JP2011197510A - 液晶表示装置、電子機器および光源の輝度制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】表示に与える違和感を軽減しつつ簡素な構成で光源の輝度を表示画像の変化に追従させる。
【解決手段】バックライト制御部３０４は、入力画像データＤｉｎからバックライトの目標輝度を決定し、バックライトの現在の輝度と目標輝度との差が所定値以上の場合は、時間の経過に応じて変化量が減少する非線形関数ＮＬＦを使用して中間輝度を生成し、バックライトの輝度を変化させる。また、バックライト制御部３０４は、バックライトの現在の輝度と目標輝度との差が所定値未満の場合は、単位時間当たりの変化量が一定となる線形関数ＬＦを用いて中間輝度を生成し、バックライトの輝度を変化させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶表示装置に備わる光源（例えばバックライトやフロントライト）の輝度を制御する技術に関する。

表示画像の明るさに応じてバックライト等の光源の輝度を調整する技術がある。例えば特許文献１には、バックライトの輝度の追従性を映像のジャンルごとに設定した液晶表示装置が記載されている。この液晶表示装置では、表示映像が変化する場合に映像のジャンルに応じてバックライトの輝度を調整する。また、特許文献２には、映像表示装置に備わる光源の輝度を映像信号の変化に関わらずゆっくりと変化させることが記載されている。

特開２００７−１４３１２２号公報 特開２００２−３５７８１０号公報

しかしながら、映像のジャンルに応じてバックライトの輝度を調整する場合、ジャンル情報がないとバックライトの輝度を調整することができない。また、ジャンルごとにバックライトの輝度の追従性を設定しておかなければならない。一方、光源の輝度を映像信号の変化に関わらずゆっくりと変化させる場合、急激な明暗の変更を伴う映像信号の変化があると表示映像に違和感が生じる。例えば、表示映像が暗いシーンから明るいシーンに切り替わった場合、シーンが切り替わった後も光源の輝度が比較的長い期間にわたって変化し続ける。また、シーンの切り替え前後で映像の明暗差が大きいので光源の輝度変化も比較的大きい状態が長く続くことになる。このため光源の輝度変化がユーザーによって知覚され、表示の違和感となる。

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、表示に与える違和感を軽減しつつ簡素な構成で光源の輝度を表示画像の変化に追従させることを課題とする。

以上の課題を解決するため、本発明に係る液晶表示装置は、画像信号に基づいて液晶パネルの表示領域に画像を表示する液晶表示部と、前記表示領域に光を照射する光源と、前記画像信号から前記光源の目標輝度を決定し、当該目標輝度と前記光源の現在の輝度との差に応じて、前記光源の輝度を、単位時間当たりの変化量が一定となるように、または時間の経過に応じて変化量が減少するように、前記現在の輝度から前記目標輝度まで変化させる制御部と、を備えることを特徴とする。

ここで、単位時間当たりの変化量が一定となる変化を線形変化、時間の経過に応じて変化量が減少する変化を非線形変化としたとき、光源の輝度を現在の輝度から目標輝度まで変化させる場合、線形変化よりも非線形変化の方が目標輝度に対する追従性がよい。本発明では、目標輝度と現在の輝度との差に応じて、追従性が異なる線形変化と非線形変化を使い分けて光源の輝度を制御するので、液晶パネルの表示領域に表示される画像（以下、表示画像）の変化に対し、表示に与える違和感を軽減しつつ簡素な構成で光源の輝度を追従させることができる。

また、上述した液晶表示装置において、前記制御部は、前記差が所定値以上の場合は、前記光源の輝度を時間の経過に応じて変化量が減少するように変化させ、前記差が前記所定値未満の場合は、前記光源の輝度を単位時間当たりの変化量が一定となるように変化させる構成であってもよい。

この構成によれば、目標輝度と現在の輝度との差が所定値以上の場合、すなわち表示画像の変化（＝画像信号の変化）に伴う光源の輝度の変更量が比較的大きい場合は、光源の輝度を時間の経過に応じて変化量が減少するように変化させるので、表示画像が変化した直後に光源の輝度を大きく変化させることができる。ここで、光源の輝度を大きく変化させるのは表示画像が変化した直後であるので、光源の輝度変化が比較的大きくてもこれが知覚されにくい。また、表示画像が変化した直後に光源の輝度を大きく変化させることで、その後の光源の輝度変化を少なくすることができるし、光源の輝度が目標輝度に到達するまでの期間も早めることができる。また、ジャンルごとに光源の輝度の追従性を設定しておく必要もない。従って、表示に与える違和感を軽減しつつ簡素な構成で光源の輝度を表示画像の変化に追従させることができる。
なお、目標輝度と現在の輝度との差が所定値未満の場合、すなわち表示画像の変化に伴う光源の輝度の変更量が比較的小さい場合は、単位時間当たりの変化量を固定した方が表示に違和感がでないため、光源の輝度を単位時間当たりの変化量が一定となるように変化させている。

また、上述した液晶表示装置において、前記制御部は、前記差が前記現在の輝度に対して３０％以上ある場合は、前記光源の輝度を時間の経過に応じて変化量が減少するように変化させ、前記差が前記現在の輝度に対して３０％未満の場合は、前記光源の輝度を単位時間当たりの変化量が一定となるように変化させる構成であってもよい。
つまり、表示画像の変化に伴う光源の輝度の変更量が３割未満であるか否かに基づいて、線形変化とするのか非線形変化とするのかを選択するようにしてもよい。

また、上述した液晶表示装置において、前記制御部は、前記画像信号から前記表示領域に表示する画像の輝度を検出する検出部と、前記検出部で検出された輝度から前記光源の目標輝度を決定する決定部と、前記決定部で決定された目標輝度と前記光源の現在の輝度との差が所定値以上の場合は、前記光源の輝度を時間の経過に応じて変化量が減少するように前記現在の輝度から前記目標輝度まで変化させ、前記差が前記所定値未満の場合は、前記光源の輝度を単位時間当たりの変化量が一定となるように前記現在の輝度から前記目標輝度まで変化させる輝度調整部とを備える構成であってもよい。
この場合も、表示に与える違和感を軽減しつつ簡素な構成で光源の輝度を表示画像の変化に追従させることができる。

