JP2012002862A - 画像表示装置及び画像表示方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光源により照明される液晶パネルの画面の輝度ムラを補償する際に、メモリしくは光源の発光素子数の削減により構造を簡略化し、装置の薄型化を可能とする。
【解決手段】輝度分布情報保持部１０は、光源部１６の発光素子を発光させたときの液晶パネル１８の画面上の輝度分布情報を保持する。光源輝度算出部１１は、入力映像信号の輝度値と輝度分布情報とに基づいて、発光素子の発光輝度を算出する。透過率算出部１３は、光源輝度算出部１１により算出された発光輝度に基づいて、液晶パネル１８の各画素の透過率を算出する。光源制御部１５は、光源輝度算出部１１により算出された発光輝度に基づいて光源部１６の制御を行う。液晶パネル制御部１４は、透過率算出部１３により算出された透過率に基づいて液晶パネル１８の透過率を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像表示装置及び画像表示方法に関し、より詳細には、光源と光拡散素材による輝度ムラおよび液晶パネルの輝度ムラを効率的に補正する画像表示装置および画像表示方法に関する。

光源からの光を液晶パネルに表示して画像表示を行う画像表示装置では、従来、複数の発光素子からなる光源と光拡散素材とを用いてできるだけ均一な輝度分布となる光を液晶パネルに照射し、さらにその状態で発生する画面上の輝度ムラの測定結果を保持しておき、この測定結果を元に液晶パネルの透過率を調整することで輝度ムラの少ない映像出力を得るようにしている。

このような輝度ムラの補正において、より少ないデータ量で補正を行う技術として、特許文献１のようにある標準的な２次元のムラ補正用のデータを保持しておき、このデータを線形に変換して利用するものがある。また、特許文献２のように複数の発光素子による領域ごとに独立した輝度調整を行う際に、発光素子による輝度分布情報とあらかじめ測定しておいた輝度ムラ情報を用いて液晶パネルの透過率を決定することで、領域ごとに必要最小限に近い光量での制御とムラ補正を行うようにしたものがある。

特開２００７−１２２０１３号公報 特開２００７−３４２５１号公報

特許文献１によれば、液晶パネルを含めたムラ補正が可能であるが、ムラ補正用のデータ量として、発光素子の数×輝度レベル数×１素子に必要とする領域の画素数分のデータが必要となる。
また、特許文献２によれば、ムラ補正用のデータを画面全体に対して保持する必要があり、また発光素子個別の輝度設定値を求めるにあたって、全発光素子の輝度設定値を用いた計算を必要とするため最低でも１フレームのフレーム遅延が発生し、このため入力映像信号を少なくとも１フレーム分遅延させるメモリが必要となる。

本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、光源により照明される液晶パネルの画面の輝度ムラを補償する際に、処理に使用するメモリの削減、もしくは光源の発光素子数の削減により構造を簡略化し、かつ装置の薄型化を可能とした画像表示装置及び画像表示方法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、該光源部から発光した光を拡散させる光拡散部と、該光拡散部で拡散された光の透過制御を行う液晶パネルと、を備えた画像表示装置であって、前記発光素子を発光させたときの前記液晶パネルの画面上の輝度分布情報を保持する輝度分布情報保持部と、入力映像信号の輝度値と、前記輝度分布情報保持部が保持している輝度分布情報とに基づいて、前記発光素子の発光輝度を算出する光源輝度算出部と、該光源輝度算出部により算出された前記発光輝度に基づいて、前記液晶パネルの各画素の透過率を算出する透過率算出部と、前記光源輝度算出部により算出された前記発光輝度に基づいて前記光源部の制御をおこなう光源制御部と、前記透過率算出部により算出された透過率に基づいて前記液晶パネルの透過率を制御する液晶パネル制御部と、を備えたことを特徴とする。

