JP2010014987A - 液晶表示装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】黒側の最低輝度を下げ、色抜けの改善、コントラスト向上（黒浮きの低減）を図って、黒側の画像表示を良好に行う。
【解決手段】入力映像信号ＳＶを増幅部１０４で増幅した後にパネル駆動部１０６に供給し、液晶パネル１０７に入力映像信号ＳＶによる画像を表示する。ユーザは、ボリウム１０２を操作して、調整信号を制御部１０１に送る。制御部１０１は、この調整信号に基づいて、増幅部１０４におけるゲインａを調整する。また、制御部１０１は、このゲインａの変化倍率がｎ倍であるとき、バックライト１０８の輝度を１／ｎ倍に調整する。ゲインａを高めるように調整されることで、見た目の輝度が変わることなく、黒側の最低輝度が下がる。そのため、色抜けの改善およびコントラスト向上（黒浮きの低減）を図ることができ、黒側の画像表示が良好となる。
【選択図】図１

Description

この発明は、液晶表示装置およびその制御方法に関する。詳しくは、この発明は、調整信号に基づいて、入力映像信号を増幅する増幅部におけるゲインを制御するとともに、このゲインの変化倍率をｎ倍とするとき、光源の輝度を１／ｎ倍に制御することにより、黒側の画像表示を良好に行い得るようにした液晶表示装置およびその制御方法に係るものである。

液晶パネルを使用した液晶表示装置、例えば液晶テレビ、液晶モニタ、液晶プロジェクタでは液晶パネル自体が発光しないため、常時点灯するバックライト、ランプ等の光源が必要になる。この液晶表示装置で黒を表示させる場合、液晶パネルに入力される映像信号のレベルが０であったとしても、液晶シャッタ、偏向フィルタの特性により光源の光を遮断しきれず、光源の光が漏れて見えるいわゆる「黒浮き」と呼ばれる現象が発生する。

この「黒浮き」は液晶表示装置の最大コントラストに直結し、表示画像の品質に大きく関係する。コントラストが低いと言うことは単に画像の明暗レンジが狭いだけでなく入力映像信号のレベルが０でもＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の光が常に漏れていることを意味する。

例えば、Ｒ単色を表示させる場合でもＧとＢの光が漏れており、その状態でＲ輝度を落としていくと相対的にＧとＢの割合が増え、Ｒ単色を表示させているにも関わらずグレーに収斂するいわゆる「色抜け」の現象が発生する。これらの現象は画像の確認やモニタリングの場合に特に大きな問題となっている。色抜けの改善、コントラスト向上、つまり黒浮きの低減は、液晶表示装置にとって非常に重要なテーマとなっている。

コントラストを向上させる技術として、例えば画像の全体輝度に応じて光源輝度をダイナミックに制御する方式がある（例えば、特許文献１参照）。この方式によると、全画面黒と全画面白を順次表示させた場合にはコントラスト比を高めることが可能となる。しかし、光源は全画面に均一に作用するため、一枚の画像内に暗い部分と明るい部分が存在する場合にはコントラスト比を高めることができない。また光源の制御によってはフリッカや輝度の不連続感が発生する場合もある。

近年の液晶テレビ、液晶モニタでは光源にＬＥＤを用いる場合がある。これら液晶テレビ、液晶モニタでは、ＬＥＤをパネル直下に配置する直下型で、ＬＥＤを複数の領域に分割し、画像の輝度レベルに応じてＬＥＤの各分割領域の輝度を制御する、いわゆるローカルディミング方式がある。この方式では一枚の画像内に暗い部分と明るい部分が存在しても光源を適切に制御すればコントラスト比を高めることが可能になる。
特開平１１−１０９３１７号公報

上述のローカルディミング方式に関しては、コストや消費電力の問題により現在の光源分割数は、液晶パネルの画素数に比べると遥かに粗い。そのため、画像の明暗境界と光源明暗境界が一致しない場合が殆どである。その場合でも表示が不自然にならないためには、光源の分割形状や輝度分布を基に、液晶パネルに入力する映像信号をリアルタイムに演算処理する必要がある。

また、液晶パネルは入力レベルによって視野角が変化する。そのため、このローカルディミング方式で同じ輝度を表示させたとしても、光源と信号の配分が異なれば視野角が同じにならないと言う問題も存在する。視野角が異なると、正面から見た場合は同じ輝度に見えても、見る方向が正面からずれた場合には異なった輝度に見える。正確な画像表示が求められる所謂マスターモニタに採用するには、これら弊害の解決が重要であるが、非常に困難である。