また、本発明に係る電子機器は、上述したいずれかの液晶表示装置を備えたことを特徴とする。この電子機器には、例えば、パーソナルコンピューターや携帯電話機、情報携帯端末等が含まれる。

また、本発明は、画像信号に基づいて液晶パネルの表示領域に画像を表示する液晶表示部と、前記表示領域に光を照射する光源とを備える液晶表示装置において前記光源の輝度を制御する方法であって、前記画像信号から前記光源の目標輝度を決定し、決定した目標輝度と前記光源の現在の輝度との差に応じて、前記光源の輝度を、単位時間当たりの変化量が一定となるように、または時間の経過に応じて変化量が減少するように、前記現在の輝度から前記目標輝度まで変化させる、ことを特徴とする。

第１実施形態に係る液晶表示装置の構成を示すブロック図である。 制御回路の構成を示すブロック図である。 中間輝度生成部で生成される中間輝度の変化を示すグラフである。 中間輝度生成部で生成される中間輝度の変化を示すグラフである。 中間輝度生成部で生成される中間輝度の変化を示すグラフである。 発光輝度制御処理のフローチャートである。 非線形関数を用いて中間輝度を生成した場合のバックライトの輝度変化を示す図である。 図７に対する比較例を示す図である。 非線形関数を用いて中間輝度を生成した場合のバックライトの輝度変化を示す図である。 図９に対する比較例を示す図である。 第２実施形態に係る発光輝度制御処理のフローチャートである。 第２実施形態に係る発光輝度制御処理のフローチャートである。 変形例に係る説明図である。 電子機器の具体例（パーソナルコンピューター）を示す斜視図である。 電子機器の具体例（携帯電話機）を示す斜視図である。 電子機器の具体例（携帯情報端末）を示す斜視図である。

以下、図面を参照して本発明に係る実施の形態を説明する。なお、以下の各実施形態では、本発明を透過型の液晶表示装置に適用した場合について説明する。
＜１．第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る液晶表示装置１の構成を示すブロック図である。
液晶表示装置１は、液晶パネルＡＡと制御回路３００とバックライト４００と調光回路５００を備える。液晶パネルＡＡは、互いに対向する素子基板と対向基板と間に液晶を封止した構造を有する。例えば、素子基板には、スイッチング素子としての薄膜トランジスターや、走査線１０２、データ線２０２、画素電極等が各々複数形成され、対向基板には対向電極等が形成される。また、液晶パネルＡＡは、表示領域Ａと走査線駆動回路１００とデータ線駆動回路２００を備える。

表示領域Ａには、Ｘ方向に延在するｍ本の走査線１０２と、Ｙ方向に延在するｎ本のデータ線２０２が形成される（ｍおよびｎは自然数）。また、ｍ本の走査線１０２とｎ本のデータ線２０２の各交差に対応して画素回路Ｐが配置される。各画素回路Ｐは、画素電極および対向電極と両者間に介在する液晶とで構成される液晶素子を含む。走査線駆動回路１００は、ｍ本の走査線１０２を１本ずつ順次選択するための走査信号Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３、…、Ｙｍを生成して各走査線１０２に出力する。データ線駆動回路２００は、ｎ本のデータ線２０２の各々にデータ信号Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、…、Ｘｎを出力する。データ信号Ｘ１〜Ｘｎは、各画素回路Ｐの指定階調に応じた電圧信号である。

制御回路３００は、Ｙ転送開始パルスＤＹやＹクロック信号ＹＣＫを生成して走査線駆動回路１００に供給すると共に、Ｘ転送開始パルスＤＸやＸクロック信号ＸＣＫを生成してデータ線駆動回路２００に供給する。また、制御回路３００は、入力画像データ（画像信号）Ｄｉｎに画像処理を施して階調データＤｏｕｔを生成し、これをデータ線駆動回路２００に出力する。また、制御回路３００は、バックライト４００の輝度（発光輝度）を指定する輝度指定信号Ｌｏを生成して調光回路５００に出力する。

液晶パネルＡＡの背面にはバックライト４００が設けられる。なお、液晶パネルＡＡの背面とは、液晶パネルＡＡのうち観察側とは反対の面である。調光回路５００は、輝度指定信号Ｌｏによって指定される輝度でバックライト４００を発光させる。バックライト４００からの光は液晶パネルＡＡ（表示領域Ａ）を透過して観察側に出射される。表示領域Ａにはｍ×ｎ個の画素回路Ｐがマトリクス状に配列しており、データ線駆動回路２００から供給されるデータ信号の電圧レベルに応じて画素回路Ｐごとに液晶素子の透過率（バックライト４００から液晶素子に照射される光のうち観察側に透過する光量の割合）が制御される。これにより光変調による階調表示が可能となり、入力画像データＤｉｎに応じた画像が表示領域Ａに表示される。

なお、図１の例示では、制御回路３００と調光回路５００を液晶パネルＡＡの外部に設けたが、制御回路３００と調光回路５００の一部または全部を液晶パネルＡＡの内部に設けてもよい。また、液晶パネルＡＡに設けられた走査線駆動回路１００とデータ線駆動回路２００の一部または全部を液晶パネルＡＡの外部に設けてもよい。

図２は、制御回路３００の構成を示すブロック図である。
制御回路３００は、液晶駆動制御部３０２とバックライト制御部３０４を備える。液晶駆動制御部３０２は、走査線駆動回路１００とデータ線駆動回路２００を駆動し、入力画像データＤｉｎに応じた画像を液晶パネルＡＡ（表示領域Ａ）に表示する。液晶駆動制御部３０２は、上述した各種のタイミング信号ＤＹ、ＹＣＫ、ＤＸ、ＸＣＫを生成すると共に、入力画像データＤｉｎにガンマ補正等の画像処理を施して階調データＤｏｕｔを生成する。

