JP2009265114A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バックライトの発光輝度と入力映像信号のゲインとを連動して制御することで、コントラスト感の向上を図りつつ、液晶の応答速度の向上を図ることができる液晶表示装置を提供する。
【解決手段】液晶表示装置は、入力映像信号の映像特徴量を検出するＹヒストグラム検出部２と、映像特徴量に基づいてバックライト光源の発光輝度レベルの最大値を参照用発光輝度レベルとして設定するＢＬ輝度レベル設定部８と、映像特徴量と参照用発光輝度レベルとに基づいてバックライト光源の制御に使用する制御用発光輝度レベルを選択するディストーションモジュール５と、入力映像信号のゲイン特性における０階調を所定階調シフトさせるゲイン制御部１８とを備え。ゲイン制御部１８は、参照用発光輝度レベルと制御用発光輝度レベルの輝度比に応じて、入力映像信号のゲイン特性の０階調からシフトさせる階調数を決定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、より詳細には、所望の階調特性を実現させると共に、コントラストの高い映像表示を行うことができる液晶表示装置に関する。

従来、表示装置のコントラストを高めることを目的として、入力映像信号の輝度レベルに応じて入力映像信号のゲインを上げる技術が種々提案されている。
例えば、特許文献１には、ＣＲＴ方式の表示装置において、所定の輝度レベル以上の入力映像信号を検出すると、入力映像信号のゲインを上げてコントラストを高めることが記載されている。しかし、単に入力映像信号のゲインを上げるだけでは、高階調領域（白側）のコントラストが小さくなることから、いわゆる「白つぶれ」現象を生じさせてしまうという問題がある。

これに対して、特許文献２では、入力映像信号のＡＰＬが低かった場合において、白つぶれを発生させることなくコントラスト感を改善させるため、入力映像信号のゲインを上げた後に、白つぶれを起こさないように高階調領域に対し非線形のガンマ補正を行うことが記載されている。

さらに最近では、特に液晶表示装置において、入力映像信号のゲイン制御を行うだけではなく、入力映像信号のゲイン制御と連動してバックライト光源の発光輝度を変調させることにより、消費電力を低減させるとともに、よりコントラスト感を高める技術が提案されている。

例えば、特許文献３，４には、映像信号のヒストグラムが表示可能帯域の所定比率以下である場合（輝度分布が暗い場合）に、バックライトの輝度を落とすとともに、入力映像信号のゲインを上げて、映像表示輝度を保ちながらコントラスト感の向上を図ることが記載されている。特に、特許文献４では、入力映像信号のゲインを上げたことによる白つぶれを生じさせないようにするために、特許文献２と同様に高階調領域に対して非線形の補正を行うことが記載されている。

さらに、特許文献５には、映像信号の最大輝度レベル、最小輝度レベル、平均輝度レベルに応じて入力信号をダイナミックレンジ幅までゲインを上げるとともに、バックライトの輝度を調節することが記載されている。
特開平６−６２２７７号公報 特開２００３−３０９７４１号公報 特開２００６−２７６６７７号公報 米国特許出願公開第２００６／０２７４０２６号明細書 特開２００１−２７８９０号公報

しかしながら、上記特許文献３〜５に記載の技術では、全体的に暗い映像が入力された場合に、バックライトの発光輝度を下げて、入力映像信号のゲインを上げることで、ピーク輝度を同等に保ちながら、省電力化を実現し、コントラスト感の向上を図っているが、液晶の応答速度に対しては考慮されていなかった。

一般に、ＴＮ(Twisted Nematic)方式やＶＡ（Vertical Alignment）方式等の液晶パネルにおける液晶の応答速度は、液晶の特性上、入力映像信号のゲインを０階調（黒レベル）から遷移させる場合、他の階調から遷移させる場合と比較して目標階調までの遷移時間が長くなることが知られている。例えば、ＶＡ型の液晶ディスプレイでは、電圧をかけない状態では、液晶分子の配向が液晶パネルに対して垂直になっており、光を透過せず黒階調（０）を表現する。一方、電圧をかけた状態では、液晶分子の配向が液晶パネルに対して平行（寝た状態）になっており、光を透過して白階調（２５５）を表現する。このように、液晶ディスプレイでは、電圧によって液晶分子の向き（角度）を制御することにより階調を表現している。

このような液晶ディスプレイの構成において、０階調から遷移させると、液晶分子は液晶パネルに対して垂直な状態から横に倒れる（寝る）ことになるため、目標階調までの遷移時間が最も長くなる。一方、０階調ではなく予め数階調持ち上げておき、この持ち上げた階調を起点として目標階調まで遷移させると、液晶分子がある程度倒れた（寝た）状態から遷移することになるため、遷移時間を短縮して、応答速度を改善することができるものと考えられる。

すなわち、０階調からの遷移を少なくすることで、液晶の応答速度を大きく改善することができるものと考えられるが、上記特許文献３〜５に記載の技術では、このような液晶の応答速度の改善について考慮されていないため、コントラスト感の向上を図りつつ、液晶の応答速度の向上を図ることはできない。

本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたものであり、バックライトの発光輝度と入力映像信号のゲインとを連動して制御することで、コントラスト感の向上を図りつつ、液晶の応答速度の向上を図ることができる液晶表示装置を提供すること、を目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の技術手段は、バックライト光源の発光輝度レベルと入力映像信号のゲインとを連動して制御する液晶表示装置であって、前記入力映像信号のゲイン特性における入力側の０階調に対して、出力側を所定階調シフトさせるゲイン制御部を備え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、前記入力映像信号の映像特徴量を検出する映像特徴量検出部と、該検出された映像特徴量に基づいて前記バックライト光源の発光輝度レベルの最大値を参照用発光輝度レベルとして設定する参照用発光輝度レベル設定部と、前記映像特徴量検出部により検出された映像特徴量と前記参照用発光輝度レベル設定部により設定された参照用発光輝度レベルとに基づいて前記バックライト光源の制御に使用する制御用発光輝度レベルを選択する制御用発光輝度レベル選択部とを備え、前記ゲイン制御部は、前記参照用発光輝度レベルと前記制御用発光輝度レベルの輝度比に応じて、前記入力映像信号のゲイン特性の０階調からシフトさせる階調数を決定することを特徴としたものである。

第３の技術手段は、第１又は第２の技術手段において、前記ゲイン制御部は、前記入力映像信号のゲイン特性における傾きを変えずに０階調を所定階調シフトさせることを特徴としたものである。

第４の技術手段は、第１又は第２の技術手段において、前記ゲイン制御部は、前記入力映像信号のゲイン特性における０階調を所定階調シフトさせた点を起点とし、該ゲイン特性の傾きが小さくなるように変化させることを特徴としたものである。

第５の技術手段は、第１又は第２の技術手段において、前記ゲイン制御部は、前記入力映像信号のゲイン特性における０階調を所定階調シフトさせた点を起点とし、前記入力映像信号の低階調部分では前記ゲイン特性の傾きが小さくなるように変化させ、前記入力映像信号の中階調部分では前記ゲイン特性の傾きに一致させることを特徴としたものである。

第６の技術手段は、第１乃至第５のいずれか１の技術手段において、前記ゲイン制御部は、前記入力映像信号のゲイン特性の０階調からシフトさせる階調数が所定値を越えないように制限す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６のいずれか１の技術手段において、前記ゲイン制御部は、前記入力映像信号のゲイン特性における０階調を所定階調シフトさせるか否かを、画質モードに応じて切り替えることを特徴としたものである。

第８の技術手段は、第１乃至第６のいずれか１の技術手段において、前記ゲイン制御部は、前記入力映像信号のゲイン特性の０階調からシフトさせる階調数を、画質モードに応じて変化させることを特徴としたものである。

第９の技術手段は、第１乃至第６のいずれか１の技術手段において、前記ゲイン制御部は、前記入力映像信号のゲイン特性における０階調を所定階調シフトさせるか否かを、番組ジャンルに応じて切り替えることを特徴としたものである。