この発明の目的は、簡単な構成で、液晶表示パネルにおける黒側の画像表示を良好に行い得るようにすることにある。

この発明の概念は、
液晶パネルと、
上記液晶パネルを背面側から照明する光源と、
入力映像信号を増幅する増幅部と、
上記増幅部で増幅された映像信号に基づいて、上記液晶パネルを駆動するパネル駆動部と、
調整信号に基づいて、上記増幅部におけるゲインを制御すると共に、該ゲインの変化倍率がｎ倍であるとき上記光源の輝度を１／ｎ倍に制御する制御部と
を備える液晶表示装置にある。

この発明においては、調整信号に基づいて、入力映像信号を増幅する増幅部におけるゲインが制御される。そして、このゲインの変化倍率がｎ倍であるとき、光源の輝度が１／ｎ倍に制御される。例えば、調整信号は、ユーザがユーザ操作部を操作することで発生される。また、例えば、調整信号は、パーソナルコンピュータ等の外部機器から与えられる。

上述のゲイン制御および輝度制御において、ゲインを高めるように調整されることで、黒側の画像表示が良好に行われるようになる。例えば、増幅部におけるゲインの変化倍率が２倍とされるとき、光源の輝度は１／２倍とされる。この場合、液晶パネルに表示される画像の見た目の輝度は変わらない。しかし、光源の輝度が１／２倍となるので、映像信号のレベルが０であるときに液晶パネルにおける光源からの光の漏れ量が１／２倍となり、黒側の最低輝度が下がる。つまり、色抜けの改善、コントラスト向上（黒浮きの低減）が図られる。

また、この発明において、例えば、増幅部とパネル駆動部との間に挿入され、増幅部で増幅された映像信号のうちクリップレベルを越える部分に警告表示用信号を重畳する信号処理部をさらに備える、ようにされてもよい。増幅部におけるゲインを高くすることで上述したように黒側の最低輝度を下げることができるが、クリップレベルに相当する入力映像信号のレベルが低下し、白側がつぶれるクリップエラーが発生しやすくなる。

上述したように増幅部で増幅された映像信号のうちクリップレベルを越える部分に警告表示用信号が重畳されることで、液晶パネルに表示される画像のうち、クリップエラーの発生箇所に警告表示、例えばゼブラパターン表示が行われる。これにより、ユーザに、クリップエラーの発生箇所、つまり階調表現ができていない部分を容易に把握させることができる。

また、この発明において、例えば、信号処理部は、増幅部におけるゲインを表示する表示信号を、増幅部で増幅された映像信号に重畳する、ようにされてもよい。この場合、液晶パネルに表示される画像に増幅部におけるゲインが重ねて表示されるので、ユーザは増幅部における現在のゲインを容易に把握でき、ゲイン調整を適切に行うことができる。

この発明によれば、調整信号に基づいて、入力映像信号を増幅する増幅部におけるゲインを制御すると共に、このゲインの変化倍率をｎ倍とするとき、光源の輝度を１／ｎ倍に制御するものであり、ゲインを高めるように調整することで、黒側の画像表示を良好に行うことができる。

以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態について説明する。図１は、実施の形態としての液晶表示装置１００の構成例を示している。この液晶表示装置１００は、制御部１０１と、ボリウム１０２と、入力端子１０３と、増幅部１０４と、信号処理部１０５と、パネル駆動部１０６と、液晶パネル１０７と、バックライト１０８とを有している。

増幅部１０４は、入力端子１０３に入力される映像信号ＳＶを増幅する。この増幅部１０４の信号入出力特性は、（１）式で表される。この（１）式で、ｙ′は出力、ａはゲイン（ゲイン制御係数）、ｘは入力、２．２はガンマ係数、ｂはパネルコントラスト比である。
ｙ′＝（ａ＊×＾２．２＋１／ｂ） ・・・（１）

信号処理部１０５は、増幅部１０４で増幅された映像信号のうちクリップレベルを越える部分に警告表示用信号を重畳する。警告表示用信号は、白側がつぶれるクリップエラーの発生箇所であることを、色、模様等の表示によって警告できるものであればよい。この実施の形態において、警告表示用信号は、例えばゼブラパターン表示を行うものとされる。また、信号処理部１０５は、増幅部１０４で増幅された映像信号に、増幅部１０４におけるゲインａを表示する表示信号も重畳する。