バックライト制御部３０４はバックライト４００の輝度を制御する。バックライト制御部３０４は、ＡＰＬ（Average Picture Level）検出部３１０と目標輝度決定部３１２と中間輝度生成部３１４を備える。ＡＰＬ検出部３１０は、入力画像データＤｉｎを解析し、表示領域Ａに表示する画像の平均輝度レベルＡＰＬを検出する。なお、平均輝度レベルＡＰＬの代わりに、例えば表示領域Ａに表示する画像の一部の領域（例えば中央）の輝度をその画像の輝度として検出してもよい。目標輝度決定部３１２は、ＡＰＬ検出部３１０で検出された平均輝度レベルＡＰＬに基づいて、バックライト４００の目標輝度Ｌｅを決定する。例えば、目標輝度決定部３１２は、計算式を用いて平均輝度レベルＡＰＬから目標輝度Ｌｅを算出する構成であってもよいし、データテーブル等を参照して平均輝度レベルＡＰＬから目標輝度Ｌｅを特定する構成であってもよい。

中間輝度生成部３１４は、表示領域Ａに表示される画像（以下、表示画像）が変化する場合に、バックライト４００の輝度を現在の輝度から目標輝度Ｌｅに段階的に変化させるため、少なくとも１以上の中間輝度を生成する。中間輝度生成部３１４で生成された中間輝度は、輝度指定信号Ｌｏとして調光回路５００に出力される。このように表示画像が変化する場合、中間輝度生成部３１４で中間輝度が生成されるので、バックライト４００の輝度は、表示画像の変化に応じて直ちに目標輝度Ｌｅになるのではなく、少なくとも１以上の中間輝度を経て段階的に目標輝度Ｌｅに移行する。

また、中間輝度生成部３１４は、中間輝度を算出するための関数として線形関数ＬＦと非線形関数ＮＬＦを有する。詳細については後述するが、線形関数ＬＦを用いて中間輝度を生成する場合よりも、非線形関数ＮＬＦを用いて中間輝度を生成する場合の方が、目標輝度Ｌｅに対するバックライト４００の輝度の追従性がよい。中間輝度生成部３１４は、目標輝度決定部３１２で決定された目標輝度Ｌｅと、バックライト４００の現在の輝度とを比較し、両者の差分が所定値未満である場合は線形関数ＬＦを使用して中間輝度を生成する。また、中間輝度生成部３１４は、両者の差分が所定値以上である場合は非線形関数ＮＬＦを使用して中間輝度を生成する。

例えば、中間輝度生成部３１４は、線形関数ＬＦとして以下に示す（式１）を使用し、非線形関数ＮＬＦとして以下に示す（式２）を使用する。
ｆ（ｎ）＝（Ｌｅ−Ｌｓ）×ｎ／Ｎ＋Ｌｓ …（式１）
ｆ（ｎ）＝（Ｌｅ−Ｌｓ）×（ｎ／Ｎ）＾α＋Ｌｓ …（式２）

ここで、Ｌｅは表示画像が変化したときのバックライト４００の目標輝度であり、Ｌｓは表示画像が変化したときのバックライト４００の輝度である。また、ｎは表示画像が変化してからのフレーム数であり、Ｎは輝度Ｌｓから目標輝度に到達するまでのフレーム数である。またαは係数である。なお、バックライト４００の輝度の変化量にもよるが、表示画像が変化してから０．５〜１．０秒以上、バックライト４００の輝度変化が続くと、これがユーザーによって知覚され、表示の違和感となる。このためＮの値は“３０”程度に設定するのが望ましい。

図３〜図５は、中間輝度生成部３１４で生成される中間輝度の変化を示すグラフである。なお、図３〜図５において、実線は目標輝度の変化を示し、点線は線形関数ＬＦを用いて算出される中間輝度の変化を示し、一点鎖線は非線形関数ＮＬＦを用いて算出される中間輝度の変化を示す。また、図３〜図５において、バックライト４００の輝度を目標輝度に到達させるまでの期間は、いずれも３２フレーム（≒０．５３秒）に設定されている。図３および図４に示す例では、１０フレーム目に表示画像が暗い静止画から明るい静止画に切り替わっている。この表示画像の変化に応じてバックライト４００の目標輝度も１０フレーム目に、図３の場合は“１０”から“８０”に、図４の場合は“１０”から“２０”に切り替わる。また、１０フレーム目から４２フレーム目までの期間において中間輝度が生成される。

図３および図４に点線で示すように線形関数ＬＦを用いて中間輝度を生成した場合、バックライト４００の輝度は単位時間当たりの変化量が一定になる。例えば、図３の場合は１フレーム当たりの変化量が（８０−１０）／３２≒２．２となり、図４の場合は１フレーム当たりの変化量が（２０−１０）／３２≒０．３となる。これに対し、図３および図４に一点鎖線で示すように非線形関数ＮＬＦを用いて中間輝度を生成した場合、バックライト４００の輝度の変化量は、１０フレーム目付近が最も大きく、フレーム数が増えるにつれ徐々に小さくなる。つまり、非線形関数ＮＬＦを用いて中間輝度を生成した場合、バックライト４００の輝度の変化量は、時間の経過に応じて次第に減少していく。また、図３および図４から明らかとなるように、線形関数ＬＦを用いて算出された中間輝度の変化（点線）よりも、非線形関数ＮＬＦを用いて算出された中間輝度の変化（一点鎖線）の方が、目標輝度（実線）に対する追従性がよい。