第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記輝度分布情報保持部は、前記複数の発光素子のうち、特定の発光素子のみを最大輝度で発光させ、前記液晶パネルの各画素の透過率を最大にしたときの画面上の輝度分布を示す第１の輝度分布情報と、前記第１の輝度分布情報に基づき画面内の輝度分布を生成し、該画面内の分布が均一になるように前記各画素の透過率を制御した状態で、前記複数の発光素子の全てを最大輝度で発光させたときの前記液晶パネルの画面上の実際の輝度分布の測定結果を示す第２の輝度分布情報と、を保持し、前記光源輝度算出部は、入力映像信号の各画素の輝度値と前記第２の輝度分布情報の対応位置の輝度値とを乗算した値を各画素の目標輝度値とし、該目標輝度値に基づいて各光源素子の光源輝度を算出し、前記透過率算出部は、前記光源輝度算出部が算出した各光源素子の光源輝度と、前記第１の輝度分布情報とを用いて、前記光源輝度算出部が算出した光源輝度で全ての前記光源素子を発光したときの前記画面上の輝度分布を算出し、該算出した輝度分布による輝度値を、前記光源素子により前記液晶パネルの各画素に供給される輝度とし、前記目標輝度を、前記各画素に供給される輝度で除算することにより、前記液晶パネルの各画像に設定する透過率を算出することを特徴とする。

第３の技術手段は、第２の技術手段において、前記第２の輝度分布情報の輝度分布を測定する際の前記各画素の透過率の制御は、前記第１の輝度分布情報を用いて、全ての前記光源輝度を最大輝度で発光したときの前記画面上の輝度分布を算出し、該算出した輝度分布による画素ごとの輝度値と、該算出した輝度分布に含まれる最小輝度値とから、各画素の輝度値を前記最小輝度値に補正するための補正値を算出し、該補正値を使用して前記液晶パネルの画素ごとの透過率を制御するものであることを特徴とする。

第４の技術手段は、第３の技術手段において、前記光源輝度算出部は、前記各光源素子を中心とした所定範囲の領域における前記目標輝度の最大値または平均値を求め、該求めた値をそれぞれの前記光源素子の光源輝度とすることを特徴とする。

第５の技術手段は、第１〜４のいずれか１の技術手段において、前記輝度分布情報保持部は、前記第１及び／または第２の輝度分布情報として、前記液晶パネルの画面の四隅近傍、該画面の四辺の中央近傍、および画面の中央近傍に位置する前記発光素子に対応した輝度分布情報を保持することを特徴とする。

第６の技術手段は、第１〜５のいずれか１の技術手段において、前記輝度分布情報保持部は、前記第１及び／または第２の輝度分布情報として、前記液晶パネルを製造する際に輝度ムラが発生する可能性の高い位置として予め定められた位置の輝度を含む輝度分布情報を保持することを特徴とする。

第７の技術手段は、複数の発光素子からなる光源部と、該光源部から発光した光を拡散させる光拡散部と、該光拡散部で拡散された光の透過制御を行う液晶パネルと、を備えた画像表示装置によって実行する画像表示方法であって、前記発光素子を発光させたときの前記液晶パネルの画面上の輝度分布情報を保持する輝度分布情報保持ステップと、入力映像信号の輝度値と、前記輝度分布情報保持部が保持している輝度分布情報とに基づいて、前記発光素子の発光輝度を算出する光源輝度算出ステップと、該光源輝度算出部により算出された前記発光輝度に基づいて、前記液晶パネルの各画素の透過率を算出する透過率算出ステップと、前記光源輝度算出部により算出された前記発光輝度に基づいて前記光源部の制御をおこなう光源制御ステップと、前記透過率算出部により算出された透過率に基づいて前記液晶パネルの透過率を制御する液晶パネル制御ステップと、を有することを特徴とする。

