が保持され、アレイ基板２０と上記対向基板の周囲は図示しないシール材により封止されている。なお、液晶層３３に用いる液晶材料は、どのようなものでも良いが、例えば、強誘電性液晶やＯＣＢ(Optically Compensated Bend)モードの液晶等が液晶材料として好適である。

走査線駆動回路４２は、図示しないシフトレジスタ、レベルシフタおよびバッファ回路等から構成されている。この走査線駆動回路４２は、図示しない表示比率制御部から制御信号として出力された垂直スタート信号や垂直クロック信号に基づいて、各走査線２４に行選択信号を出力する。

信号線駆動回路４０は、図示しないアナログスイッチ、シフトレジスタ、サンプルホールド回路、ビデオバス等から構成されている。この信号線駆動回路４０には、図示しない表示比率制御部から制御信号として出力された水平スタート信号および水平クロック信号が入力されるとともに、画像信号が入力されている。

液晶制御部１４は、液晶透過率補正部８によって補正された液晶透過率となるように液晶パネルを制御する。

次に、本実施形態による画像表示装置の効果を図１１（ａ）乃至図１２（ｂ）を参照して説明する。

隣接する部分領域間のバックライトの輝度差が大きいと表示画像にはムラが発生する。これを、図１１（ａ）、１１（ｂ）を参照して説明する。液晶にて実現可能な透過率の範囲を０．００２〜１．０（−５０ｄＢ〜０ｄＢ）とし、図１１（ａ）に示すように、相対輝度が０．０００００２〜０．００１（−１１０ｄＢ〜−６０ｄＢ）に分布している暗い背景上に相対輝度１．０（０ｄＢ）の光源が映っているような画像を表示しようとしているとする。このとき、光源の映っている部分領域（図１１（ａ）において中央の部分領域）では相対輝度１．０を表示する必要があるためバックライトの相対輝度は１．０に設定することが望ましい。したがって、この部分領域で表現できる相対輝度の範囲はバックライトの相対輝度に液晶の透過率を乗じた、０．００２〜１．０（−５０ｄＢ〜０ｄＢ）である。一方光源の映っていない部分領域（図１１（ａ）において左右の領域）では相対輝度０．０００００２〜０．００１を十分に表現できるようにするため、バックライトの相対輝度は０．００１に設定することが望ましい。したがって、この部分領域で表現できる相対輝度の範囲はバックライトの相対輝度に液晶の透過率を乗じて、０．０００００２〜０．００１（−１１０ｄＢ〜−６０ｄＢ）となる。この結果、図１１（ｂ）からもわかるとおり、左右の領域では暗い背景を暗いまま表示できるのに対し、中央の領域中の背景の部分は表示不可能なため、少し明るくした状態でしか表現できない。このような表示を行うと中央の部分領域の背景は左右の部分領域の背景と比較して白く浮いたように知覚され、その部分領域の両端の輝度勾配がムラとして知覚される。このように、隣接する部分領域間のバックライト輝度差が大きいと表示画像にはムラが発生する。

次に、本実施形態のように、隣接する部分領域間の輝度差を小さくすることによって輝度ムラが抑制されることを、図１２（ａ）、１２（ｂ）を参照して説明する。図１２（ａ）、（ｂ）では図１１（ａ）、１１（ｂ）と比較して隣接する部分領域間の輝度差を小さくした場合の表示画像を示している。図１１（ａ）、１１（ｂ）と比較して図１２（ａ）、１２（ｂ）では中央の部分領域両端の輝度勾配が軽減されることがわかる。人の視覚には所定値以下の輝度勾配は認識されないという特性があるので、必ずしも輝度勾配を完全になくす必要はない。また、図１１（ｂ）と比較すると図１２（ｂ）では暗い背景の表示輝度は明るくなっているが、バックライト輝度制御を行わない場合と比較すれば、ダイナミックレンジ拡大効果および低消費電力効果は十分である。

このように本実施形態にかかる画像表示装置によれば、隣接する部分領域間の輝度差を小さくすることができ、この輝度差に起因し発生する輝度ムラを抑制することができるとともに、高いダイナミックレンジでかつ低消費電力での画像表示が可能となる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態による画像表示装置を説明する。