また、前述したように中間輝度生成部３１４は、バックライト４００の現在の輝度と目標輝度とを比較し、両者の差分が所定値未満であるか否かに基づいて中間輝度の生成に用いる関数を選択する。例えば本実施形態では所定値が“３０”に設定されている。従って、中間輝度生成部３１４は、両者の差分が“３０”未満である場合に線形関数ＬＦを選択し、両者の差分が“３０”以上である場合に非線形関数ＮＬＦを選択する。図３の場合は、両者の差分が“７０”になるので、中間輝度生成部３１４は非線形関数ＮＬＦを用いて中間輝度を生成する。つまり、図３の場合、バックライト４００の輝度は、１０フレーム目から４２フレーム目までの期間において図中一点鎖線で示すように変化する。一方、図４の場合は、両者の差分が“１０”になるので、中間輝度生成部３１４は線形関数ＬＦを用いて中間輝度を生成する。つまり、図４の場合、バックライト４００の輝度は、１０フレーム目から４２フレーム目までの期間において図中点線で示すように変化する。

また、図５に示す例では、表示画像が１０フレーム目に静止画Ａ（非常に暗い画像）から静止画Ｂ（やや暗い画像）に切り替わり、さらに２０フレーム目に静止画Ｂ（やや暗い画像）から静止画Ｃ（非常に明るい画像）に切り替わっている。この場合、静止画Ａから静止画Ｂへの変化時には（１０フレーム目）、バックライト４００の現在の輝度と目標輝度との差分が“１０”になるので、中間輝度生成部３１４は線形関数ＬＦを用いて中間輝度を生成する。つまり、バックライト４００の輝度は、１０フレーム目から２０フレーム目までの期間において図中点線で示すように変化する。また、静止画Ｂから静止画Ｃへの変化時には（２０フレーム目）、２０フレーム目におけるバックライト４００の輝度が“１３”であったとすると、目標輝度との差分は“６７”になる。従って、中間輝度生成部３１４は非線形関数ＮＬＦを用いて中間輝度を生成する。つまり、バックライト４００の輝度は、２０フレーム目から５２フレーム目までの期間において図中一点鎖線で示すように変化する。

なお、所定値は、上記の例示（３０）に限らず任意の値に定めることができるが、バックライト４００の輝度変化によって表示に違和感がでないようにその値を定める必要がある。また、例えば、中間輝度生成部３１４は、現在の輝度と目標輝度とを比較し、両者の差分が現在の輝度に対して３０％未満の場合は線形関数ＬＦを使用し、両者の差分が現在の輝度に対して３０％以上ある場合は非線形関数ＮＬＦを使用する構成であってもよい。つまり、表示画像の変化に伴うバックライト４００の輝度の変更量が３割未満であるか否かに基づいて、中間輝度の生成に用いる関数を選択する構成であってもよい。また、線形関数ＬＦの傾きや非線形関数ＮＬＦの輝度変化曲線は、フラッシングや表示に違和感が生じない範囲で任意に定めることができる。

図６は、バックライト制御部３０４で実行される発光輝度制御処理のフローチャートである。同図に示す発光輝度制御処理は、例えば１フレームごとに実行される。発光輝度制御処理を開始すると、まず、バックライト制御部３０４は、図示を省略したメモリを参照し、バックライト４００の現在の輝度Ｌｃｕｒと、現在の目標輝度Ｌｅ＿ｃｕｒを特定する（ステップＳ１０１）。なお、現在の輝度Ｌｃｕｒは、後述するステップＳ１０９でセットされる。また、現在の目標輝度Ｌｅ＿ｃｕｒは、後述するステップＳ１１０でセットされる。次に、バックライト制御部３０４は、入力画像データＤｉｎに基づいて目標輝度Ｌｅを決定する（ステップＳ１０２）。ここでは、前述したＡＰＬ検出部３１０によって１フレーム分の入力画像データＤｉｎから平均輝度レベルＡＰＬが検出される。また、前述した目標輝度決定部３１２によって平均輝度レベルＡＰＬから目標輝度Ｌｅが決定される。

次に、バックライト制御部３０４は、ステップＳ１０２で決定した目標輝度ＬｅがステップＳ１０１で特定した現在の目標輝度Ｌｅ＿ｃｕｒと一致するか否かを判定する（ステップＳ１０３）。ステップＳ１０３の判定結果がＮＯの場合は、入力画像データＤｉｎが変化した場合である。また、ステップＳ１０３の判定結果がＹＥＳの場合は、入力画像データＤｉｎが変化していない場合である。

ステップＳ１０３の判定結果がＮＯの場合、表示画像が変化することになるので、中間輝度を算出する関数を選択し、選択した関数を用いて中間輝度の生成を行う必要がある。この場合、バックライト制御部３０４は、まず、ｎの値を“１”にセットする（ステップＳ１０４）。また、バックライト制御部３０４は、ステップＳ１０１で特定した現在の輝度Ｌｃｕｒを、表示画像が変化したときのバックライト４００の輝度Ｌｓとしてセットする（ステップＳ１０５）。次に、バックライト制御部３０４（中間輝度生成部３１４）は、ステップＳ１０２で決定した目標輝度Ｌｅと、ステップＳ１０１で特定した現在の輝度Ｌｃｕｒとの差分が所定値Ｌｔｈ未満であるか否かを判定する（ステップＳ１０６）。

ステップＳ１０６の判定結果がＹＥＳの場合、バックライト制御部３０４は、中間輝度を算出する関数として線形関数ＬＦを選択する（ステップＳ１０７）。この場合、バックライト制御部３０４は、上述した（式１）を用いて中間輝度の生成を行うことになる。また、ステップＳ１０６の判定結果がＮＯの場合、バックライト制御部３０４は、中間輝度を算出する関数として非線形関数ＮＬＦを選択する（ステップＳ１０８）。この場合、バックライト制御部３０４は、上述した（式２）を用いて中間輝度の生成を行うことになる。