第８の技術手段は、第７の技術手段において、前記輝度分布情報保持ステップは、前記複数の発光素子のうち、特定の発光素子のみを最大輝度で発光させ、前記液晶パネルの各画素の透過率を最大にしたときの画面上の輝度分布を示す第１の輝度分布情報と、
前記第１の輝度分布情報に基づき画面内の輝度分布を生成し、該画面内の分布が均一になるように前記各画素の透過率を制御した状態で、前記複数の発光素子の全てを最大輝度で発光させたときの前記液晶パネルの画面上の実際の輝度分布の測定結果を示す第２の輝度分布情報と、を保持し、
前記光源輝度算出部ステップは、入力映像信号の輝度値に前記第２の輝度分布情報の対応輝度値を乗算した値を目標輝度値とし、該目標輝度値に基づいて各光源素子の光源輝度を算出し、
前記透過率算出ステップは、前記光源輝度算出部が算出した各光源素子の光源輝度と、前記第１の輝度分布情報とを用いて、前記光源輝度算出部が算出した光源輝度で全ての前記光源素子を発光したときの前記画面上の輝度分布を算出し、該算出した輝度分布による輝度値を、前記光源素子により前記液晶パネルの各画素に供給される輝度とし、前記目標輝度を、前記各画素に供給される輝度で除算することにより、前記液晶パネルの各画像の透過率を算出することを特徴とする。

第９の技術手段は、第８の技術手段において、前記所定の制御は、前記第１の輝度分布情報を用いて、全ての前記光源輝度を最大輝度で発光したときの前記画面上の輝度分布を算出し、該算出した輝度分布による画素ごとの輝度値と、該算出した輝度分布に含まれる最小輝度値とから、前記液晶パネルの画素ごとの透過率を制御するものであることを特徴とする。

第１０の技術手段は、第９の技術手段において、前記光源輝度算出ステップは、前記各光源素子を中心とした所定範囲の領域における前記目標輝度の最大値または平均値を求め、該求めた値をそれぞれの前記光源素子の光源輝度とすることを特徴とする。

第１１の技術手段は、第７〜１０のいずれか１の技術手段において、前記輝度分布情報保持ステップは、前記第１及び／または第２の輝度分布情報として、前記液晶パネルの画面の四隅近傍、該画面の四辺の中央近傍、および画面の中央近傍に位置する前記発光素子に対応した輝度分布情報を保持することを特徴とする。

第１２の技術手段は、第７〜１１のいずれか１に記載の技術手段において、前記輝度分布情報保持ステップは、前記第１及び／または第２の輝度分布情報として、前記液晶パネルを製造する際に輝度ムラが発生する可能性の高い位置として予め定められた位置の輝度を含む輝度分布情報を保持することを特徴とする。

本発明によれば、ムラ補正処理に関する要件として、使用メモリの少量化、もしくは発光素子数の少数化つまり低コスト化が可能であり、フレーム遅延は１フレーム未満での映像出力、更に表示部の薄型化を行うことが可能である。

本発明の画像表示装置が備えるムラ補正に関する機能の構成例を示すブロック図である。 発光素子による輝度分布の例を示したものである。 発光素子による輝度分布を１次元データで簡易的に表現する例を示したものである。 本発明における第１の輝度分布情報を用いた際、液晶パネルに照射される輝度分布の全体を示したものである。 本発明における第２の輝度分布情報を測定する際、基準となる輝度出力を実施した状態を示したものである。 本発明における第２の輝度分布情報を測定する際に必要となる液晶パネルの透過率制御値を示したものである。 本発明における第２の輝度分布情報を求めた状態を示したものである。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な画像表示装置の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、液晶パネルを照明する光源として白色ＬＥＤ光源を用いたもとを例とするが、本発明に係る実施形態は、例えば３原色Ｒ，Ｇ，Ｂの３つの光源が独立に制御可能な光源に対しても適用でき、以下の白色ＬＥＤの輝度をＲ光源の輝度、Ｇ光源の輝度、Ｂ光源の輝度に置き換えて考えることが可能である。また、ＲＧＢの３つの光源を用いた構成以外の構成についても、各光源が独立に制御可能であれば、同様の考え方を適用することができる。