第１０の技術手段は、第１乃至第６のいずれか１の技術手段において、前記ゲイン制御部は、前記入力映像信号のゲイン特性の０階調からシフトさせる階調数を、番組ジャンルに応じて変化させることを特徴としたものである。

本発明によれば、バックライトの発光輝度と入力映像信号のゲインとを連動して制御することで、コントラスト感の向上を図りつつ、入力映像信号のゲインに対して０階調（黒レベル）からの遷移を少なくすることで、液晶の応答速度の向上を図ることができる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の液晶表示装置に係る好適な実施の形態について説明する。本発明に係る液晶表示装置は、バックライト光源の発光輝度レベルと入力映像信号のゲインとを連動して制御する輝度変調処理を行う機能を備えるものである。

〈本発明に係る輝度変調処理の概要〉
液晶表示装置から発せられる光量は、表示する映像信号のレベルを忠実に再現するのが理想である。つまり、黒画面を表示する場合、画面から発せられる光量は理想的には０でなければならない。しかし、現実の液晶表示装置では、若干の光漏れがあり、黒画面を表示する場合にも黒ではなくグレー表示となる。

液晶表示装置の重要な性能の一つとしてコントラスト比（以下ＣＲともいう）がある。液晶表示装置において、ＣＲは表示パネル上の最大輝度と最小輝度の比である。液晶表示装置の場合、最大輝度は光源の最大発光輝度で決まり、最小輝度は黒表示時の光漏れ量によって決まる。よって、光源の発光輝度が一定の場合、同一の液晶パネルにおいてコントラスト比は一定となる。

図１は、ＣＲが３０００と６０００の液晶パネルについて、入力階調（映像信号レベル）と液晶パネル上での輝度値との関係を示すグラフである。最大輝度は共に同じ４５０ｃｄであるが、入力階調（画素値）０での液晶パネル上の表示輝度（最小輝度）はＣＲ３０００の場合に０．１５ｃｄ、ＣＲ６０００の場合に０．０７５ｃｄとなり、２倍の差がある。

ここで、ＣＲ３０００の液晶パネル使用時に光源の発光輝度を５０％まで下げるとともにゲイン設定で入力映像信号を所定量増幅させると、入力映像信号の画素値と液晶パネルの表示輝度値との関係は、図１において点線で示すような関係となり、画素値０〜１２８においてはＣＲ６０００の液晶パネルに近い輝度表現をさせることが可能となる。しかしながら、画素値１２８より大きい映像は階調表現できず、いわゆる白つぶれを起こすことになる。従って、入力映像信号の特徴量に応じてバックライトの発光輝度の調節と、ゲイン設定を行う必要がある。

例えば、入力映像信号の輝度のヒストグラムが画素値１２８以下の輝度分布を示す場合に、上述の図１で示すようにバックライトの輝度を５０％まで下げるとともにゲイン設定で所定の入力映像信号を所定量増幅させるような制御を行うようにすればよい。このように入力映像信号の特徴量に応じてバックライトの発光輝度の制御及びゲイン設定を行うことにより、コントラスト感を高めることができると同時にバックライトの発光輝度を下げることによる省電力化を図ることが可能となる。

上記では入力映像信号の輝度のヒストグラムが画素値１２８以下の輝度分布を示す場合を例に挙げ説明したが、上記例以外でも、例えば、映像中の白部分が極めて少ない場合には、白部分の重視度を下げ、黒表現の向上を同様にして図ることができる。このとき、重視しない部分の白つぶれは無視してもよいし、ターゲットＣＲを実現させるゲイン設定によっても白つぶれが緩和できるように、白側領域でのゲインを決めるようにしてもよい。

また、本発明に係る輝度変調処理では、省電力化を図るために、後述するように映像信号から得た映像のＡＰＬ等の特徴量に応じて動的に光源の発光輝度を抑える処理も併せて実行する。
つまり、ゲイン設定及びバックライト光源の発光輝度レベルを設定するための参照用の発光輝度レベルをまず映像特徴量（ＡＰＬ，ピーク（最大輝度値），ヒストグラム情報等）に応じて設定し、省電力化を図ると共に、参照用の発光輝度レベルに対して、さらに上述のごときコントラスト感を出すための処理（すなわち発光輝度レベルを参照用の発光輝度レベル以下の適切な値に設定する）を実行して、ＣＲ向上及び更なる省電力化を図り、その処理と連動させて映像信号のゲインを設定して、視覚上の輝度を保つようにする。

〈本発明に係る輝度変調処理を行う液晶表示装置のシステム構成例〉
図２は、本発明に係る液晶表示装置のシステム構成例を示すブロック図である。図２で例示する液晶表示装置は、スケーリング部１、Ｙヒストグラム検出部２、ＡＰＬ検出部３、ＢＬ（バックライト）輝度レベル設定部８、ＣＰＵ（Central Processing Unit）／ＣＰＬＤ（Complex Programmable Logic Device）１１、ＢＬ調光部１２、画質補正部１４、ＲＧＢγ／ＷＢ（White Balance）調整部１５、ＦＲＣ（Frame Rate Control）部１６、及び映像出力部１７を備える。

図２で例示する液晶表示装置は、さらに本発明に係る輝度変調処理の主な部分を実行するアドバンスト輝度変調部２０を備える。アドバンスト輝度変調部２０は、ヒストグラムストレッチング部４、ディストーションモジュール５、シーンチェンジ検出部６、第１のテンポラリフィルタ７、第２のテンポラリフィルタ９、可変ディレイ１０、コンフィグレーションデザイン部１３、ゲイン制御部１８を有する。なお、上述したように、本発明に係る輝度変調処理は、ＡＰＬ等の特徴量に応じた動的な光源の発光輝度制御を行うだけでなく、その映像特徴量の所定の条件により決定される光源の参照用の発光輝度レベルＢＬrefに対しさらにコントラスト感を出すような発光輝度レベルＢＬreducedを選択し、且つ映像信号のゲインも設定するという進化した輝度変調処理である。そのため、この処理を実行する部位を「アドバンスト」輝度変調部２０と呼んでいる。

なお、図２において、ゲイン制御部１８をコンフィグレーションデザイン部１３の前段に設けるようにしているが、ゲイン制御部１８をコンフィグレーションデザイン部１３に含めるようにしてもよい。

まず、図２の液晶表示装置における各ブロックの概要について説明する。
映像出力部１７は、映像信号による映像を表示する液晶パネルと、映像信号を液晶パネル駆動のための信号に変換し液晶パネルに出力する液晶制御回路とを有する。その詳細は後述するが、映像信号は、アドバンスト輝度変調部２０で設定されたゲインを用いて変換された後、この映像出力部１７に入力される。つまり、本発明に係る輝度変調処理においては、この映像出力部１７で表示すべき映像を示す映像信号が処理対象となる。ゲイン及びその設定については後述する。

ＢＬ調整部１２は、蛍光管で構成されるランプと、そのランプを駆動するランプ駆動回路とを有し、液晶パネルを背面や側面から照射する光源（バックライト光源、或いは単にバックライトともいう）を構成する。本発明に係る輝度変調処理においては、このランプが発光輝度制御の対象となる。

ＢＬ調整部１２は、バックライト光源の発光輝度を調整する光源制御部に相当し、ＣＰＵ／ＣＰＬＤ１１で制御される。ＣＰＵ／ＣＰＬＤ１１は、アドバンスト輝度変調部２０から出力された発光輝度レベルＢＬreducedを示す信号（例えばデューティ信号）に従って、ＢＬ調整部１２のランプ駆動回路（例えばインバータ回路）で実際に調光するための信号（例えばパルス幅変調等の駆動に適した信号）に変換して、ＢＬ調整部１２へ出力する。バックライト調光値を実際のバックライト調光のための信号に変換するものである。また、ランプとしては、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）で構成されるものや、ＬＥＤと蛍光管の組み合わせで構成されるものを採用してもよく、同時にそれに対応したランプ駆動回路を設けておけばよい。