本実施形態による画像表示装置は、基本的な構成は、図１に示す第１実施形態の画像表示装置と同様であるが、輝度修正部４の構成が異なる。

輝度修正部
第２実施形態による輝度修正部４は、当該部分領域の近傍の部分領域のバックライト１２の輝度の設定値から、当該部分領域のバックライト輝度の設定値を差分して差分値を算出し、該差分値が大きい近傍の部分領域ほど近傍の部分領域に対する重みが大きくなるよう重みを算出し、このように算出された重みを用いて近傍の部分領域の輝度設定値の重みつき平均を算出することにより、当該部分領域の新たな輝度設定値を算出する。

近傍の部分領域の輝度設定値の重み付き平均による補正輝度設定値の算出は、概略的には第１実施形態と同様に、図９（ａ）、９（ｂ）に示すようになされるが、重みｗはその座標の輝度設定値に依存して変化するため、数値としては下記の（６）式を用いて算出される。

（６）式において、Ｘ、Ｙは当該部分領域の座標であり、Ｘ´、Ｙ´は当該部分領域の近傍の部分領域の相対座標である。ｗは相対座標（Ｘ´、Ｙ´）を有する部分領域の輝度設定値に対する重みであり、Ｒ_ｘ、Ｒ_Ｙは重みテーブルの半径である。

第２実施形態による輝度修正部の重みｗは、当該部分領域の近傍の部分領域のバックライト輝度の設定値から、当該部分領域のバックライト輝度の設定値を差分した差分値が大きい近傍の部分領域ほど、その近傍の部分領域に対する重みが大きくなるよう算出される。

重みｗは、輝度設定値の差分値から、例えば図１３または図１４に示すように算出される。図１３では、当該部分領域の近傍の部分領域の輝度の設定値と当該部分領域の輝度の設定値との差が負の場合は、重みｗは「０」とし、上記差が正の場合、重みｗはある正の一定値ｗ_０とし、上記差が「０」の場合、重みｗは上記正の一定値ｗ_０としてもよく、この一定値ｗ_０よりも小さい値または大きな値としてもよい。また、図１４の場合は、上記差が増加するに連れて重みｗが単調に増大する特性を有している。なお、図１４において、上記差が「０」の場合は、重みｗは値ｗ_０であったが、値ｗ_０よりも小さな値でもよいし、大きな値でもよい。図１３、図１４からわかるとおり、当該部分領域との輝度設定値の差分値が大きい近傍の部分領域ほど大きい重みが用いられる。なお、重みｗは、輝度設定値の差分値から、演算により求めることもできるし、ルックアップテーブルにより求めることもできる。

次に、第２実施形態による輝度修正部４による効果を説明する。

第２実施形態による輝度修正部４による効果を図１５（ａ）乃至図１６（ｂ）を参照して説明する。

図１５（ａ）、１５（ｂ）は、第２実施形態において、当該部分領域の輝度設定値よりも近傍の部分領域の輝度設定値が大きい場合の、輝度修正部４の動作を説明する図である。図１５（ａ）に示すように、修正する輝度の設定値の算出の対象としている当該部分領域の輝度設定値Ｌ_０に対して、近傍の部分領域の輝度設定値Ｌ_−２、Ｌ_−１、Ｌ_１、Ｌ_２が大きい場合は、差分（＝（近傍の部分領域の輝度設定値）−（当該部分領域の輝度設定値））はどの近傍の部分領域に対しても大きい値となる。したがって、近傍の部分領域に対する重みはどの近傍の部分領域に対しても大きくなる。このため、このような重みを用いて重み付き平均を行った結果、当該部分領域の修正された輝度設定値Ｌ_０’は図１５（ｂ）に示すように、元の輝度設定値Ｌ_０より大きな値となる。