（実施例１）
図１は、本発明の画像表示装置の構成例を表すブロック図である。以下、図中の１０から１８についてそれぞれ説明する。
まず、図１において、１６，１７，１８は画像を表示するための構成であって、１６は光源部、１７は光拡散素材、１８は液晶パネルである。光源部１６は、複数の発光素子で構成されている。発光素子としては、例えば冷陰極管、白色ＬＥＤ、もしくはＲ，Ｇ，Ｂの３つのＬＥＤからなる発光ユニット等を用いることができる。いずれの場合にも、それぞれの発光素子の輝度設定値は、独立して調節が可能なように作られているものとする。

なお、発光素子として冷陰極管を用いた光源では、冷陰極管を水平方向に複数本配置したものが多く、発光素子としてＬＥＤを用いた光源では、ＬＥＤをマトリックス状に配置したもの多い。ここでは、光源には白色のＬＥＤがマトリックス状に配置されているものとして説明を行う。

光拡散素材１７は、光源部１６からの光を拡散させて画面内の輝度を均一にするために用いられるもので、光拡散シートや光拡散板などがある。
一般に、光源部１６と光拡散素材１７との間には、光源部１６のＬＥＤの配置間隔と光拡散素材１７の拡散特性に応じて一定の距離が設けられる。例えば、光源部１６のＬＥＤの数を削減し、ＬＥＤの間隔を大きくした場合には、光源部１６と光拡散素材１７との距離を大きくしないと、画面全体に輝度ムラが発生してしまう。

しかしながら、光源部１６と光拡散素材１７との距離を大きくすると、表示装置自体が厚くなってしまい、表示装置自体の薄型化を阻害する。つまり、光源部１６のＬＥＤの数を多くすれば表示装置を薄型化することができるが、ＬＥＤの数の増加によりコスト増を招く。このように、通常は、ＬＥＤの数を減少させることと、表示装置の薄型化とはトレードオフの関係となっている。
これに対して本発明に係る実施例では、光源部１６と光拡散素材１７との配置関係は、従来のような制限を受けることはなく、光源部１６のＬＥＤの間隔は従来の通常のままで、光源部１６と光拡散素材との距離を短くすることができ、もしくは、ＬＥＤの間隔を広げた場合でも、光源部１６と光拡散素材１７との距離を長くする必要はない。

液晶パネル１８は、マトリックス状に画素が用意され、通常はＲＧＢのカラーフィルタが設けられ、画素内のＲＧＢごとにその透過率を制御できるようになっている。通常、透過率０％〜１００%の範囲に０から２５５などの値を対応させて制御するものが多いが、ここでは透過率０％〜１００％を０.０〜１.０の数値で表すものとし、実際には液晶パネルに応じてこの数値を読み替えて使用するものとする。

輝度分布情報保持部１０は、２種類の輝度分布情報（第１の輝度分布情報、第２の輝度分布情報）をそれぞれ一つ以上保持する。ここでは、実際に映像入力があった場合に演算に容易に用いることができるように、予め測定および計算を行った情報として保持する。これら輝度分布情報の測定および計算手法について以下に説明する。

第１の輝度分布情報は、画面内でＬＥＤの位置を中心とする２次元の輝度分布情報である。この第１の輝度分布情報は、液晶パネルの透過率を１.０とした状態で光源部１６が備える複数のＬＥＤのうちの１つを最大輝度で発光させ、そのＬＥＤの画面内の位置を示す情報と、その位置を中心とした輝度分布の測定結果を液晶パネル上の画素単位で表すものである。輝度分布の測定範囲については、少なくとも光拡散素材１７による拡散によって画面上で輝度が得られる範囲が必要である。

図２は、特定のＬＥＤを発光させたときの画素毎の画面上の輝度値の測定例を示す図である。ここでは、発光させたＬＥＤを中心にして、画面上の画素の位置をｘ−ｙ軸に示し、各画素ごとの輝度値をｚ軸に示す。このように、画面上の輝度値は、実際には図２のような２次元の配列で表されるものであるが、以後、図示を容易にして説明を簡単にするため、図３に示すように、画面の中心を通るライン上の輝度値のみをプロットした図で示すこととする。また、全画素について輝度値を測定した場合にはその情報量が多くなるため、全画素の輝度値を特定の画素単位で間引き、それを線形に補間して保持するようにしてもよい。あるいは、画面内の上下左右の輝度分布が対称であるものとして扱うことで、画面の１／４の範囲の輝度値だけを保持し、簡素化を図るようにしてもよい。