映像出力部１７へ出力する映像信号の処理、並びにＣＰＵ／ＣＰＬＤ１１を介してＢＬ調整部１２の制御を行う部位が、スケーリング部１、Ｙヒストグラム検出部２、ＡＰＬ検出部３、ＢＬ輝度レベル設定部８、画質補正部１４、ＲＧＢγ／ＷＢ調整部１５、ＦＲＣ部１６、及びアドバンスト輝度変調部２０である。

まず、スケーリング部１は、液晶パネルの解像度等に応じて、入力された映像信号（入力映像信号）が示す映像フレームの画素数、或いはその映像フレームのアスペクト比を、演算により変更する。

ここで、入力映像信号としては、例えば放送波として受信した映像信号を復調した信号、通信ネットワーク経由で受信した映像信号、内部記憶装置に記憶された映像信号を読み出した信号、各種レコーダや各種プレーヤやチューナ機器といった外部機器から受信した映像信号などが該当し、或いはそれら映像信号に対して各種映像処理を施した後の映像信号が該当する。図示しないが、図２の液晶表示装置は、このような映像信号のいずれかを取得可能なよう構成しておけばよい。

画質補正部１４は、スケーリング部１から出力された映像信号に対し、ユーザ設定等により、映像のコントラストや色味等を変更する。

ＲＧＢγ／ＷＢ調整部１５は、画質補正部１４から出力された映像信号に対し、映像のγ、ＷＢ（ホワイトバランス）／ＣＴ（色温度）等の調整を行う。さらに、ＲＧＢγ／ＷＢ調整部１５は、アドバンスト輝度変調部２０（実際にはコンフィグレーションデザイン部１３）からのゲイン設定信号によって信号のゲインを変更する。ここでは、画質補正部１４から出力された映像信号に対するゲインが変更されるか、或いはＲＧＢγ／ＷＢ調整部１５内でγ調整した後の映像信号に対するゲインが変更される。そして、ＲＧＢγ／ＷＢ調整部１５ではそのゲインに基づき映像信号の変換が施され、後述するようなアドバンスト輝度変調部２０で発光輝度レベルを低下させる制御に対して輝度低下分をゲインによって補償する。ここで、低階調部分のノイズを抑えるため、この変換は、γ調整後であってＷＢ調整前に施すようにする。

アドバンスト輝度変調部２０からのゲイン設定信号は、上述の液晶パネルへ出力すべき映像信号の画素値（映像信号レベル）を変換するための変換係数を示す信号である。このゲイン設定信号は、以下の例で示すように各映像信号レベル（この例では０〜２５５の値）に乗算するための共通の１つの変換係数とし、後述するようにゲインすることで頭打ちとなる映像信号レベルの範囲などに基づいて得た或る映像信号レベルの範囲に対しては、ゲインをＲＧＢγ／ＷＢ調整部１５で補正してもよい。

ＦＲＣ部１６は、フレームレートコンバータであり、ＲＧＢγ／ＷＢ調整部１５から出力された調整後の映像信号に対し、映像の動きベクトルを検出し補完映像を生成することによって、通常６０Ｈｚの表示周波数から１２０Ｈｚの表示周波数に変換するものである。勿論、ＦＲＣ部１６での処理対象の表示周波数や処理後の表示周波数はこれに限ったものではない。図２の例では、映像出力部１７の液晶駆動回路は、ＦＲＣ部１６から出力された映像信号を液晶パネル駆動のための信号に変換し、液晶パネルに出力することになる。

Ｙヒストグラム検出部２及びＡＰＬ検出部３は、入力映像信号の映像特徴量を検出する映像特徴量検出部に相当する。Ｙヒストグラム検出部２は、映像フレームを画素単位等に分割し、各画素の輝度値の発生頻度を表したヒストグラムを生成する。Ｙヒストグラム検出部２で生成されたヒストグラムは、例えば輝度値（Ｙ）０〜２５５のそれぞれに対して頻度の値を持つ。ＡＰＬ検出部３は、映像信号の平均輝度レベルを、映像フレーム毎に算出する。ＡＰＬ検出部３で算出される値としては、全画面で黒の場合には０％を示す値となり、全画面で白の場合には１００％を示す値となる。

ヒストグラムストレッチング部４は、Ｙヒストグラム検出部２で生成されたヒストグラムから、アドバンスト輝度変調部２０で使用する範囲を設定する。例えば、ディストーションモジュール５が最小値０〜最大値２５５で演算を実行するモジュールであり、且つ入力映像信号が元々最小値１０〜最大値２３５の値をとるような信号であった場合を想定する。このような場合には、ヒストグラムストレッチング部４は、ディストーションモジュール５での演算に合わせるために、最小値１０〜最大値２３５のそれぞれに対する頻度値を、最小値０〜最大値２５５のそれぞれに対する頻度値に当てはめるように引き伸ばすものである。

ディストーションモジュール５は、制御用発光輝度レベル選択部に相当し、ヒストグラムストレッチング部４から入力されたヒストグラムと、後述するＢＬ輝度レベル設定部８で設定された参照用の発光輝度レベル（バックライト目標値ともいう）ＢＬrefとから、実際に設定する発光輝度レベル（バックライト値ともいう）ＢＬreduced、すなわちバックライトの制御に使用する発光輝度レベルを選択（決定）する。選択は、予め定められた複数の発光輝度レベルの中からＢＬ輝度レベル設定部８で設定された参照用発光輝度レベルＢＬrefを超えない範囲で行う。また、ここでは、ターゲットＣＲをもつ液晶パネルにより近い表示映像を実現できるバックライト値ＢＬreducedを選択する。ターゲットＣＲ等のディストーションパラメータは図示しないメインＣＰＵから設定すればよい。

シーンチェンジ検出部６では、１フレーム前のヒストグラムと現ヒストグラムの変化の程度からシーンチェンジの有無を検出する。例えば、各輝度値の頻度変化の累計値を算出し、特定の値よりも大きかった場合には場面が変わったと判定する。

第１のテンポラリフィルタ７は、ディストーションモジュール５で選択された上述の実際に設定する発光輝度レベルＢＬreducedが急激に変化した場合に生じる、視覚上の違和感を防止するために設けられたものであり、発光輝度レベルＢＬreducedの変化量を時間的に緩慢なものにした後、実際に設定する発光輝度レベルＢＬreducedとして後段に出力する。また、シーンチェンジ時には、緩慢な発光輝度レベルＢＬreducedの変化を施すと返って違和感を持つため、シーンチェンジ検出部６によるシーンチェンジ検出信号により、第１のテンポラリフィルタ７の値を変え、比較的早い変化ができるようにする。

ＢＬ輝度レベル設定部８は、参照用発光輝度レベル設定部に相当し、ＡＰＬ検出部３から出力されたＡＰＬ値もしくはＹヒストグラム検出部２から出力されたヒストグラム情報などの映像特徴量、および図示しないメインＣＰＵから出力されたＯＰＣ（Optical Picture Control；明るさセンサともいう）の値やユーザ設定値などを参照して、バックライトの発光輝度レベルの最大値を決定する。例えば、ＡＰＬが高い場合にはバックライトの発光輝度レベルの最大値を低い値とすることで、眩しさを感じない映像とすることができる。このバックライトの発光輝度レベルの最大値が、アドバンスト輝度変調部２０で実行されるアドバンスト輝度変調の参照用の発光輝度レベル（バックライト目標値）ＢＬrefとなる。参照用の発光輝度レベルＢＬrefを決定するための映像特徴量としては、上述のようにＡＰＬやヒストグラム情報を用いることができ、実施形態に応じて使用する特徴量が選択される。ヒストグラム情報には、映像のピーク値（最大輝度値）や、最大輝度より小さい所定輝度の間に含まれる映像信号の割合などが使用される。