次に、図１６（ａ）、１６（ｂ）は第２実施形態において、当該部分領域の輝度設定値よりも近傍の部分領域の輝度設定値が小さい場合の、輝度修正部４の動作を説明する図である。図１６（ａ）に示すように、修正する輝度設定値の対象としている当該部分領域の輝度設定値Ｌ_０に対して、近傍の部分領域の輝度設定値Ｌ_−２、Ｌ_−１、Ｌ_１、Ｌ_２が小さい場合は、差分（＝（近傍の部分領域の輝度設定値）−（当該部分領域の輝度設定値））の値は、当該部分領域を除いたどの近傍の部分領域に対しても小さい値となる。したがって、近傍の部分領域に対する重みは、当該部分領域を除いたどの近傍の部分領域に対しても小さくなる。したがって、このような重みを用いて重み付き平均を行った結果、算出される補正輝度設定値Ｌ_０’は図１６（ｂ）に示すとおり、元の輝度設定値Ｌ_０より小さな値となるが、その変化量は小さい。特に図１３に示すような関係を用いて重みを算出した場合には、輝度設定値の修正の対象としている当該領域の輝度設定値は変化しない。

以上のような特性を持つため、第２実施形態による輝度修正部４での処理は、輝度設定値が小さくなりにくいという特性を持つ。特に図１３に示すような関係を用いて重みを算出した場合には、輝度修正部４での処理によって輝度設定値が小さくなることはない。

一方、第１実施形態における輝度修正部での処理では、隣接する部分領域間の輝度は小さくなるものの、どの部分領域の輝度設定値も平均値に近づくという特性を持つ。これは実際には大きなバックライト１２の輝度を必要とするような部分領域でも、輝度修正部での処理によってバックライト１２の輝度が小さくなってしまう可能性があるということを示している。

これに対し、第２実施形態による輝度修正部では、バックライト１２の輝度の設定値が小さくなりにくいという特性をもっているため、画像の表示に必要な最大輝度を維持したまま、領域間の輝度差を小さくすることが可能である。

このように、本実施形態にかかる画像表示装置によれば、画像の表示に必要な最大輝度を維持したまま、隣接する部分領域間の輝度差を小さくすることができ、この輝度差に起因し発生する輝度ムラを抑制することができるとともに、高いダイナミックレンジでかつ低消費電力での画像表示が可能となる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態による画像表示装置を説明する。本実施形態の画像表示装置は、基本的な構成は、第１実施形態の画像表示装置と同様であるが、輝度修正部４の構成が異なっている。

輝度修正部
本実施形態による輝度修正部４は、輝度設定値の修正の対象としている当該部分領域の近傍の部分領域の輝度勾配が閾値以下となるように、当該部分領域の輝度設定値を算出する。この輝度修正部４の動作を図１７（ａ）、１７（ｂ）を参照して説明する。

まず、輝度設定値の修正の対象としている当該部分領域の近傍の部分領域のうち、当該部分領域との間に最大の輝度勾配を有する部分領域を探索する。ここで輝度勾配とは｛（近傍の部分領域の輝度設定値）−（輝度設定値の修正の対象としている当該部分領域の輝度設定値）｝／（部分領域間の距離）である。図１７（ａ）に示す場合は輝度設定値Ｌ_１をもつ部分領域が、最大の輝度勾配を有する部分領域であり、最大の輝度勾配は（Ｌ_１−Ｌ_０）／１である。なお、隣接する部分領域間の距離は１としている。

次に、その最大の輝度勾配を有する部分領域と輝度設定値の修正の対象としている当該部分領域との間の輝度勾配が閾値以下となるように、当該部分領域の輝度設定値を更新する。図１７（ａ）に示したように最大の輝度勾配を有する部分領域が、輝度設定値Ｌ_１をもつ部分領域であった場合には、図１７（ｂ）に示すように、閾値をＧ_ｔｈとして、輝度設定値をＬ_０からＬ_１−Ｇ_ｔｈ×１に更新する。最大の輝度勾配が閾値以下の場合は輝度設定値を更新する必要はない。

以上のような手続きを行うことにより、輝度設定値の修正の対象としている当該部分領域とその近傍の部分領域との間の輝度の勾配が閾値以下となるように輝度設定値の補正がなされる。