上記のごとくの輝度分布情報は、対象とするＬＥＤの最大輝度出力における輝度値の分布情報である。この輝度分布情報を使用する場合には、実際に使用するＬＥＤの輝度出力と上記の最大輝度出力との比率を算出し、その比率を上記の輝度分布情報の輝度値に乗算する。また画面の各画素位置においては、複数のＬＥＤから発光した光が総和された輝度を有しているため、実際に輝度分布情報の輝度値を使用する場合には、最大輝度出力とそれぞれのＬＥＤに設定される輝度出力との比率を輝度分布情報に乗算した値が画素位置ごとに総和されて利用される。

例えば、図４に示す例では、７個のＬＥＤによる輝度分布情報が示されている。ここでは、それぞれのＬＥＤに関する輝度分布情報に対して、ＬＥＤの最大輝度値と、それぞれのＬＥＤに実際に設定する輝度値との比が乗算され、画素位置ごとにその輝度値の総和を計算した値が示されている。例えば、この例では、ＬＥＤに設定する設定出力／最大輝度出力の値は、ＬＥＤ１は０.７であり、ＬＥＤ２は０.３、ＬＥＤ３は０.５、ＬＥＤ４は１.０（最大輝度）、ＬＥＤ５，６は０.２、ＬＥＤ７は０.５である。これらの値が、各ＬＥＤについて得られた輝度分布情報に乗算される。そして画素位置ごとに輝度値を総和した値が、実際の画面上に現れる輝度となる。

この場合、第１の輝度分布情報としては、光源部１６が有する全てのＬＥＤの各々について輝度分布を測定することで、液晶パネルの輝度ムラを精度よく補正可能な輝度分布情報が得られるが、保持すべき輝度値の情報が多くなる。そこで第１の輝度分布情報としては、特徴的な位置のＬＥＤについて輝度分布情報を測定し、これらを保持することで情報量を減らすことができる。
ここでは、画面上の輝度分布の形状が異なるＬＥＤについて第１の輝度分布情報を保持することが好ましい。例えば、画面中央付近に位置するＬＥＤの場合は、どのＬＥＤを発光させてもほぼ同様の輝度分布が観測される。これに対して、画面の四隅や画面の上下左右の縁部分近傍に位置するＬＥＤの場合には、光源部内の光反射特性が異なるため、それぞれ異なる輝度分布が観測される。

画面中央付近に位置するＬＥＤによる輝度分布情報のみでも本発明に係る制御は可能であるが、好ましくは、少なくとも画面の中央部と、角近傍、及び辺近傍の３か所のＬＥＤを発光させたときの輝度分布情報を保持することが望ましい。また、画面中央付近のＬＥＤによる輝度分布情報としては、画面中央付近の複数のＬＥＤによる輝度分布情報を測定し、各ＬＥＤの位置を中心位置としてその中心位置からの距離に応じた輝度値の平均値をとるなどの手法により、画面中央付近に関する標準的な輝度分布情報を求めて保持することが望ましい。

次に第２の輝度分布情報について説明する。
第２の輝度分布情報は、画面内のＬＥＤの位置とは関係なく、任意の位置を中心とする輝度分布情報である。この第２の輝度分布情報は、液晶パネルの透過率に所定の制御を行った状態で、光源部が有する全てのＬＥＤを最大輝度で発光させ、着目する点の周囲の輝度分布の測定したものである。

上記の透過率の所定の制御とは、以下のとおりの制御である。
まず、第１の輝度分布情報を全ＬＥＤについて求める。第１の輝度分布情報は、上述のように個々のＬＥＤを最大輝度で発光させたときの画面の輝度分布を示す情報である。そして、これらの輝度分布情報の輝度値を個々のＬＥＤの位置ごとに加算すると、全てのＬＥＤを最大輝度で発光させた場合の画面全体の輝度分布情報が得られる。