なお、ディストーションモジュール５での選択が、ＢＬ輝度レベル設定部８で設定された参照用発光輝度レベルＢＬrefを超えない範囲で行われることから、ＢＬ輝度レベル設定部８では、参照用発光輝度レベルＢＬrefとしてバックライトの発光輝度レベルの最大値が設定されると説明している。また、図２の例では、第２のテンポラリフィルタ９を経由した参照用発光輝度レベルをＢＬrefとしている。

第２のテンポラリフィルタ９は、第１のテンポラリフィルタ７と同等の機能を持つフィルタである。概略を説明すると、ＡＰＬが急激に変化し、且つその変化がディストーションモジュール５での選択に影響を与えないような場合に、第１のテンポラリフィルタ７から出力される発光輝度レベルＢＬreducedはその時間的変化が緩和されている。しかし、ゲイン設定はＢＬ輝度レベル設定部８から出力された参照用発光輝度レベルを元に計算するため、ゲインが変化してしまい、液晶パネル上の表示輝度が急激に変化してしまう。このような表示輝度の急激な変化を無くす或いは緩和するために、第２のテンポラリフィルタ９を設けている。

可変ディレイ１０は、映像出力部１７での映像出力とＢＬ調光部１２でのバックライト調光とのタイミングを取るための遅延部である。バックライト調光は、調光値が決定すれば比較的少ない処理後、バックライト輝度制御が行われる。それに対して、映像信号はアドバンスト輝度変調で映像のゲインが決定し、映像信号の輝度レベルを変更した後もＦＲＣ部１６でのフレームレート制御や、液晶制御回路でのパネル制御信号への変換など、多くの処理が行われるため、時間的な遅延が発生する。そうすると、本来同時におこなわれるべきバックライト調光制御と映像のゲイン制御のタイミングがずれてしまい、バックライトと映像のバランスが崩れてしまうことになる。そこで、可変ディレイ１０によってバックライト調光をあえて遅らせ、バックライト調光制御と映像のゲイン制御のタイミングを合わせるものである。

コンフィグレーションデザイン部１３は、ＢＬ輝度レベル設定部８で決定された参照用発光輝度レベルＢＬrefとディストーションモジュール５によって選択された発光輝度レベルＢＬreducedとに基づき、映像信号のゲインを決定する。なお、図２の例では各レベルＢＬreduced，ＢＬrefがそれぞれテンポラリフィルタ７，９を通過したレベルを用いている。参照用発光輝度レベル（バックライト目標値）ＢＬrefと選択された発光輝度レベル（バックライト値）ＢＬreducedが同じであれば、映像信号の輝度レベルを変更する必要はなく、ゲインは１である。また、参照用発光輝度レベルよりも選択された発光輝度レベルが低い場合は、その値に応じて、映像信号の輝度レベルを上げる方向にゲイン設定を行う。

〈本発明に係る輝度変調処理を実行する主要ブロックの詳細説明〉
図２の液晶表示装置における主要ブロックとして、ＢＬ輝度レベル設定部８、コンフィグレーションデザイン部１３、ＲＧＢγ／ＷＢ調整部１５を、この順序で説明する。

《ＢＬ輝度レベル設定部８》
ＢＬ輝度レベル設定部８には、ＡＰＬ検出部３で検出された映像信号のＡＰＬが入力されるとともに、周囲の明るさ（周囲の照度）を測定する図示しない明るさセンサの検出情報に基づく制御信号、及び液晶パネルの明るさを設定するユーザ設定に基づく制御信号が入力される。また、映像特徴量として、映像信号を仮に伸張したときに表現できない頻度、あるいは映像信号の最小輝度及び最大輝度などの情報を使用する場合には、Ｙヒストグラム検出部２から、映像信号の画面単位（フレーム単位）で必要とするこれら情報（ヒストグラム情報とする）が入力される。また、ＡＰＬとヒストグラム情報の両方を使用する場合には、それぞれの情報がＢＬ輝度レベル設定部８に入力される。

そして、ＢＬ輝度レベル設定部８ではこれらの制御信号とＡＰＬとに基づいて、参照用発光輝度レベルＢＬrefを出力する。より具体的には、画面単位（フレーム単位）で変化する入力映像信号のＡＰＬに応じて、バックライト輝度を動的に調整する方式を適用し、これにより得られた発光輝度レベルを参照用発光輝度レベルＢＬrefとして出力する。

参照用発光輝度レベルＢＬrefの生成には、ＢＬ輝度レベル設定部８に保持されている輝度制御テーブル（ルックアップテーブル）が用いられる。輝度制御テーブルは、入力映像信号の映像特徴量（ここではＡＰＬ）に応じたバックライトの発光輝度レベルの関係、すなわち輝度制御特性を定めるものである。そして予め選択可能な複数の輝度制御テーブルを用意し、ＢＬ輝度レベル設定部８が備えるＲＯＭ（Read Only Memory）等のテーブル格納メモリに保持させておく。

液晶表示装置周囲の明るさを測定する明るさセンサには、例えばフォトダイオードが適用される。明るさセンサは、検出した周囲光に応じた直流電圧信号を生成し、図示しないメインＣＰＵに出力する。メインＣＰＵは、周囲光に応じた直流電圧信号に応じて輝度制御テーブルを選択する制御信号をＢＬ輝度レベル設定部８に出力する。

さらに、メインＣＰＵは、液晶パネルの明るさを設定するユーザ設定に基づく制御信号として、輝度制御テーブルの輝度制御値を調整するための輝度調整係数を出力する。輝度調整係数は、ユーザ操作に応じて画面全体の明るさ設定を行うために使用される。例えば、液晶表示装置が保持するメニュー画面には、画面の明るさ調整項目が設定されている。ユーザは、その設定項目を操作することによって、任意の画面明るさを設定することができる。メインＣＰＵは、その明るさ設定を認識し、設定された明るさに従ってＢＬ輝度レベル設定部８に輝度調整係数を出力する。

ＢＬ輝度レベル設定部８では、明るさセンサの検出情報に従ってメインＣＰＵから出力された制御信号により、テーブルＮｏを指定して輝度制御テーブルを選択する。若しくは選択する輝度制御テーブルを演算によって生成するようにしてもよい。そして、選択した輝度制御テーブルの輝度変換値に対して、ユーザ設定に基づく制御信号として得た輝度調整係数を乗算し、輝度制御テーブルの輝度制御特性の傾きを変化させ、最終的に、参照用発光輝度レベルＢＬrefの生成に使用する輝度制御テーブルを決定する。そして、ＢＬ輝度レベル設定部８は、決定した輝度制御テーブルの輝度制御特性を使用し、ＡＰＬ検出部３から出力されたＡＰＬに応じて参照用発光輝度レベルＢＬrefを生成して出力する。

輝度制御テーブルは、上述したように、入力映像信号の特徴量であるＡＰＬとバックライトの発光輝度レベルとの関係を定めるものであって、例えば、ＡＰＬが大きいときにはバックライトの発光輝度レベルが小さくなるように設定することで、高輝度の映像のときに眩しさを感じないようにバックライトの発光輝度を抑えるようにしている。輝度制御テーブルの輝度制御特性に従って、映像信号のＡＰＬの変化に応じて発光輝度レベルＢＬrefが動的に変化する。本発明においては、輝度制御テーブルにおける輝度制御特性については特に限定されるものではなく、入力映像信号の特徴量に応じてバックライトの発光輝度レベルを動的に変化させる特性を規定するものを適宜適用することができる。

このようにしてＢＬ輝度レベル設定部８から出力された参照用発光輝度レベルＢＬrefは、第１のテンポラリフィルタ７の作用で遅延された後、コンフィグレーションデザイン部１３に入力し、映像ゲインの演算に使用されるとともに、ディストーションモジュール５に入力して、ヒストグラムに応じた発光輝度レベルＢＬreducedの決定に使用される。