通常、液晶パネル１０７には、入力ｘ＝１（１００％）を基準として１０％程度のヘッドルームマージンをもって信号を入力しているため、入力ｘ＝１．１（１１０％）程度まではクリップなく表示することが可能である。クリップレベルは、上述した増幅部１０４におけるゲインａが１であるときの、入力ｘ＝１．１（１１０％）に対応した出力ｙ′のレベルである。

パネル駆動部１０６は、信号処理部１０５から出力される映像信号に基づいて、液晶パネル１０７を駆動する。バックライト１０８は、光源を構成し、液晶パネル１０７を背面側から照明する。

制御部１０１は、増幅部１０４におけるゲインａおよびバックライト１０８における輝度を制御する。この制御部１０１には、ボリウム１０２からユーザ操作に応じた調整信号が供給される。ボリウム１０２は、ユーザ操作部を構成している。

制御部１０１は、調整信号に基づいて、増幅部１０４におけるゲインａを制御すると共に、このゲインａの変化倍率がｎ倍であるときバックライト１０８の輝度を１／ｎ倍に制御する。この場合、制御部１０１は、増幅部１０４のゲインａを設定する。また、制御部１０１は、光源輝度係数Ｌを設定する。ここで、光源輝度係数Ｌは、バックライト１０８の輝度［cd/m2］に、液晶パネル１０７の透過係数を掛け合わせたものである。

図１に示す液晶表示装置１００の動作を説明する。入力端子１０３に入力される映像信号ＳＶは増幅部１０４に供給される。増幅部１０４では、入力映像信号ＳＶが、上述の（１）式の信号入出力特性に基づいて、増幅される。この増幅部１０４で増幅された映像信号は信号処理部１０５に供給される。

この信号処理部１０５では、増幅部１０４で増幅された映像信号のうちクリップレベルを越える部分に、警告表示用信号としてのゼブラパターン表示信号が重畳される。なお、この信号処理部１０５では、増幅部１０４で増幅された映像信号に、増幅部１０４におけるゲインａを表示する表示信号も重畳される。

この信号処理部１０５で得られた映像信号はパネル駆動部１０６に供給される。液晶パネル１０７は、この映像信号に基づいて、パネル駆動部１０６により駆動される。また、バックライト１０８により液晶パネル１０７が背面側から照明される。これにより、液晶パネル１０７には、入力端子１０３に入力された映像信号ＳＶに対応した画像が表示される。

そして、この画像のうち、クリップエラーの発生箇所、つまり階調表現ができていない部分には、ゼブラパターンが表示されて、ユーザに警告される。これにより、ユーザは、クリップエラーの発生箇所、つまり階調表現ができていない部分を容易に把握できる。また、この画像上にゲインａが表示される。これにより、ユーザは増幅部１０４における現在のゲインを容易に把握できる。

図２は、液晶パネル１０７に表示される画像の一例を示している。この画像例において、虎の腹の部分にゼブラパターンの表示箇所がある。ユーザは、このゼブラパターンの表示箇所が、マットエラーの発生箇所、つまり階調表現ができていない部分であると、容易に認識できる。また、この画像例において、ゲインａが２であることが表示されている。

次に、増幅部１０４におけるゲインａおよびバックライト１０８における輝度の調整動作について説明する。ユーザによるボリウム１０２の調整操作に応じて、調整信号が制御部１０１に供給される。この調整信号に基づいて、制御部１０１により、増幅部１０４におけるゲインａが調整される。また、このゲインａの変化倍率がｎ倍であるとき、制御部１０１により、バックライト１０８の輝度が１／ｎ倍に調整される。

ここで、ゲインａを高めるように調整される場合について説明する。この場合、黒側の最低輝度が下がるため、色抜けの改善およびコントラスト向上（黒浮きの低減）が図られ、黒側の画像表示が良好に行われるようになる。

増幅部１０４の信号入出力特性は、上述の（１）式で表される。そのため、図１に示す液晶表示装置１００の総合入出力特性は、（２）式で表される。
ｙ＝（ａ＊×＾２．２＋１／ｂ）＊Ｌ＝ｙ′＊Ｌ ・・・（２）

この総合入出力特性は、図３に示すように、非線形な特性を示す。この場合、最低輝度は、入力ｘ＝０のときの出力ｙの値であって、Ｌ／ｂ［cd/m2］である。このＬ／ｂ［cd/m2］が黒浮きとなる。なお、「ｍ２」は、平方メートルを表している。