この後、バックライト制御部３０４は、選択した関数（線形関数ＬＦまたは非線形関数ＮＬＦ）にｎの値を代入し、表示画像が変化してからｎフレーム目の中間輝度の値を算出する。ここでは、ｎの値が“１”であるので、表示画像が変化してから１フレーム目の中間輝度の値が算出される。また、バックライト制御部３０４は、算出した中間輝度の値をバックライト４００の現在の輝度Ｌｃｕｒとしてセットする（ステップＳ１０９）。また、バックライト制御部３０４は、ステップＳ１０２で決定した目標輝度Ｌｅを、現在の目標輝度Ｌｅ＿ｃｕｒとしてセットする（ステップＳ１１０）。この後、バックライト制御部３０４は、算出した中間輝度の値（Ｌｃｕｒ）を、輝度指定信号Ｌｏとして調光回路５００に出力し（ステップＳ１１１）、発光輝度制御処理を終える。

また、バックライト制御部３０４は、上述したステップＳ１０３の判定結果がＹＥＳの場合、すなわち入力画像データＤｉｎが変化していない場合は、まず、ｎの値がＮ未満であるか否かを判定する（ステップＳ１１２）。例えば、前述した図３〜図５に示す例ではＮ＝３２に設定されているので、ステップＳ１１２ではｎの値が“３２”未満であるか否かを判定することになる。

ステップＳ１１２の判定結果がＹＥＳの場合は、まだ目標輝度Ｌｅまで到達していない場合であるので、次のフレーム分の中間輝度を生成する必要がある。この場合、バックライト制御部３０４は、ｎの値をインクリメントし（ステップＳ１１３）、ステップＳ１０９に移行する。これにより次のフレーム分の中間輝度が算出され（ステップＳ１０９）、この中間輝度の値が調光回路５００に出力される（ステップＳ１１１）。図６に示すフローチャートにおいて、Ｓ１０１〜Ｓ１０３→Ｓ１１２，Ｓ１１３→Ｓ１０９〜Ｓ１１１のループを繰り返すことで、バックライト制御部３０４は、目標輝度Ｌｅに到達するまで、線形関数ＬＦまたは非線形関数ＮＬＦを用いて１フレームごとに中間輝度を算出し、これを調光回路５００に出力する。

一方、上述したステップＳ１１２の判定結果がＮＯの場合は、既に目標輝度Ｌｅまで到達した場合である。この場合、バックライト制御部３０４は、現在の輝度Ｌｃｕｒを固定して（ステップＳ１１４）、ステップＳ１１０に移行する。つまり、目標輝度Ｌｅに到達した後は、バックライト４００の輝度が目標輝度Ｌｅに維持される。

図７は、非線形関数ＮＬＦを用いて中間輝度を生成した場合のバックライト４００の輝度変化について示す図である。また、図８は、図７に対する比較例であり、線形関数ＬＦを用いて中間輝度を生成した場合について示す図である。なお、図７および図８では、静止画Ａを表示しているときのバックライト４００の輝度をＬＡとし、静止画Ｂを表示する場合の目標輝度をＬＢとしたとき、バックライト４００の輝度が輝度ＬＡから目標輝度ＬＢまで４段階に分けて変化する。つまり、中間輝度が３つ生成され、バックライト４００の輝度は、輝度ＬＡから３つの中間輝度を経て目標輝度ＬＢに到達する。

また、図７および図８において、静止画Ａは、例えば夜景の写真画像等、非常に暗い画像であり、静止画Ｂは、例えば雪山の写真画像等、非常に明るい画像である。この場合、入力画像データＤｉｎが静止画Ａから静止画Ｂへ変化すると、平均輝度レベルＡＰＬが大幅に増大する。従って、バックライト４００の現在の輝度ＬＡと目標輝度ＬＢとの差分が所定値以上になる。このため非線形関数ＮＬＦを用いて中間輝度が生成され、バックライト４００の輝度は、図７に示すように輝度ＬＡから３つの中間輝度ＬＢ１’，ＬＢ２’，ＬＢ３’を経て目標輝度ＬＢに到達する。これに対し、図８に示すように線形関数ＬＦを用いて中間輝度を生成した場合、輝度ＬＡから目標輝度ＬＢに到る期間において、バックライト４００の輝度の変化量は一定になる。

輝度ＬＡと目標輝度ＬＢとの差が所定値以上の場合、すなわち表示画像の変化に伴うバックライト４００の輝度の変更量が比較的大きい場合は、非線形関数ＮＬＦを用いて中間輝度を生成するので、図７に示すように表示画像が変化した直後にバックライト４００の輝度を大きく増やすことができる。ここで、バックライト４００の輝度を大きく増やすのは表示画像が変化した直後であるので、バックライト４００の輝度変化が比較的大きくてもこれが知覚されにくい。また、表示画像が変化した直後にバックライト４００の輝度を大きく増加させることで、その後のバックライト４００の輝度変化を図８の場合と比較して少なくすることができる。このためバックライト４００の輝度変化による表示の違和感を軽減することが可能になる。また、特許文献１に記載されているようにジャンルごとにバックライト４００の輝度の追従性を設定しておく必要もない。従って、表示に与える違和感を軽減しつつ簡素な構成でバックライト４００の輝度を表示画像の変化に追従させることができる。

なお、輝度ＬＡと目標輝度ＬＢとの差が所定値未満の場合、すなわち表示画像の変化に伴うバックライト４００の輝度の変更量が比較的小さい場合は、１フレーム当たりの輝度の変化量を可変にせず固定した方が表示に違和感がでないため、線形関数ＬＦを用いて中間輝度を生成している。

図９および図１０も、非線形関数ＮＬＦを用いて中間輝度を生成した場合のバックライト４００の輝度変化と、その比較例について示す図である。なお、図９および図１０は、スクロール表示によって表示画像が静止画Ａから静止画Ｂに緩やかに切り替わっていく場合である。例えば、タッチパネルを搭載した液晶表示装置において２つの写真画像を指でスクロールさせて切り替えていく場合等がこのケースに相当する。また、図９および図１０においても、静止画Ａは夜景の写真画像等の非常に暗い画像であり、静止画Ｂは雪山の写真画像等の非常に明るい画像である。また、図１０に示す比較例は、線形関数ＬＦを用いて中間輝度を生成した場合であり、バックライト４００の輝度は、輝度ＬＡから５つの中間輝度ＬＢ１〜ＬＢ５を経て目標輝度ＬＢに到達する。