図３は、図２の液晶表示装置におけるディストーションモジュールで実行される発光輝度レベル選択処理の一例を説明するための図である。ｈ１は映像信号のＹヒストグラムを示している。ここで横軸は映像信号の入力階調（映像信号としてとりうる画素値、又は映像信号レベルともいう）を示し、縦軸は各映像信号レベルの頻度を示している。

このような映像のヒストグラムｈ１に対して、使用する液晶パネルにおいてバックライトの発光輝度レベルが１００％の時に表示可能な映像輝度範囲をＡとする。また、ターゲットＣＲの液晶パネルで表示可能な映像輝度範囲をＢとする。また、ディストーションモジュール５で選択可能な発光輝度レベルのうち、ある特定の発光輝度レベルで表示可能な映像輝度範囲をＣとする。そして、ヒストグラムｈ１において、映像輝度範囲Ｃの両側で映像輝度範囲Ｂと重なる部分が、上述の数値化を行う対象となる部分であり、評価値算出部分である。この評価値算出部分のうち、低輝度部分をＤ１、高輝度部分をＤ２とする。

評価値（Distortion）は、選択可能な発光輝度レベルに対して、頻度と重み付けによって下式（１）によって算出する。
Distortion＝Σ｛（映像輝度範囲Ｄ１＋Ｄ２の頻度）×（距離重み）｝・・・（１）

重みとしては、評価値算出対象となる発光輝度レベルで表示可能な映像輝度範囲Ｃから遠ざかる程大きくする距離重みを用いる。ここでは、低輝度部分Ｄ１の距離重みをＥ１、高輝度部分Ｄ２の距離重みをＥ２とする。従って、同じ頻度値であっても、表現できる範囲から遠いほうが、評価値は大きくなる。これは表現できる範囲から遠いほうが、映像として表現できない影響が大きいためである。頻度と重み付けによって算出した値はＦ１（低輝度部分）、Ｆ２（高輝度部分）である。評価値はＦ１とＦ２の面積（累計）を合計した値となる。

ディストーションモジュール５では、各発光輝度レベルに対して算出した評価値のうち、最も評価値が低い映像輝度範囲Ｃに対応する発光輝度レベルを、出力する発光輝度レベルＢＬreducedとして選択する。このとき、ディストーションモジュール５では、ＢＬ輝度レベル設定部８で設定され、第２のテンポラリフィルタ９によって緩和された発光輝度レベルＢＬrefを越えない範囲で、最も評価値が低い映像輝度範囲Ｃに対応する発光輝度レベルＢＬreducedを選択する。

このような評価値の算出は、ディストーションモジュール５で、選択可能な発光輝度レベルの全てについて行うことが理想である。しかし、処理時間等の制限があるため、選択可能な発光輝度レベルの輝度制御範囲を均等に分け、例えば１０％程度毎の発光輝度レベルについて算出すればよい。

つまり、上式（１）の特定の発光輝度レベルで表示可能な映像輝度範囲をＣとして、選択可能な発光輝度レベルを順次適用し、発光輝度レベルごとに評価値を算出する。そして算出した評価値の中から、最も低い評価値をもつ発光輝度レベルを、選択した発光輝度レベルＢＬreducedとし、この値を第１のテンポラリフィルタ７に出力してバックライトの調光制御に用いるとともに、コンフィグレーションデザイン部１３に出力して映像ゲインの設定（算出）に用いる。

ディストーションモジュール５での選択処理を、図４〜図７を参照し具体的な数値で説明する。図４は、本発明に係る液晶表示装置における輝度変調処理の具体例を説明するための図で、映像ヒストグラムにおけるパネルＣＲとターゲットＣＲとの関係の一例を示す図である。ここでは、使用する液晶パネルのＣＲ（パネルＣＲ）が２０００、ターゲットＣＲが３５００、バックライトの輝度制御範囲が２０〜１００％で、バックライト輝度１００％のときの液晶パネルの最大輝度は４５０ｃｄとする。また、図４における各アルファベット記号は図３に準拠する。

この例において、使用する液晶パネルで表示可能な映像輝度範囲Ａは、４５０ｃｄ〜０．２２５ｃｄである。また、目標とする液晶パネルの表示可能な映像輝度範囲Ｂは、４５０ｃｄ〜０．１２８ｃｄである。そして、各映像信号レベル０〜２５５に対する頻度を映像輝度範囲Ｂに合わせるように割り付ける。この場合、映像輝度範囲Ａと映像輝度範囲Ｂとの差は５デジット程度である。

ヒストグラムｈ１において、映像輝度範囲Ｂと映像輝度範囲Ａとの差の部分に映像があれば、バックライトの発光輝度レベルを下げることで、よりターゲットＣＲに近い輝度表現が可能になる。しかし、高輝度側にも映像が分布していると、バックライトの発光輝度レベルを下げることで表現できない部分が発生する。そこで、上述したように、評価値を算出して最適な発光輝度レベルＢＬreducedを求める。

図５は、選択対象の一つである発光輝度レベル１００％のときの映像輝度範囲Ｃを示す図、図６は、選択対象の一つである発光輝度レベル７０％程度のときの映像輝度範囲Ｃを示す図、図７は、選択対象の一つである発光輝度レベル５０％程度のときの映像輝度範囲Ｃを示す図である。図５〜図７における各アルファベット記号は図３に準拠する。

図５で示したように、発光輝度レベルが１００％を示すものである場合、低輝度部分の評価値Ｆ１には或る程度の値があり、高輝度部分の評価値Ｆ２には値がない。また、図６で示したように、発光輝度レベルを７０％程度に下げた場合、低輝度部分の評価値Ｆ１及び高輝度部分の評価値Ｆ２ともに、低い値を持つ。また、図７で示したように、発光輝度レベルを５０％程度に下げた場合、低輝度部分の評価値Ｆ１には値がなく、高輝度部分の評価値Ｆ２には大きな値を持つ。図５〜図７で例示した各発光輝度レベルでの評価値算出結果の面積（累積）を比較してみると、発光輝度レベルが７０％のときが最も低い。従って、ディストーションモジュール５では発光輝度レベル７０％を選択し、出力することになる。

《コンフィグレーションデザイン部１３》
液晶パネルへ入力される画素値と液晶パネルでの表示輝度との関係を示す基本的なモデルは、下式（２）により示される。ここで、Ｙは液晶パネルでの表示輝度、ＢＬはバックライトの発光輝度レベル（バックライトＤＵＴＹ）、ＣＶ（Code Value）は液晶パネルへ入力される画素値である。また、この例では映像信号の階調は０〜２５５で量子化されているものとする。
Ｙ＝ＢＬ（ＣＶ／２５５）^γ ・・・（２）

コンフィグレーションデザイン部１３は、ディストーションモジュール５で選択された発光輝度レベルＢＬreducedによってバックライトの発光輝度が低下したときに、画面上の輝度を上げるように、映像ゲインを調整する。ゲインをかけた画素値をＣＶreduced とするとき、発光輝度レベルを低下させたときの画面の明るさ（液晶パネルでの表示輝度）は、ＢＬreduced（ＣＶreduced／２５５）^γである。一方で、参照用発光輝度レベルＢＬrefでバックライトを制御したときの画面の明るさは、ＢＬref（ＣＶref／２５５）^γとなる。これらの値を等しくさせ、発光輝度レベルＢＬreducedによって生じるバックライトの発光輝度の低下分を補償するように、画素値を決定すればよい。つまり、コンフィグレーションデザイン部１３は、下式（３）を満たすようなゲイン設定を行えばよい。
Ｙ＝ＢＬreduced（ＣＶreduced／２５５）^γ＝ＢＬref（ＣＶref／２５５）^γ・・・（３）

従って、ゲイン（Ｇとする）は、下式（４）のようになる。例えば、参照用発光輝度レベルＢＬrefが１００％のときには、下式（５）のようになる。なお、ＢＬrefとＢＬreducedとの関係をルックアップテーブルとしてコンフィグレーションデザイン部１３のＲＯＭなどに格納しておき、下式（４）の演算処理を高速に実行させることが好ましい。