次に、本実施形態に係る輝度修正部による効果を説明する。

図１７（ａ）、１７（ｂ）からもわかるように、第３実施形態に係る輝度修正部４による処理により、部分領域間の輝度勾配は閾値以下に補正され、かつ、どの部分領域も輝度の設定値が小さくなることはない。このように、本実施形態の画像表示装置によれば、画像の表示に必要な最大輝度を維持したまま、隣接する部分領域間の輝度差を小さくすることができ、この輝度差に起因し発生する輝度ムラを抑制することができるとともに、高いダイナミックレンジでかつ低消費電力での画像表示が可能となる。

本発明の第１実施形態における画像表示装置を示す図。 第１実施形態におけるバックライトを示す図。 第１実施形態におけるバックライト制御部の動作を示す図。 第１実施形態における輝度算出部を示す図。 第１実施形態における部分領域の輝度分布の例を示す図。 第１実施形態にかかる輝度分布算出部におけるバックライト輝度分布の予測値の算出方法を説明するための図。 第１実施形態における液晶透過率補正部を示す図。 第１実施形態における液晶透過率補正部の動作を説明するための図。 第１実施形態における輝度修正部の動作を説明するための図。 第１実施形態における液晶制御部および液晶パネルを示す図。 輝度ムラの発生を説明するための図。 第１実施形態における画像表示装置による輝度ムラの抑制を説明するための図。 第２実施形態における輝度設定値の差分値と重みとの関係の例を示す図。 第２実施形態における輝度設定値の差分値と重みとの関係の例を示す図。 第２実施形態における、近傍の部分領域の輝度設定値が大きい場合の、バックライト輝度補正部の動作を説明する図。 第２実施形態にかかる、近傍の部分領域の輝度設定値が小さい場合の、バックライト輝度補正部の動作を説明する図。 第３実施形態における輝度修正部の動作を説明するための図。

符号の説明

１ 画像表示装置
２ 輝度算出部
４ 輝度修正部
６ 輝度分布算出部
８ 液晶透過率補正部
１０ バックライト制御部
１２ バックライト
１４ 液晶制御部
１６ 液晶パネル

Claims (11)