図９の場合も、非線形関数ＮＬＦを用いて中間輝度が生成され、バックライト４００の輝度は、現在の輝度ＬＡから３つの中間輝度ＬＢ１’，ＬＢ２’，ＬＢ３’を経て目標輝度ＬＢに到達する。この場合も表示画像が変化し始めた直後にバックライト４００の輝度を大きく増やすことができる。また、表示画像が変化し始めた直後にバックライト４００の輝度を大きく増加させることで、その後のバックライト４００の輝度変化を図１０の場合と比較して少なくすることができる。さらに、表示画像が変化し始めた直後にバックライト４００の輝度を大きく増加させることで、バックライト４００の輝度が目標輝度ＬＢに到達するまでの期間を早めることもできる。このためバックライト４００の輝度変化による表示の違和感を軽減することができる。

＜２．第２実施形態＞
次に第２実施形態について説明する。なお、本実施形態において第１実施形態と共通する構成要素には、同一の符号を付してその説明を適宜省略する。

本実施形態に係る液晶表示装置が第１実施形態における液晶表示装置１と相違するのは、非線形関数ＮＬＦ’として以下に示す（式３）を使用する点である。なお、線形関数ＬＦについては第１実施形態の場合と同様に前述した（式１）を使用する。
ｆ＝α×（Ｌｅ−Ｌｃｕｒ）＋Ｌｃｕｒ …（式３）
ここで、αは、少なくとも１未満の係数であり、例えば０．５や０．３等といった値である。また、Ｌｅは表示画像が変化したときのバックライト４００の目標輝度であり、Ｌｃｕｒはバックライト４００の現在の輝度である。

図１１および図１２は、第２実施形態に係る発光輝度制御処理のフローチャートである。なお、図６に示したフローチャートと共通する部分については、その説明を適宜省略する。図１１および図１２に示す発光輝度制御処理は、例えば１フレームごとに実行される。発光輝度制御処理を開始すると、まず、バックライト制御部３０４は、図示を省略したメモリを参照し、バックライト４００の現在の輝度Ｌｃｕｒと、現在の目標輝度Ｌｅ＿ｃｕｒを特定する（ステップＳ２０１）。次に、バックライト制御部３０４は、入力画像データＤｉｎに基づいて目標輝度Ｌｅを決定する（ステップＳ２０２）。

この後、バックライト制御部３０４は、ステップＳ２０２で決定した目標輝度ＬｅがステップＳ２０１で特定した現在の目標輝度Ｌｅ＿ｃｕｒと一致するか否かを判定する（ステップＳ２０３）。ステップＳ２０３の判定結果がＮＯの場合は、入力画像データＤｉｎが変化した場合である。また、ステップＳ２０３の判定結果がＹＥＳの場合は、入力画像データＤｉｎが変化していない場合である。

ステップＳ２０３の判定結果がＮＯの場合、表示画像が変化することになるので、中間輝度を算出する関数を選択する必要がある。この場合、バックライト制御部３０４は、ステップＳ２０２で決定した目標輝度Ｌｅと、ステップＳ２０１で特定した現在の輝度Ｌｃｕｒとの差分が所定値Ｌｔｈ未満であるか否かを判定する（ステップＳ２０４）。ステップＳ２０４の判定結果がＮＯの場合、バックライト制御部３０４は、中間輝度を算出する関数として非線形関数ＮＬＦ’を選択することになる。詳細については後述するが、ステップＳ２０４の判定結果がＮＯの場合は、図１２に示すステップＳ２２１に移行する。

また、ステップＳ２０４の判定結果がＹＥＳの場合、バックライト制御部３０４は、中間輝度を算出する関数として線形関数ＬＦを選択することになる。この場合、バックライト制御部３０４は、まず、ｎの値を“１”にセットする（ステップＳ２０５）。また、バックライト制御部３０４は、ステップＳ２０１で特定した現在の輝度Ｌｃｕｒを、表示画像が変化したときのバックライト４００の輝度Ｌｓとしてセットする（ステップＳ２０６）。次に、バックライト制御部３０４は、中間輝度を算出する関数として線形関数ＬＦを選択する（ステップＳ２０７）。

また、バックライト制御部３０４は、ＢＬ＿ｆｌａｇの値を“０”にセットする（ステップＳ２０８）。ＢＬ＿ｆｌａｇは、中間輝度を算出する関数として線形関数ＬＦと非線形関数ＮＬＦ’のどちらが選択されているのかを示すフラグである。ＢＬ＿ｆｌａｇの値が“０”の場合は、線形関数ＬＦが選択されていることを示し、ＢＬ＿ｆｌａｇの値が“１”の場合は、非線形関数ＮＬＦ’選択されていることを示す。

この後、バックライト制御部３０４は、線形関数ＬＦにｎの値を代入し、表示画像が変化してからｎフレーム目の中間輝度の値を算出する。ここでは、ｎの値が“１”であるので、表示画像が変化してから１フレーム目の中間輝度の値が算出される。また、バックライト制御部３０４は、算出した中間輝度の値をバックライト４００の現在の輝度Ｌｃｕｒとしてセットする（ステップＳ２０９）。また、バックライト制御部３０４は、ステップＳ２０２で決定した目標輝度Ｌｅを、現在の目標輝度Ｌｅ＿ｃｕｒとしてセットする（ステップＳ２１０）。この後、バックライト制御部３０４は、算出した中間輝度の値（Ｌｃｕｒ）を、輝度指定信号Ｌｏとして調光回路５００に出力し（ステップＳ２１１）、発光輝度制御処理を終える。