Ｇ＝ＣＶreduced／ＣＶref＝（ＢＬref／ＢＬreduced）^１／γ・・・（４）
Ｇ＝（１／ＢＬreduced）^１／γ ・・・（５）

図８は、図２の液晶表示装置におけるアドバンスト輝度変調部から出力されるゲイン設定信号に基づきＲＧＢγ／ＷＢ調整部で設定される映像信号ゲインの例を示す図である。

図８を参照して、入力されるゲイン設定値（変換係数）とそこから得るゲインカーブの関係について説明する。図８（Ａ）に示すように、アドバンスト輝度変調部２０から出力される映像信号のゲイン設定が１．０の場合には全輝度について線形のゲインカーブで問題ない。しかし、ゲインが１．０以上の場合、図８（Ｂ）に示すように、高輝度部分が一律２５５の値となり、いわゆる白つぶれが発生する。アドバンスト輝度変調処理では、例えば、少数の白輝度部分の白つぶれを犠牲にして、黒部分をより引き締めるようにゲイン設定してもよいが、白つぶれを起こす階調範囲が広い場合においては、表示品位を大きく低下させることになってしまう。

そこで、低中輝度については、ゲイン設定に応じた信号伸張を行い、高輝度については、ゲインカーブを非線形にすることによって、高輝度部分の階調性の低下を軽減することが好ましい（白つぶれを防ぐこと）。この手法は明るさと白つぶれのトレードオフの関係になる。非線形とする領域を狭めれば、正規の明るさを表現できる領域が増えるが、高輝度の階調性が低下する。逆に、非線形とする領域を広めれば正規の明るさを表現できる領域が減るが、高輝度の階調性が或る程度保たれることになる。実際には非線形とする輝度は、ゲイン設定による出力の例えば９０％以上の部分や９５％以上の部分とするなどして、白つぶれの影響のある部分のみ非線形とすればよい。図８（Ｃ）には、ゲイン設定が１．２の場合に９０％以上の部分を非線形にするように補正したゲインカーブを示している。また、図８（Ｄ）には、ゲイン設定が１．６の場合に９０％以上の部分を非線形にするように補正したゲインカーブを示している。

また、上述のように、ゲイン設定が１．０を超えた場合に生じる高輝度部分の白つぶれを避けるためには、ゲインカーブの高階調領域を一部非線形にする必要がある。しかし、ＲＧＢγ／ＷＢ調整部１５は、ゲイン設定に基づき単純に比例計算を行うため、このようなゲインカーブを算出ことができない。そのため、ゲイン設定ごとにゲインカーブをメモリに格納するようにしてもよいし、もしくは、ゲインカーブの線形部分はゲイン設定値から単純に比例計算し、図８（Ｃ），（Ｄ）に例示したように９０％以上の部分については、補間等によって非線形部分を算出するようにしてもよい。なお、ゲイン設定はバックライトの輝度変化に応じて、フレームごとにゲインカーブが算出される場合もあれば、複数のフレーム単位で算出される場合もある。

図９は、本発明の液晶表示装置において参照用の発光輝度レベルＢＬrefを７０％に設定した場合の動作例を説明するための図で、図２に示した液晶表示装置の要部構成のみを示したものである。ディストーションモジュール５ではＢＬ輝度レベル設定部８で設定された参照用の発光輝度レベルＢＬrefとして７０％が入力される。また、ディストーションモジュール５に設定される設定値は以下の通りとする。
ａ）パネルＣＲ（使用するパネルのコントラスト比）：３０００
ｂ）ターゲットＣＲ（目標とするパネルのコントラスト比）：６０００
ｃ）バックライトの輝度制御範囲：２０％〜１００％

ここで、シーンチェンジ検出部６は、ヒストグラムバッファ６１とヒストグラム変化検出部６２とを有する。ヒストグラムバッファ６１は、１フレーム前のヒストグラムデータを記憶する。ヒストグラム変化検出部６２は、現フレームと前フレームのヒストグラムデータを比較し、その頻度変化の累計値を算出し、特定の値よりも大きいときにシーンチェンジと判定する。ヒストグラム変化検出部６２は、シーンチェンジと判定した場合には、そのフレーム間シーンチェンジ検出信号を第１のテンポラリフィルタ７に出力する。

前述したように、アドバンスト輝度変調部２０により、例えば、黒の中に数点の白を含むような全体的に暗い映像信号が入力された場合に、目標となるコントラストを設定し、映像信号に応じてバックライトの発光輝度（デューティ）を下げ、映像信号のゲインを上げることで、ピーク輝度を同等に保ちながら、省電力化を実現し、黒輝度を下げてコントラスト感の向上を図るようにしている。しかしながら、これまで、液晶の応答速度の向上については考慮されていない。

そこで、本発明の液晶表示装置では、アドバンスト輝度変調部２０により、アドバンスト輝度変調処理による効果を維持しつつ、液晶の応答速度の改善を図るようにしている。このための構成として、液晶表示装置は、入力映像信号のゲイン特性における入力側の０階調に対して、出力側を所定階調シフトさせるゲイン制御部１８を備える。ゲイン制御部１８によるゲイン調整がオンの場合、コンフィグレーションデザイン部１３はこのゲイン調整結果を反映したゲイン設定信号を生成する。また、ゲイン制御部１８によるゲイン調整がオフの場合、コンフィグレーションデザイン部１３は通常のアドバンスト輝度変調処理によるゲイン調整を反映したゲイン設定信号を生成する。このゲイン制御部１８によるゲイン調整のオン／オフはユーザ設定などにより適宜切り替えることができるものとし、具体的な階調シフトの例を以下に説明する。

図１０は、入力映像信号のゲインを２倍にしたときの階調特性の一例を示す図である。図１０（Ａ）は通常のアドバンスト輝度変調処理でゲインを２倍にした場合のゲイン特性を示し、図１０（Ｂ）〜（Ｄ）は図１０（Ａ）に示すゲイン特性における０階調を所定階調シフトさせた場合の階調特性を示す。図中、横軸は入力（０〜２５５）、縦軸は出力（０〜２５５）で、図１０（Ｂ）〜（Ｄ）に示す点線のゲイン特性は、図１０（Ａ）に示す通常のゲイン特性ａを示すものとする。なお、ここでは低中階調部分のみを示し、高階調部分は省略する。

図１０（Ａ）に示すゲイン特性ａは、通常のアドバンスト輝度変調処理においてゲインを２倍に設定した場合の特性カーブである。これに対して、図１０（Ｂ）に示すゲイン特性の例の場合、ゲイン特性ａの傾きを変えずに０階調を所定階調シフト（オフセット）させている。具体的には、１〜１０階調程度をオフセットさせ、この範囲の階調を使用しないようにする。例えば、５階調分オフセットした場合、図１０（Ａ）に示すゲイン特性ａの０階調が５階調目にオフセットされ、以下、この５階調目を起点として低中階調部分において５階調分オフセットされて出力される。

また、図１０（Ｃ）に示すゲイン特性の例の場合、ゲイン特性ａの０階調を所定階調シフトさせた点を起点とし、ゲイン特性ａの傾きが小さくなるように変化させている。これにより、図１０（Ｂ）に示すゲイン特性と比べ、低中階調部分の範囲が広くなり、白つぶれを起こす高階調部分の範囲を狭くすることができる。

また、図１０（Ｄ）に示すゲイン特性の例の場合、ゲイン特性ａの０階調を所定階調シフトさせた点を起点とし、低階調部分ではゲイン特性ａの傾きが小さくなるように変化させ、中階調部分ではゲイン特性ａの傾きに一致させている。これにより、低階調部分では０階調を持ち上げることで、液晶の応答速度の向上を図り、中階調部分ではゲイン特性ａの傾きに一致させることで、コントラスト感の向上を図ることができる。