1. 複数の画素がマトリクス状に配列された液晶パネルと、
   前記液晶パネルに光を供給する発光領域を有し、前記発光領域が複数の部分領域に分割され、前記部分領域毎に調光が可能なバックライトと、
   画像信号に基づいて、前記バックライトの各部分領域から出射される光の輝度設定値を算出する輝度算出部と、
   前記輝度設定値に対し、前記バックライトの隣接する部分領域間の輝度差が小さくなるよう前記輝度設定値を修正する輝度修正部と、
   修正された前記輝度設定値に基づいて、前記バックライトから前記液晶パネルに入射する光の輝度分布の予測値を算出する輝度分布算出部と、
   前記画像信号および前記輝度分布に基づいて、前記液晶パネルの各画素における前記画像信号の光透過率を補正する液晶透過率補正部と、
   修正された前記輝度設定値に基づいて前記バックライトを制御するバックライト制御部と、
   前記画像信号の透過率が補正された前記光透過率となるように前記液晶パネルを制御する液晶制御部と、
   を備えたことを特徴とする画像表示装置。
2. 前記輝度修正部は、前記バックライトの第１部分領域の近傍に位置する第２部分領域の輝度設定値の重みつき平均値を求め、この重み平均値を前記第１部分領域の新たな輝度設定値とすることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
3. 前記輝度修正部は、前記バックライトの第１部分領域の近傍に位置する第２部分領域の輝度設定値から、前記第１部分領域の輝度設定値を減算した差分値を算出し、前記差分値が大きいほど重みが大きくなるよう重みを算出し、算出された重みを用いて前記第２部分領域の輝度設定値の重みつき平均値を算出し、この重み平均値を前記第１部分領域の新たな輝度設定値とすることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
4. 前記輝度修正部は、前記バックライトの第１部分領域の近傍に位置する第２部分領域の輝度設定値と、前記第１部分領域の輝度設定値との輝度勾配を算出し、この算出された輝度勾配が最大となる前記第２部分領域のうちの第３部分領域と、前記第１部分領域との間の輝度勾配が閾値以下となるように、前記第１部分領域の輝度設定値を算出し、この算出した輝度設定値を前記第１部分領域の新たな輝度設定値とすることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
5. 前記輝度算出部は、
   前記画像信号を、前記画素のそれぞれに対してＲ，Ｇ，Ｂの相対輝度に変換する第１ガンマ変換部と、
   前記画素のそれぞれに対して、Ｒ，Ｇ，Ｂの相対輝度のうちの最大相対輝度を算出するＲＧＢ最大輝度算出部と、
   前記バックライトの各部分領域に対応する前記液晶パネルの領域内において、前記ＲＧＢ最大輝度算出部によって算出された最大相対輝度の最大値を算出する領域最大輝度算出部と、
   を備えていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の画像表示装置。
6. 前記輝度分布算出部は、前記バックライトの各部分領域の輝度分布と、前記部分領域の修正された輝度設定値との積を、前記バックライトの全ての部分領域にわたって総和することにより、前記バックライトの輝度分布の予測値を算出することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の画像表示装置。
7. 前記液晶透過率補正部は、
   前記画像信号を、前記画素のそれぞれに対してＲ，Ｇ，Ｂの光透過率に変換する第２ガンマ変換部と、
   前記第２ガンマ変換部から出力される光透過率を、算出された前記輝度分布の予測値で除算することにより、前記光透過率を補正する除算部と、
   補正された前記光透過率をガンマ補正することにより、光透過率が補正された画像信号を出力するガンマ補正部と、
   を備えていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の画像表示装置。
8. 複数の画素がマトリクス状に配列された液晶パネルと、前記液晶パネルに光を供給する発光領域を有し、前記発光領域が複数の部分領域に分割され、前記部分領域毎に調光が可能なバックライトとを備えている画像表示装置の画像表示方法において、
   画像信号に基づいて、前記バックライトの各部分領域から出射される光の輝度設定値を算出するステップと、
   前記輝度設定値に対し、前記バックライトの隣接する部分領域間の輝度差が小さくなるよう前記輝度設定値を修正するステップと、
   修正された前記輝度設定値に基づいて、前記バックライトから前記液晶パネルに入射する光の輝度分布の予測値を算出するステップと、
   前記画像信号および前記輝度分布に基づいて、前記液晶パネルの各画素における前記画像信号の光透過率を補正するステップと、
   修正された前記輝度設定値に基づいて前記バックライトを制御するステップと、
   前記画像信号の透過率が補正された前記光透過率となるように前記液晶パネルを制御するステップと、
   を備えたことを特徴とする画像表示方法。
9. 前記輝度設定値を修正するステップは、
   前記バックライトの第１部分領域の近傍に位置する第２部分領域の輝度設定値の重みつき平均値を求め、この重み平均値を前記第１部分領域の新たな輝度設定値とするステップを備えていることを特徴とする請求項８記載の画像表示方法。
10. 前記輝度設定値を修正するステップは、
    前記バックライトの第１部分領域の近傍に位置する第２部分領域の輝度設定値から、前記第１部分領域の輝度設定値を減算した差分値を算出するステップと、
    前記差分値が大きいほど重みが大きくなるよう重みを算出するステップと、
    算出された重みを用いて前記第２部分領域の輝度設定値の重みつき平均値を算出し、この重み平均値を前記第１部分領域の新たな輝度設定値とするステップと、
    を備えていることを特徴とする請求項８記載の画像表示方法。
11. 前記輝度設定値を修正するステップは、
    第１部分領域の近傍に位置する第２部分領域の輝度設定値と、前記第１部分領域の輝度設定値との輝度勾配を算出するステップと、
    この算出された輝度勾配が最大となる前記第２部分領域のうちの第３部分領域と、前記第１部分領域との間の輝度勾配が閾値以下となるように、前記第１部分領域の輝度設定値を算出し、この算出した輝度設定値を前記第１部分領域の新たな輝度設定値とするステップと、
    を備えていることを特徴とする請求項８記載の画像表示方法。

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