JP2009175414A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バックライトの輝度に応じて変換された適正な階調で画像を表示することができる液晶表示装置を提供する。
【解決手段】複数の照明領域２２を有するバックライト１２と、各照明領域２０のそれぞれの輝度を画像信号に基づいて算出し、フレーム毎であって、かつ、フレーム内において画像信号の次に黒表示信号を挿入するものであって、１つの照明領域２２に対応する表示領域に含まれる画像信号の輝度が高いほどに輝度を上げて表示する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、バックライトにより照明されて画像を表示する液晶表示装置に関するものである。

液晶表示装置のバックライトとしては、冷陰極管や発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）を光源として使用しており、表示状態ではこのバックライトの輝度が時間的に常に一定の輝度で発光するように構成されていた。ところが、最近ではバックライトのＬＥＤ化が急速に進むなか、バックライトの調光が容易になり、しかも画像に同期させるような高速な可変が実現できるようになった。

そこで、バックライトの輝度制御を応用してコントラストをさらに向上させるために、バックライトの輝度を画像に応じて可変させつつ、輝度が切り替わっても表示されるγ特性を理想の状態に保持するように階調を切り替える駆動方法が提案されている。

この駆動方法は、画像が明るいと判断された場合には、バックライトの輝度を上げると共にγ特性を暗から明への傾きを寝かせる方向に切り替える。逆に、画像が暗いと判断された場合には、バックライトの輝度を下げると共にγ特性を暗から明への傾きを立たせる方向に切り替える。これにより、ダイナミックレンジのより広い画像を表現できるようになった。すなわち、画像の最大階調で、かつ、バックライトの最大輝度から画像の最小階調で、かつ、バックライトの最小輝度までの広い範囲で、液晶から表示される輝度を可変することができた。

しかしながら、バックライトの輝度の制御を画面全体に渡って一括して行っているため、画面内に大きな輝度傾斜を生じるようなハイライト部分を多く含む画像に対しては、バックライトの輝度が時間的に一定である従来の方式とダイナミックレンジとは変わらず、改善効果が発揮できなかった。

そのため、最近では特許文献１でも提案されているように、バックライトを複数の照明領域に区分させて、それぞれを入力される画像信号に応じて輝度を制制するようにしているものがある。この方法は、画像信号に基づいて各照明領域の輝度が御御されることから、画面全体のうち、明るい画像情報を多く含むような表示部分に対しては輝度を高く、逆に暗い画像情報を多く含むような表示部分に対しては輝度を低くすることができ、画面全体のダイナミックレンジをより拡大している。

また、この方法は、照明領域毎にバックライトの輝度を変化させることから、画像信号をそのままの階調で液晶パネルに供給した場合には、表示画像の輝度が各照明領域間でずれてしまう。そこで各照明領域に対するバックライトの輝度に応じて画像信号を変換するため、各照明領域のバックライトの輝度に応じて変換された適正な階調により、各照明領域間で表示画像の輝度のずれが発生せず、適切な表示画像を得ることができる。

また、ＯＣＢモードを用いた液晶表示装置では、ＯＣＢモードの液晶の特徴である高速応答の利点を生かし、ＣＲＴのようなインパルス型の駆動に近づけるために、通常の表示を行うための電圧を印加する動作と、黒色の電圧を印加する動作を交互に行う２倍速変換と呼ばれる駆動方式を用いることで、高いコントラストの表示を行うことができる。以下、この駆動方式を「黒挿入駆動法」と呼ぶ。

このようなＯＣＢモードの液晶表示装置において、黒挿入駆動法に連動したバックライトの駆動法も提案されている。これは、ＯＣＢモードの液晶によって黒挿入駆動法を行う場合に、更に高いコントラストを得るために、黒挿入のタイミングではバックライトを消灯させ、画像信号を書き込んだタイミングでのみ点灯させる。

この黒挿入のタイミングでバックライトを消灯させるとしても、全ての操作ラインが全て黒が書き込まれたタイミングでしか消灯できないため、思うような効果を得ることができない。そこで、バックライトの構成として光源を上下に複数のブロックに分割させて、ブロック単位で黒書き込みが行われたブロックから順次ＬＥＤを消灯させていくように、コントロールをする。つまり、黒書き込み時にはその部分のバックライトのみ消灯することで、コントラスト化及び低電力化を実現させている。
特開２００２−９９２５０公報 特開２００７−１９９１２７公報