図１１は、ゲイン制御部１８によるゲイン調整方法の一例を説明するための図である。ここでは図９を参照しながら説明する。通常のアドバンスト輝度変調処理において、ディストーションモジュール５に参照用の発光輝度レベルＢＬref（ここでは７０％）が入力され、ディストーションモジュール５で５０％のＢＬreduceが選択された場合、図１１（Ａ）から図１１（Ｂ）に示す状態となる。ここでは、できるだけ黒輝度を下げてコントラスト感の向上を図るために、黒側のゲインは調整していない。なお、図中、横軸は発光輝度、縦軸は頻度を示す。

一方、本発明に係るゲイン制御部１８によるゲイン調整方法では、前述の図１０（Ｂ）〜（Ｄ）に示したように、できるだけ黒階調を持ち上げて液晶の応答速度の向上を図るようにしている。このため、図１１（Ｃ）に示すように、黒輝度（０．０７５）がゲイン調整前と同等の黒輝度（０．１）になるように、黒輝度側のゲインを調整する。

具体的には、例えば、階調変化による輝度比がバックライト光源の発光輝度の変化による輝度比と等しくなるように、最小階調輝度を設定すれば、最小階調輝度は変化しない。すなわち、バックライトのデューティの決定（ＢＬrefとＢＬreduced）に伴い、次の式（６）を満たすｘ階調目が最小階調輝度になるように調整を行うことで、黒輝度を変化させずに、階調を持ち上げることが可能となる。

図１１（Ｄ）に示すような階調特性を持つパネルを例に説明する。なお、このパネルでは０階調の輝度（％）が０．０３３であり、これが最小階調輝度となるため、階調変調による輝度比、すなわち、０階調の輝度／最小階調輝度は、０．０３３／０．０３３＝１となる。以下同様であるが、例えば、５階調目の輝度（％）は０．０４６であるため、５階調目の輝度／最小階調輝度は、０．０４６／０．０３３≒１．３９となる。なお、図１１（Ｄ）に示す階調特性はテーブルデータとして図示しないメモリに保持しておくことができる。

ここで、ディストーションモジュール５でＢＬrefが０．７（７０％）で、ＢＬreducedが０．５（５０％）と算出した場合、ＢＬref／ＢＬreducedは、０．７／０．５で１．４と算出される。この場合、０階調からシフトさせる階調数は、上記式（６）及び図１１（Ｄ）に示す階調特性より、階調変化の輝度比が１．４に最も近い１．３９を持つ５階調目に決定される。本例の場合、黒輝度を変化させずに、０階調を５階調目まで持ち上げることができる。すなわち、ＢＬrefが０．７（７０％）で、ＢＬreducedが０．５（５０％）のように、バックライト光源の発光輝度を下げることができる映像が入力された場合、バックライト光源の発光輝度を下げることが出来る分だけ、０階調を持ち上げることができる。

図１２は、応答速度を重視したゲイン調整と通常のゲイン調整との違いを説明するための図である。図中、横軸に信号（輝度）レベル、縦軸に頻度を示す。通常のアドバンスト輝度変調処理の場合、曲線１０１から曲線１０２に０階調固定でゲインを調整する。一方、応答速度を重視したアドバンスト輝度変調処理の場合、曲線１０２から曲線１０３のように０階調（黒側）を持ち上げて、０階調からの遷移をなくすことができるため、応答速度を向上させることができる。

このように、ゲイン制御部１８により、入力映像信号の映像特徴量より算出されるＢＬrefとＢＬreducedの輝度比に応じて、入力映像信号のゲイン特性の０階調からシフトさせる階調数を決定することができるため、アドバンスト輝度変調処理でコントラスト感を向上させつつ、液晶の応答速度を改善することができる。なお、入力映像信号に対して０／２５５階調から４階調持ち上げて４／２５５階調にすることで、応答速度の改善を確認しており、８階調持ち上げて８／２５５階調にすると、かなりの改善効果を確認している。

図１３は、従来のゲイン調整による応答波形と本発明のゲイン調整により０階調を持ち上げたときの応答波形との比較例を示す図である。図中、信号レンジを（Ａ）０−２５５、（Ｂ）４−２５５、（Ｃ）８−２５５、（Ｄ）１６−２５５と変化させ、それぞれの６４階調への遷移の応答波形を比較したものである。理想的な応答波形は図中の丸で囲んだ部分が直線的に立ち上がる。図１３（Ａ）に示す従来の応答波形では、０階調を持ち上げていないため、６４階調まで直線的に立ち上がらず、応答速度が最も遅い。一方、図１３（Ｂ）〜（Ｄ）に示す本発明のゲイン調整による応答波形では、０階調を持ち上げるほど、応答波形が直線的に立ち上がり、応答速度が改善されていることがわかる。

従来のゲイン調整による応答速度と本発明のゲイン調整により０階調を持ち上げたときの応答速度とを比較した比較例について説明する。
ここでは、図１３と同様に、信号レンジを（Ａ）０−２５５、（Ｂ）４−２５５、（Ｃ）８−２５５、（Ｄ）１６−２５５と変化させ、それぞれ０から６４階調への遷移時間（ｍｓｅｃ）を計測、比較した。

上記において、（Ａ）の遷移時間を１００％とすると、（Ｂ）での遷移時間は約６０％、（Ｃ）での遷移時間は約４０％、（Ｄ）での遷移時間は約２０％と計測され、黒階調を持ち上げることで、応答速度の改善を確認することができた。

ここで、黒階調（０階調）を持ち上げることで、応答速度を大きく改善することが出来るが、黒階調を持ち上げ過ぎると、黒輝度が犠牲となりコントラストを低下させてしまう恐れがある。これを避けるために、ゲイン制御部１８は、０階調からシフトさせる階調数が所定値（例えば、１２階調など）を超えないように制限するようにしてもよい。この場合、０階調からシフトさせる階調数が所定値（シフト可能な最大階調数）を超えた場合には、その所定値を設定することができる。この所定値は工場出荷時にメーカ側で設定してもよく、ユーザが設定メニュー等により適宜設定できるようにしてもよい。

前述の図９において、ゲイン制御部１８が、ＢＬrefとＢＬreducedの輝度比に応じて、入力映像信号のゲイン特性の０階調からシフトさせる階調数を決定するようにしていたが、これに加えて、画質モードや番組ジャンルに応じて、ゲイン制御部１８によるゲイン調整のオン／オフや、ゲイン制御部１８により０階調からシフトさせる階調数を変化させるようにしてもよい。

液晶表示装置は、ユーザ設定可能な映像表示モードとして画質モードを設定することができる。画質モードは、ユーザが視聴するコンテンツの内容に適した品位となるように、画面の輝度やコントラストを最適化するためのモードである。画質モードとしては、明るさコントラスト感を全面的にアピールする「ダイナミックモード」、家庭などで設定される標準的な「標準モード」、動きの多いスポーツ中継等に適した「スポーツモード」、特に映画に適した「映画モード」など、ユーザメニュー上で設定することができる。

例えば、動きが多く応答速度が重視されるスポーツモードを、ゲイン制御部１８によるゲイン調整を伴うアドバンスト輝度変調処理を実行する応答重視モードとして設定する。ユーザがこのスポーツモードを選択した場合に、応答重視モードがオンされ、ゲイン制御部１８によるゲイン調整が実行される。一方、スポーツモード以外のモードが選択された場合には、ゲイン制御部１８によるゲイン調整を伴わずに通常のアドバンスト輝度変調処理を実行するコントラスト重視モードがオンされる。