例えば、図４に示すように、ゲインａ＝１、パネルコントラスト比ｂ＝１００で、入力ｘ＝１で液晶パネル１０７の出力ｙが１００［cd/m2］となるようにバックライト１０８の輝度が調整されるとき、光源輝度係数Ｌは、１００＾２／１０１≒９９となる。このときの最低輝度Ｌ／ｂは、１００／１０１［cd/m2］で、約１［cd/m2］の黒浮きとなる。

パネルコントラストを信号処理で向上させることは勿論できない。しかし、入力ｘに1倍以上のゲインａを掛けることで、この入力ｘに対するコントラスト比を向上させることは可能になる。

図５の曲線Ａ１は、ゲインａ＝１、パネルコントラスト比ｂ＝１００であるときの、増幅部１０４の信号入出力特性を示している。これに対して、図５の曲線Ａ２は、ゲインａ＝２、パネルコントラスト比ｂ＝１００であるときの、増幅部１０４の信号入出力特性を示している。

このように、ゲインａを２倍にした場合、液晶表示装置１００の総合入出力特性は、図６の曲線Ｂ１で示される。この場合、ゲインａが２倍とされることで、出力ｙの輝度が２倍となり、正確な画像判断が困難となる。この実施の形態においては、このようにゲインａが２倍とされるとき、バックライト１０８の輝度は１／２倍となるように制御される。これにより、液晶パネル１０７に表示される画像の見た目の輝度は変わらなくなる。

図６の曲線Ｂ２は、ゲインａが２倍とされ、さらに、バックライト１０８の輝度が１／２倍とされた場合における、液晶表示装置１００の総合入出力特性を示している。この場合、光源輝度係数Ｌが１００＾２／２０１となるようにバックライト１０８の輝度が調整されることで、入力ｘ＝１で液晶パネル１０７の出力ｙが１００［cd/m2］となる。

図７は、ゲインａを２倍、バックライト１０８の輝度を１／２倍に制御した場合の総合入出力特性（曲線Ｂ２）と、そのような制御をしていない場合の総合入出力特性（曲線Ｃ＝図４の曲線）とを比較して示している。この図７からも明らかなように、ゲインａを２倍、バックライト１０８の輝度を１／２倍に制御した場合には、そのような制御をしていない場合に比べて、最低輝度は１／２倍に低下する。これにより、色抜けの改善およびコントラスト向上（黒浮きの低減）が図られ、黒側の画像表示が良好に行われるようになる。

上述の説明においては、ゲインａを２倍としたものである。一般的に、ゲインａがｎ倍に高められ、バックライト１０８の輝度が１／ｎ倍に低下されることで、液晶パネル１０７に表示される画像の見た目の輝度を変えることなく、最低輝度を１／ｎ倍に低下できる。

なお、上述したように、液晶パネル１０７には、通常、入力ｘ＝１（１００％）を基準として１０％程度のヘッドルームマージンをもって信号を入力している。そのため、入力ｘ＝１．１（１１０％）程度まではクリップなく表示することが可能である。クリップレベルは、図８の曲線Ｄ１に示すように、上述した増幅部１０４におけるゲインａが１であるときの、入力ｘ＝１．１（１１０％）に対応した出力のレベルである。

上述したように増幅部１０４のゲインａを高める共に、バックライト１０８の輝度を下げることで最低輝度を低下させる方式にあっては、図８の曲線Ｄ２に示すように、入力ｘに対するクリップ位置が相対的に下がるため、高輝度側が潰れ、階調表現ができなくなる。例えば、入力ｘに１１０／１００倍以上のゲインａを掛けると、入力ｘ＝１（１００％）以下も表現できなくなってくる。つまり、黒側の再現やコントラスト改善と、白側の潰れとはトレードオフの関係にある。

ただし、図１に示す液晶表示装置１００においては、信号処理部１０５で、増幅部１０４で増幅された映像信号のうちクリップレベルを越える部分に、警告表示用信号としてのゼブラパターン表示信号が重畳される。そのため、液晶パネル１０７に表示される画像のうち、クリップエラーの発生箇所、つまり階調表現ができていない部分には、ゼブラパターンが表示されて、ユーザに警告される。これにより、ユーザは、クリップエラーの発生箇所、つまり階調表現ができていない部分を容易に把握でき、正確な画像判断を行うための一助となる。

上述したように、図１に示す液晶表示装置１００においては、ボリウム１０２からのユーザ操作による調整信号に基づいて、増幅部１０４におけるゲインａが制御されるとともに、このゲインａの変化倍率をｎ倍とするとき、バックライト１０８の輝度が１／ｎ倍に制御される。この場合、ゲインａを高めるように調整されることで、総合入出力特性における最低輝度が下げられるため、色抜けの改善、コントラスト向上（黒浮きの低減）を図ることができ、黒側の画像表示を良好に行うことが可能となる。