上記のような各照明領域のバックライトの輝度に応じて画像信号の階調を変換する場合に、各照明領域間で表示画像の輝度にずれのない適正な画像を得るように構成するためには、画像信号を一旦階調変換処理を実施してから、液晶パネルに供給することとなり、バックライトの輝度から遅れて画像の階調が切り換わる。

すなわち、画像が出力されるタイミングとバックライトの輝度を切り換えるタイミングとしては、まずｎフレーム時点の画像を取り込んで、（ｎ＋１）フレームで平均処理やヒストグラム処理を実施して、バックライトの輝度や階調を算出するとなると、実際にバックライトの輝度が切り換わるのは（ｎ＋２）フレーム時点ということになり、２フレーム遅れて制御される。これにより、出力される画像とバックライトの輝度のずれが生じるため、バックライトの輝度によるちらつきや輝度変化遅れの異常な映像が見えてしまう。

そこで、上記のようなずれを防止するために、画像信号源から入力された画像をｎフレーム時点で取り込むと共に、一旦フレームメモリに保存する。そして、（ｎ＋１）フレームにてバックライト輝度とγ特性を算出した後、（ｎ＋２）フレームにてバックライト輝度とγ特性を切り換えると共にフレームメモリに保存していた画像を出力させる。

しかし、このようなフレームメモリを用いて画像処理を行うと、フレームメモリの分だけコストアップになってしまうという問題点がある。

そこで、本発明は上記問題点に鑑み、バックライトの輝度と画像信号との表示のタイミングを合わせるためのフレームメモリを用いずに、バックライトの輝度に応じて変換された適正な階調で画像を表示することができる液晶表示装置を提供する。

本発明は、画像信号に基づいて画像を表示する液晶パネルと、照明領域を縦横方向にそれぞれ複数有し、前記各照明領域にそれぞれ対応する前記液晶パネルの各表示領域をそれぞれ照明するバックライトと、前記各照明領域のそれぞれの輝度を前記画像信号に基づいて算出するバックライト制御部と、１フレーム毎であって、かつ、前記１フレーム内において、前記画像信号の次に階調補正信号を挿入するものであって、一つの前記照明領域に対応する前記表示領域に含まれる前記画像信号の輝度が高い程に前記階調補正信号の輝度を上げる階調補正部と、前記１フレーム毎であって、かつ、前記１フレーム内において、前記画像信号に基づいて画像を表示し、次に前記階調補正信号に基づいて階調補正画像を表示する表示制御部と、を有する液晶表示装置である。

本発明によれば、バックライトの輝度の変化に対応した階調の変化を階調補正信号に乗せることにより、各照明領域のバックライトの輝度に応じて変換された適正な階調を得ることができる。

以下、本発明の一実施形態の液晶表示装置１について図１〜図７に基づいて説明する。

（１）液晶表示装置１の構成
本実施形態に係る液晶表示装置１の構成について説明する。

図１は、本実施形態の液晶表示装置１のブロック図である。

液晶表示装置１は、コントローラ１０、液晶パネル１１、バックライト１２、ソースドライバ回路１４、ゲートドライバ回路１６から構成されている。

液晶パネル１１は、ＯＣＢ型の液晶を用いたものであり、２０〜３０インチの大きさを有している。この液晶パネル１１は、アレイ基板と対向基板とから構成され、アレイ基板には信号線と走査線が互いに直交するように配線され、それらの交点にＴＦＴ（薄膜トランジスタ）が設けられ、また、アレイ基板と対向基板との間にＯＣＢモードの液晶が挟持されている。

この液晶パネル１１には、ソースドライバ回路１４とゲートドライバ回路１６が接続され、コントローラ１０からの信号をソースドライバ回路１４とゲートドライバ回路１６が受けて、液晶パネル１１に対し画像を表示する。

図２に示すように、バックライト１２は、液晶パネル１１の背面に配置され、このバックライト１２は、点光源である白色ＬＥＤ１８が、格子状に複数個配置されている。図２に示すように、液晶パネル１１、バックライト１２は各々複数の領域に分割されている。以下、この分割された領域を液晶パネル１１では「表示領域」、バックライト１２では「照明領域」という。そして、バックライト１２は、縦に４個、横に８個の照明領域２２を有しており、各照明領域２２に縦に３個、横に３個の計９個のＬＥＤ１８が配置されている。