また、０階調からシフトさせる階調数を画質モードに応じて変化させるようにしてもよい。例えば、スポーツモードでは、比較的明るい映像が多いため、多少黒輝度を犠牲にしても応答性を重視する。このため、予めオフセットしておく階調数（オフセット値）を４階調、シフト可能な最大階調数（最大値）を１２階調とし、４階調から１２階調の間でゲイン調整が実行される。例えば、ゲイン制御部１８によるゲイン調整の結果、シフトさせる階調数が８階調目と決定された場合、オフセット値として４階調が予め設定されているため、さらに４階調分シフトされて、合計で８階調に調整される。また、シフトさせる階調数が２階調目と決定された場合、オフセット値である４階調に調整される。また、シフトさせる階調数が１６階調目と決定された場合、最大値である１２階調に調整される。

また、映画モードでは、全体に暗い映像が多いため、コントラスト感を重視する。このため、オフセット値を０階調、最大値を８階調とし、０階調から８階調の間でゲイン調整が実行される。

また、液晶表示装置は、入力映像信号に付加された番組ジャンル情報を取得することができる。この番組ジャンルに連動して、ゲイン制御部１８によるゲイン調整を行うようにしてもよい。番組ジャンルとしては、例えば、時代劇、映画、スポーツ、バラエティ、ニュースなどがあり、各ジャンルに対して階調数のオフセット値と最大値を設定する。時代劇の場合、全体に暗い映像が多いため、黒輝度を重視する設定となり、オフセット値を０階調、最大値を１０階調に設定する。映画の場合、全体に暗い映像が多いため、コントラスト感を重視する設定となり、オフセット値を０階調、最大値を８階調に設定する。スポーツやバラエティの場合、動きが多く、明るい映像が多いため、多少黒輝度を犠牲にしても応答性を重視する設定となり、オフセット値を４階調、最大値を８階調に設定する。ニュースの場合、標準的な映像であるため、オフセット値を０階調、最大値を１２階調に設定する。

また、画質モードと同様の制御となるが、番組ジャンルに連動して、ゲイン制御部１８によるゲイン調整を伴うアドバンスト輝度変調処理を実行する応答重視モードと、ゲイン制御部１８によるゲイン調整を伴わずに通常のアドバンスト輝度変調処理を実行するコントラスト重視モードとを切り替えるようにしてもよい。例えば、番組ジャンルがスポーツであった場合、応答重視モードがオンされる。一方、番組ジャンルがスポーツ以外のジャンルであった場合、コントラスト重視モードがオンされる。

このように、本発明によれば、映像信号の映像特徴量に応じて、バックライト輝度と映像信号のゲインを連動して制御するアドバンスト輝度変調処理による効果を維持しながら、ゲインの０階調シフトにより液晶の応答速度を向上させることができる。
また、スポーツ中継など動きの多い映像の場合には、ゲインの０階調シフトを優先して応答速度を高め、一方、動きの少ない映像の場合には、バックライト輝度と映像信号のゲインを連動・制御してコントラスト感を高めることにより、画質と応答速度の両方を満足させることができる。

ＣＲが３０００と６０００の液晶パネルについて、入力階調（映像信号レベル）と液晶パネル上での輝度値との関係を示すグラフである。 本発明に係る液晶表示装置のシステム構成例を示すブロック図である。 図２の液晶表示装置におけるディストーションモジュールで実行される発光輝度レベル選択処理の一例を説明するための図である。 本発明に係る液晶表示装置における輝度変調処理の具体例を説明するための図である。 選択対象の一つである発光輝度レベル１００％のときの映像輝度範囲Ｃを示す図である。 選択対象の一つである発光輝度レベル７０％程度のときの映像輝度範囲Ｃを示す図である。 選択対象の一つである発光輝度レベル５０％程度のときの映像輝度範囲Ｃを示す図である。 図２の液晶表示装置におけるアドバンスト輝度変調部から出力されるゲイン設定信号に基づきＲＧＢγ／ＷＢ調整部で設定される映像信号ゲインの例を示す図である。 本発明の液晶表示装置において参照用の発光輝度レベルＢＬrefを７０％に設定した場合の動作例を説明するための図である。 入力映像信号のゲインを２倍にしたときの階調特性の一例を示す図である。 ゲイン制御部によるゲイン調整方法の一例を説明するための図である。 応答速度を重視したゲイン調整と通常のゲイン調整との違いを説明するための図である。 従来のゲイン調整による応答波形と本発明のゲイン調整により０階調を持ち上げたときの応答波形との比較例を示す図である。

符号の説明

１…スケーリング部、２…Ｙヒストグラム検出部、３…ＡＰＬ検出部、４…ヒストグラムストレッチング部、５…ディストーションモジュール、６…シーンチェンジ検出部、７…第１のテンポラリフィルタ、８…ＢＬ輝度レベル設定部、９…第２のテンポラリフィルタ、１０…可変ディレイ、１１…ＣＰＵ／ＣＰＬＤ、１２…ＢＬ調整部、１３…コンフィグレーションデザイン部、１４…画質補正部、１５…ＲＧＢγ／ＷＢ調整部、１６…ＦＲＣ部、１７…映像出力部、１８…、ゲイン制御部、２０…アドバンスト輝度変調部、６１…ヒストグラムバッファ、６２…ヒストグラム変化検出部。

Claims (10)

1. バックライト光源の発光輝度レベルと入力映像信号のゲインとを連動して制御する液晶表示装置であって、
   前記入力映像信号のゲイン特性における入力側の０階調に対して、出力側を所定階調シフトさせるゲイン制御部を備えることを特徴とする液晶表示装置。
2. 請求項１に記載の液晶表示装置において、前記入力映像信号の映像特徴量を検出する映像特徴量検出部と、該検出された映像特徴量に基づいて前記バックライト光源の発光輝度レベルの最大値を参照用発光輝度レベルとして設定する参照用発光輝度レベル設定部と、前記映像特徴量検出部により検出された映像特徴量と前記参照用発光輝度レベル設定部により設定された参照用発光輝度レベルとに基づいて前記バックライト光源の制御に使用する制御用発光輝度レベルを選択する制御用発光輝度レベル選択部とを備え、
   前記ゲイン制御部は、前記参照用発光輝度レベルと前記制御用発光輝度レベルの輝度比に応じて、前記入力映像信号のゲイン特性の０階調からシフトさせる階調数を決定することを特徴とする液晶表示装置。
3. 請求項１又は２に記載の液晶表示装置において、前記ゲイン制御部は、前記入力映像信号のゲイン特性における傾きを変えずに０階調を所定階調シフトさせることを特徴とする液晶表示装置。
4. 請求項１又は２に記載の液晶表示装置において、前記ゲイン制御部は、前記入力映像信号のゲイン特性における０階調を所定階調シフトさせた点を起点とし、該ゲイン特性の傾きが小さくなるように変化させることを特徴とする液晶表示装置。
5. 請求項１又は２に記載の液晶表示装置において、前記ゲイン制御部は、前記入力映像信号のゲイン特性における０階調を所定階調シフトさせた点を起点とし、前記入力映像信号の低階調部分では前記ゲイン特性の傾きが小さくなるように変化させ、前記入力映像信号の中階調部分では前記ゲイン特性の傾きに一致させることを特徴とする液晶表示装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、前記ゲイン制御部は、前記入力映像信号のゲイン特性の０階調からシフトさせる階調数が所定値を越えないように制限することを特徴とする液晶表示装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、前記ゲイン制御部は、前記入力映像信号のゲイン特性における０階調を所定階調シフトさせるか否かを、画質モードに応じて切り替えることを特徴とする液晶表示装置。
8. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、前記ゲイン制御部は、前記入力映像信号のゲイン特性の０階調からシフトさせる階調数を、画質モードに応じて変化させることを特徴とする液晶表示装置。
9. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、前記ゲイン制御部は、前記入力映像信号のゲイン特性における０階調を所定階調シフトさせるか否かを、番組ジャンルに応じて切り替えることを特徴とする液晶表示装置。
10. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、前記ゲイン制御部は、前記入力映像信号のゲイン特性の０階調からシフトさせる階調数を、番組ジャンルに応じて変化させることを特徴とする液晶表示装置。

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