また、バックライト制御部３０４は、上述したステップＳ２０４の判定結果がＮＯの場合は、図１２に示すステップＳ２２１に移行し、中間輝度を算出する関数として非線形関数ＮＬＦ’を選択する（ステップＳ２２１）。また、バックライト制御部３０４は、ＢＬ＿ｆｌａｇの値を“１”にセットする（ステップＳ２２２）。この後、バックライト制御部３０４は、非線形関数ＮＬＦ’（式３）を用いて中間輝度の生成を行う。なお、第１実施形態で使用した非線形関数ＮＬＦ（式２）とは異なり、非線形関数ＮＬＦ’（式３）の場合は、Ｌｓ，ｎ，Ｎを使用することなく、表示画像が変化してからｎフレーム目の中間輝度の値を算出することができる。つまり、第１実施形態で使用した非線形関数ＮＬＦ（式２）よりも非線形関数ＮＬＦ’（式３）の方が、非線形に変化させる場合の中間輝度を容易に算出することができる。

バックライト制御部３０４は、中間輝度の値を算出すると、その値をバックライト４００の現在の輝度Ｌｃｕｒとしてセットする（ステップＳ２２３）。また、バックライト制御部３０４は、ステップＳ２０２で決定した目標輝度Ｌｅを、現在の目標輝度Ｌｅ＿ｃｕｒとしてセットする（ステップＳ２２４）。この後、バックライト制御部３０４は、算出した中間輝度の値（Ｌｃｕｒ）を、輝度指定信号Ｌｏとして調光回路５００に出力し（ステップＳ２２５）、発光輝度制御処理を終える。

図１１に戻り、バックライト制御部３０４は、上述したステップＳ２０３の判定結果がＹＥＳの場合、すなわち入力画像データＤｉｎが変化していない場合は、まず、ＢＬ＿ｆｌａｇの値が“１”であるか否かを判定する（ステップＳ２１２）。ステップＳ２１２の判定結果がＹＥＳの場合は、非線形関数ＮＬＦ’が選択されている場合であるので、図１２に示すステップＳ２２１に移行する。この場合、バックライト制御部３０４は、非線形関数ＮＬＦ’を使用して次のフレーム分の中間輝度を算出し、算出した中間輝度の値を調光回路５００に出力する。このように図１１および図１２に示すフローチャートにおいて、Ｓ２０１〜Ｓ２０３→Ｓ２１２→Ｓ２２１〜Ｓ２２５のループを繰り返すことで、バックライト制御部３０４は、目標輝度Ｌｅに到達するまで、非線形関数ＮＬＦ‘を用いて１フレームごとに中間輝度を算出し、これを調光回路５００に出力する。

また、バックライト制御部３０４は、上述したステップＳ２１２の判定結果がＮＯの場合は、線形関数ＬＦが選択されている場合であるので、まず、ｎの値がＮ未満であるか否かを判定する（ステップＳ２１３）。ステップＳ２１３の判定結果がＹＥＳの場合は、まだ目標輝度Ｌｅまで到達していない場合であるから、線形関数ＬＦを使用して次のフレーム分の中間輝度を生成する必要がある。この場合、バックライト制御部３０４は、ｎの値をインクリメントし（ステップＳ２１４）、ステップＳ２０９に移行する。これにより線形関数ＬＦを使用して次のフレーム分の中間輝度が算出され、算出された中間輝度の値が調光回路５００に出力される。このように図１１に示すフローチャートにおいて、Ｓ２０１〜Ｓ２０３→Ｓ２１２〜Ｓ２１４→Ｓ２０９〜Ｓ２１１のループを繰り返すことで、バックライト制御部３０４は、目標輝度Ｌｅに到達するまで、線形関数ＬＦを用いて１フレームごとに中間輝度を算出し、これを調光回路５００に出力する。

一方、上述したステップＳ２１３の判定結果がＮＯの場合は、既に目標輝度Ｌｅまで到達した場合である。この場合、バックライト制御部３０４は、現在の輝度Ｌｃｕｒを固定して（ステップＳ２１５）、ステップＳ２１０に移行する。つまり、目標輝度Ｌｅに到達した後は、バックライト４００の輝度が目標輝度Ｌｅに維持される。

このように第１実施形態で使用した非線形関数ＮＬＦ（式２）よりも非線形関数ＮＬＦ’（式３）の方が非線形に変化させる場合の中間輝度を容易に算出することができる。従って、第１実施形態に比べ、バックライト制御部３０４の制御構成を簡素化できる。

＜３．変形例＞
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、例えば以下の変形が可能である。また、以下に示す２以上の変形を適宜組み合わせることもできる。

上述した各実施形態では、表示画像が暗画像から明画像に変化する場合を説明したが、明画像から暗画像に変化する場合も、バックライト４００の現在の輝度と目標輝度とを比較し、両者の差分が所定値未満の場合は線形関数を使用して中間輝度を生成する。また、両者の差分が所定値以上の場合は非線形関数を使用して中間輝度を生成する。但し、暗画像から明画像に変化する場合と、明画像から暗画像に変化する場合とでは、図１３からも明らかとなるように、バックライト４００の輝度を増加させるように中間輝度を生成するのか（暗画像→明画像）、バックライト４００の輝度を減少させるように中間輝度を生成するのか（明画像→暗画像）で相違する。しかしながら、線形関数の場合に単位時間当たりの変化量が一定である点や、非線形関数の場合に時間の経過に伴って変化量が次第に減少していく点は、両者の場合で共通する。なお、暗画像から明画像に変化する場合と、明画像から暗画像に変化する場合とで、線形関数の傾き（単位時間当たりの変化量）や非線形関数の輝度変化曲線（時間経過に伴う変化量）を異ならせてもよい。

図３〜図５の例示では、目標輝度に到達するまでの期間を固定としたが（Ｎ＝３２）、この期間を可変にしてもよい。また、線形関数ＬＦにおける１フレーム当たりの変化量を固定にしてもよい。上述した各実施形態では、１フレームごとにバックライト４００の輝度を調整する場合を説明したが、バックライト４００の輝度を調整する単位期間は１フレームに限らず任意に定めることができる。また、所定値をユーザーが設定できるようにしてもよい。