コントローラ１０は、ＲＧＢの画像信号をフレームメモリ２０に記憶させ、その後受け取り、また、外部からのタイミング信号に基づいてソースドライバ回路１４とゲートドライバ回路１６及びバックライト１２を制御する。このコントローラ１０の制御については、後から詳しく説明する。

（２）画像処理の概要
コントローラ１０の具体的な処理を説明する前に、本実施形態における画像処理の概要を説明する。

まず、コントローラ１０は、背景技術で説明した黒挿入駆動法を行っている。すなわち、１フレーム毎に、かつ、１フレーム内において、画像信号の次の黒表示信号を挿入している。この表示を行うために、２倍速駆動を行っている。

ここで、本実施形態における黒挿入駆動法と、従来の黒挿入駆動法には異なる点がある。その異なる点とは、黒表示信号の階調にある。従来の黒表示信号の階調は、２５６階調の場合には０階調である。しかしながら、本実施形態における黒表示画像の階調は、１つの階調でなく或る幅を持ち、例えば０〜９９階調の範囲を有している。このような１００階調の黒表示信号を有する理由を次に説明する。

従来のＯＣＢ型の液晶表示装置においては、各照明領域でバックライト１２の輝度を調整する場合には、画像信号の階調を補正している。すなわち、明るい場面の場合には、バックライトの輝度を最大に、かつ、画像信号の階調を最大（２５５階調）にしている。一方、最も暗い場面の場合にはバックライト１２の輝度を最小（消灯）させ、かつ、画像信号の階調を最も暗く（０階調）にしている。これにより、より広くダイナミックレンジが取れる。

しかしながら、この方法では、背景技術で説明したように、タイミングを合わせるフレームメモリを用いない限り、図４（ｂ）に示すようにバックライト１２の輝度と画像信号の階調のタイミングとが一致せず、ちらつきが見えたりする場合がある。

そこで本出願人は、この問題点を解決するために、黒表示信号に着目した。この画像処理の方法について説明する。

まず、ＲＧＢの画像信号については上記のような階調補正処理を行わず、ソースドライバ１４に出力する。これにより、バックライト１２の輝度とタイムラグが生じることがない。

そして、バックライト１２の輝度と階調を合わせてダイナミックレンジを広くするために、黒表示信号の階調を調整する。すなわち、画像信号の表示の後に、黒表示信号を表示し、例えば、この時にバックライト１２の輝度が上がった場合には黒表示信号の輝度（階調）を上げる。人間の目にはインパルス処理によって、階調を補正していない画像信号の次に階調が補正された明るい黒表示信号が表示されるため、あたかも画像信号に階調補正を行ったように見える。逆に、この時にバックライト１２が消灯した場合には黒表示信号の輝度（階調）を下げる。人間の目にはインパルス処理によって、階調を補正していない画像信号の次に階調が補正された暗い黒表示信号が表示されるため、あたかも画像信号に階調補正を行ったように見える。

そして、この黒表示信号の階調処理は、画像信号を表示している間に処理することができるため、図４（ｃ）に示すように、黒表示信号とバックライト１２の輝度との時間的な差がなく、ちらつきが生じたりすることがない。

（３）コントローラ１０の具体的な処理方法
次に、図３に基づいて、コントローラ１０の具体的な処理について説明する。図３は、コントローラ１０内部の処理を示すブロック図である。

ブロックＢ１において、バッファ２０に入力している画像信号を取り込む。

ブロックＢ２において、外部から入力したタイミング信号に基づいて出力タイミングを調整し、ソースドライバ１４に出力する。

ブロックＢ３において、ソースドライバが、画像信号を出力する。

ブロックＢ４において、ブロックＢ１において取り込まれた画像信号に基づいて各表示領域におけるヒストグラムを生成する。すなわち、液晶パネル１１を縦横複数の格子状の表示領域に分割し、各表示領域毎の輝度値の平均を取り、その平均した輝度値をその表示領域の代表値としてヒストグラムを生成する。

ブロックＢ５において、各表示領域のヒストグラム値である代表輝度値が生成されたため、その代表輝度値に基づいて各照明領域の輝度値を生成する。すなわち、この照明領域は、前記表示領域に対応する位置にあり、表示領域と照明領域とは必ずしも一致しないため、互いに対応する位置の代表輝度値を用いてバックライト１２の輝度値を算出する。この対応しない例とは、後から説明する照明領域の境界部分である。このバックライト１２の輝度値の算出方法は、表示領域の代表輝度値が高いほど、バックライト１２の輝度値を上げ、逆に表示領域の代表輝度値が低いほどバックライト１２の輝度値を下げる。