また、図１に示す液晶表示装置１００においては、信号処理部１０５で、増幅部１０４で増幅された映像信号のうちクリップレベルを越える部分に警告表示用信号が重畳される。そのため、液晶パネル１０７に表示される画像のうち、クリップエラーの発生箇所に警告表示、例えばゼブラパターン表示が行われることから、ユーザはクリップエラーの発生箇所、つまり階調表現ができていない部分を容易に把握でき、正確な画像判断を行うことが可能となる。

また、図１に示す液晶表示装置１００においては、信号処理部１０５で、増幅部１０４におけるゲインａを表示する表示信号が映像信号に重畳される。そのため、液晶パネル１０７に表示される画像に増幅部１０４におけるゲインａが重ねて表示されるので、ユーザは増幅部１０４における現在のゲインａを容易に把握でき、ボリウム１０２によるゲインａの調整操作を適切に行うことができる。

なお、上述実施の形態においては、ボリウム１０２からユーザ操作に伴う調整信号が制御部１０１に供給される。しかし、この調整信号は、例えば、制御部１０１に接続されるパーソナルコンピュータ等の外部機器から与えられるものとしてもよい。

この発明は、簡単な構成で、色抜けの改善、コントラスト向上（黒浮きの低減）を図ることができるものであり、例えば、業務用の液晶モニタ等に適用できる。

この発明の実施の形態としての液晶表示装置の構成例を示すブロック図である。 液晶パネルに表示される画像の一例を示す図である。 液晶表示装置の総合入出力特性を示す図である。 ゲインａ＝１、パネルコントラスト比ｂ＝１００で、入力ｘ＝１で液晶パネル１０７の出力ｙが１００［cd/m2］となる場合の、液晶表示装置の総合入出力特性を示す図である。 増幅部のゲインを調整した場合における、当該増幅部の信号入出力特性の変化を示す図である。 バックライトの輝度を調整した場合における液晶表示装置の総合入出力特性の変化を示す図である。 増幅部のゲインａを２倍、バックライトの輝度を１／２倍に制御した場合の総合入出力特性（曲線Ｂ２）と、そのような制御をしていない場合の総合入出力特性（曲線Ｃ）とを比較して示す図である。 増幅部のゲインａを高める共に、バックライトの輝度を下げることで最低輝度を低下させる場合に、入力ｘに対するクリップ位置が相対的に下がることを示す図である。

符号の説明

１００・・・液晶表示装置、１０１・・・制御部、１０２・・・ボリウム、１０３・・・入力端子、１０４・・・増幅部、１０５・・・信号処理部、１０６・・・パネル駆動部、１０７・・・液晶パネル、１０８・・・バックライト

Claims (6)

1. 液晶パネルと、
   上記液晶パネルを照明する光源と、
   入力映像信号を増幅する増幅部と、
   上記増幅部で増幅された映像信号に基づいて、上記液晶パネルを駆動するパネル駆動部と、
   調整信号に基づいて、上記増幅部におけるゲインを制御すると共に、該ゲインの変化倍率がｎ倍であるとき上記光源の輝度を１／ｎ倍に制御する制御部と
   を備える液晶表示装置。
2. 上記増幅部と上記パネル駆動部との間に挿入され、上記増幅部で増幅された映像信号のうちクリップレベルを越える部分に警告表示用信号を重畳する信号処理部をさらに備える
   請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 上記警告表示用信号は、ゼブラパターン表示信号である
   請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 上記信号処理部は、上記増幅部におけるゲインを表示する表示信号を上記増幅部で増幅された映像信号に重畳する
   請求項２に記載の液晶表示装置。
5. ユーザの操作により上記調整信号を発生するユーザ操作部をさらに備える
   請求項１に記載の液晶表示装置。
6. 液晶パネルと、
   上記液晶パネルを照明する光源と、
   入力映像信号を増幅する増幅部と、
   上記増幅部で増幅された映像信号に基づいて、上記液晶パネルを駆動するパネル駆動部とを備える液晶表示装置の制御方法であって、
   調整信号に基づいて、上記増幅部におけるゲインを制御するゲイン制御ステップと、
   上記ゲイン制御ステップにおけるゲインの変化倍率をｎ倍とするとき、上記光源の輝度を１／ｎ倍に制御する輝度制御ステップと
   を有する液晶表示装置の制御方法。