例えば、表示画像の変化には、メニュー画面から静止画への切り替えや、表示画像の拡大や縮小、ブラウザ画面でのスクロール等も含まれる。また、上述した各実施形態では表示画像として静止画を例示したが、表示画像は動画であってもよい。本発明は、半透過型の液晶表示装置にも適用可能である。また、液晶パネルの前面（観察側）にフロントライトを配置した反射型の液晶表示装置や、液晶パネルの横にサイドライトを配置した反射型の液晶表示装置にも適用可能である。このように本発明を利用してフロントライトやサイドライトの輝度調整を行ってもよい。

＜４．応用例＞
次に、本発明に係る液晶表示装置を搭載した電子機器について説明する。図１４〜図１６には、以上説明した何れかの形態に係る液晶表示装置１を搭載した電子機器が図示されている。
図１４は、液晶表示装置１を搭載したモバイル型のパーソナルコンピューター２０００の構成を示す斜視図である。パーソナルコンピューター２０００は、各種の画像を表示する液晶表示装置１と、電源スイッチ２００１やキーボード２００２が設けられた本体部２０１０を備える。
図１５は、液晶表示装置１を搭載した携帯電話機３０００の構成を示す斜視図である。携帯電話機３０００は、各種の画像を表示する液晶表示装置１と、複数の操作ボタン３００１やスクロールボタン３００２を備える。スクロールボタン３００２を操作することで液晶表示装置１に表示される画像がスクロールされる。
図１６は、液晶表示装置１を搭載した情報携帯端末４０００（ＰＤＡ：Personal Digital Assistants）の構成を示す斜視図である。情報携帯端末４０００は、各種の画像を表示する液晶表示装置１と、複数の操作ボタン４００１や電源スイッチ４００２を備える。操作ボタン４００１を操作すると、住所録やスケジュール帳といった各種の情報が液晶表示装置１に表示される。
なお、液晶表示装置１が搭載される電子機器としては、図１４〜図１６に例示した機器の他、テレビ、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、カーナビゲーション装置、電子手帳、電卓、テレビ電話機、ＰＯＳ端末、プリンター、スキャナー、複写機、ビデオプレーヤー、電子ペーパー等が挙げられる。

１…液晶表示装置、ＡＡ…液晶パネル、Ａ…表示領域、Ｐ…画素回路、１００…走査線駆動回路、１０２…走査線、Ｙ１〜Ｙｍ…走査信号、２００…データ線駆動回路、２０２…データ線、Ｘ１〜Ｘｎ…データ信号、３００…制御回路、ＤＹ…Ｙ転送開始パルス、ＹＣＫ…Ｙクロック信号、ＤＸ…Ｘ転送開始パルス、ＸＣＫ…Ｘクロック信号、Ｄｉｎ…入力画像データ、Ｄｏｕｔ…階調データ、Ｌｏ…輝度指定信号、３０２…液晶駆動制御部、３０４…バックライト制御部、３１０…ＡＰＬ検出部、ＡＰＬ…平均輝度レベル、３１２…目標輝度決定部、Ｌｅ，ＬＢ…バックライトの目標輝度、３１４…中間輝度生成部、ＬＦ…線形関数、ＮＬＦ，ＮＬＦ’…非線形関数、４００…バックライト、５００…調光回路、ＬＢ１〜ＬＢ５，ＬＢ１’〜ＬＢ３’…中間輝度、２０００…パーソナルコンピューター、２００１…電源スイッチ、２００２…キーボード、２０１０…本体部、３０００…携帯電話機、３００１…操作ボタン、３００２…スクロールボタン、４０００…情報携帯端末、４００１…操作ボタン、４００２…電源スイッチ。

Claims (6)

1. 画像信号に基づいて液晶パネルの表示領域に画像を表示する液晶表示部と、
   前記表示領域に光を照射する光源と、
   前記画像信号から前記光源の目標輝度を決定し、当該目標輝度と前記光源の現在の輝度との差に応じて、前記光源の輝度を、単位時間当たりの変化量が一定となるように、または時間の経過に応じて変化量が減少するように、前記現在の輝度から前記目標輝度まで変化させる制御部と、
   を備えることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記制御部は、
   前記差が所定値以上の場合は、前記光源の輝度を時間の経過に応じて変化量が減少するように変化させ、
   前記差が前記所定値未満の場合は、前記光源の輝度を単位時間当たりの変化量が一定となるように変化させる
   ことを特徴する請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記制御部は、
   前記差が前記現在の輝度に対して３０％以上ある場合は、前記光源の輝度を時間の経過に応じて変化量が減少するように変化させ、
   前記差が前記現在の輝度に対して３０％未満の場合は、前記光源の輝度を単位時間当たりの変化量が一定となるように変化させる
   ことを特徴する請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 前記制御部は、
   前記画像信号から前記表示領域に表示する画像の輝度を検出する検出部と、
   前記検出部で検出された輝度から前記光源の目標輝度を決定する決定部と、
   前記決定部で決定された目標輝度と前記光源の現在の輝度との差が所定値以上の場合は、前記光源の輝度を時間の経過に応じて変化量が減少するように前記現在の輝度から前記目標輝度まで変化させ、前記差が前記所定値未満の場合は、前記光源の輝度を単位時間当たりの変化量が一定となるように前記現在の輝度から前記目標輝度まで変化させる輝度調整部とを備える
   ことを特徴する請求項１に記載の液晶表示装置。
5. 請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載の液晶表示装置を備えたことを特徴とする電子機器。
6. 画像信号に基づいて液晶パネルの表示領域に画像を表示する液晶表示部と、前記表示領域に光を照射する光源とを備える液晶表示装置において前記光源の輝度を制御する方法であって、
   前記画像信号から前記光源の目標輝度を決定し、
   決定した目標輝度と前記光源の現在の輝度との差に応じて、前記光源の輝度を、単位時間当たりの変化量が一定となるように、または時間の経過に応じて変化量が減少するように、前記現在の輝度から前記目標輝度まで変化させる
   ことを特徴とする光源の輝度制御方法。
   

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