ブロックＢ６において、バックライト１２の各照明領域に対応して白色ＬＥＤ１８を点灯させ、バックライト１２の各照明領域において異なる輝度値で点灯させる。

ブロックＢ７において、ブロックＢ４において求めた表示領域毎のヒストグラム値（代表輝度値）に基づいて黒表示信号の階調を求める。上記で説明したように従来の黒表示信号の階調値は０階調のみであったが、本実施形態では、代表輝度値が高いほど明るい階調にし、代表輝度値が暗いほど暗い階調にする。この場合の規則としては、例えば２５６階調の場合、０〜９９階調の範囲を黒表示信号の階調範囲とし、その中心にある５０階調目を基準黒表示信号とする。そして、この基準黒表示信号を中心として代表輝度値が明るくなれば階調値を上げ、暗くなれば暗くなるように変換する。

ブロックＢ８において、ブロックＢ２において出力された画像信号の次にこの変換された黒表示信号を出力できるようにタイミングを調整する。

ブロックＢ９において、１フレーム毎に、かつ、１フレーム内にあって画像信号の次に黒表示信号を出力する。

上記のような画像表示の制御を行うことにより、階調が制御された黒表示信号を画像信号の次に出力することができる。

（４）境界部分の処理
上記のような画像表示の制御を行ったときに、照明領域の境界部分においてバックライト１２の輝度値に差がある場合にはその部分が筋として見える場合がある。

そこで、本実施形態ではブロックＢ５において求めた各照明領域の輝度値に差がある場合、すなわち所定値以上の差がある場合には、照明領域の境界部分において、図５に示すようにその変化が傾斜するようにブロックＢ８において黒表示信号の階調を調整する。

このようにすることで、図５（ｂ）に示すように、調整後の輝度が照明領域間においても滑らかになるため、ちらつきとして認識されることがない。

（５）変更例
本発明は上記各実施形態に限らず、その主旨を逸脱しない限り種々に変更することができる。

上記実施形態ではＯＣＢ液晶の場合について説明したが、これ以外のＴＮ型液晶等においても本発明を適用することができる。

ＯＣＢ液晶においては黒表示信号を階調補正信号として用いたが、それ以外の液晶においては、２倍速駆動で画像信号を処理した後、階調補正信号を挿入して上記と同様の処理を行う。この場合、ＯＣＢ液晶の黒表示信号では０〜９９階調に限られていたが、単に階調補正信号として挿入する場合には０〜２５５階調の全ての範囲で階調補正信号を表示することができる。

本発明の一実施形態の液晶表示装置のブロック図である。 バックライトの説明図である。 コントローラの処理を示すブロック図である。 コントローラの処理を説明するタイミング図である。 バックライトにおける各照明領域のバックライトの輝度、黒階調、調整後のバックライトの輝度を示す図である。

符号の説明

１ 液晶表示装置
１０ コントローラ
１１ 液晶パネル
１２ バックライト
１４ ソースドライバ回路
１６ ゲートドライバ回路
１８ 白色ＬＥＤ
２０ バッファ

Claims (3)

1. 画像信号に基づいて画像を表示する液晶パネルと、
   照明領域を縦横方向にそれぞれ複数有し、前記各照明領域にそれぞれ対応する前記液晶パネルの各表示領域をそれぞれ照明するバックライトと、
   前記各照明領域のそれぞれの輝度を前記画像信号に基づいて算出するバックライト制御部と、
   １フレーム毎であって、かつ、前記１フレーム内において、前記画像信号の次に階調補正信号を挿入するものであって、一つの前記照明領域に対応する前記表示領域に含まれる前記画像信号の輝度が高い程に前記階調補正信号の輝度を上げる階調補正部と、
   前記１フレーム毎であって、かつ、前記１フレーム内において、前記画像信号に基づいて画像を表示し、次に前記階調補正信号に基づいて階調補正画像を表示する表示制御部と、
   を有する液晶表示装置。
2. 前記階調補正部は、
   隣接する前記照明領域における前記階調補正信号の輝度の差がある場合には、隣接する前記照明領域の境界部分の前記階調補正信号の輝度変化を傾斜させて滑らかにする、
   請求項１記載の液晶表示装置。
3. 前記液晶パネルは、ＯＣＢモードの液晶パネルであって、
   前記階調補正信号は、黒表示信号である、
   請求項１記載の液晶表示装置。

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