例えば、図５においては、７個のＬＥＤのうち、両端の２つのＬＥＤ（ＬＥＤ１，７）については、互いに左右対称な輝度分布情報が得られる。また、中央の５個のＬＥＤ（ＬＥＤ２〜６）については、それぞれのＬＥＤについて同一形状の輝度分布情報が得られる。このような輝度分布情報が得られるＬＥＤを全て最大輝度にて発光させた場合に想定される画面上の輝度は、各輝度分布情報の画素値位置ごとの輝度値の総和として求められる。

液晶パネルの透過率の所定の制御は、上記のようにして得られた最大輝度値のときの画面全体の輝度分布について、画面全体の輝度の最小値と各画素における輝度との比から、最小輝度に合うように透過率を決定する。
ここでは、各画素の透過率は、
透過率＝輝度の最小値／各画素の想定輝度 ・・・（１）
により計算される。各画素の想定輝度とは、図５に示すように、各ＬＥＤが最大輝度値のときの画素位置ごとの輝度値の総和として示される値であって、ＬＥＤを全て最大輝度で発光させたときに想定される画素ごとの輝度である。

例えば、図５に示すような輝度分布が得られている場合、上記式（１）によって図６に示すような透過率の分布が得られる。そして、得られた透過率の分布情報に従って液晶パネルの各画素の透過率を制御する。これにより想定輝度が高い画素については液晶の透過率が適切に下げられて、理想的には画面全体が均一の輝度になる。ただし、これは想定輝度に基づく理想的な場合であって、実際には理想的な状態との誤差が生じる。

これに対処するため、上記のような手法に基づき液晶パネルの各画素の透過率を制御した状態で、画面の輝度分布を測定し、その輝度分布情報を第２の輝度分布情報とする。
第１の輝度分布情報はＬＥＤが個別に点灯している場合の情報で、これを用いて全点灯で全透過の状態を算出することができる。ただし、実際には液晶パネルにおけるフィルム張り合わせのムラやガラスの歪み等によって計算どおりにはならない。第２の輝度分布情報は、この計算どおりにはいかない部分を補正するためのものとの位置づけとなる。

このとき画面の輝度分布情報としては、前述のような輝度値の間引きと線形補間により情報量を削減したり、反射特性の対称性に着目して測定領域を簡素化して情報量を削減する、等の手法を採用してもよい。
またこの場合、第２の輝度分布情報についても、第１の輝度分布情報と同様に、特徴的な部分を中心とした輝度分布情報を保持することが望ましい。例えば、液晶パネルは、その製造工程でガラス基板が支えられていた部分に輝度ムラが発生しやすい。この位置は製造工程で決まっているため、液晶パネルでムラが発生しやすい位置が予めわかっている。従って、この位置を中心とした第２の輝度分布情報を保持することが考えられる。また例えば、上記のような輝度ムラ発生に関する情報がない場合に、画面内で最も輝度のばらつきの大きい領域の中心を選ぶ、ということも考えられる。

このようにして得られた第２の輝度分布情報は、そのまま保持してもよいが、後の演算のために次の変換を施しておくことが好適である。
ここでは、上記の液晶パネルの透過率制御に用いた輝度の最小値を輝度の期待値とし、実測により得られた輝度値と期待値との比の逆数を保持しておくと、後の演算でその値をそのまま使用することができる。
例えば、輝度の期待値が０.８で、着目点の実測の輝度値が１.０の場合、０.８／１.０＝０.８を保持する。図７は、この計算により得られた第２の輝度分布情報を示す図である。なお、この計算例では、画面内の全領域にわたって輝度分布情報を計算しているが、実際には上記のように、特定の部分のみの分布情報を取り出して保存してもよい。

光源輝度算出部１１においては、入力映像信号と輝度分布情報とを元に各ＬＥＤの発光の程度を決定する。この場合、入力の映像信号は最小値０から最大値２５５の値などにより表現されることが多いが、ここでは最小値０.０から最大値１.０で表現するものとし、実際の入力信号の表現を置き換えて考えるものとする。

入力映像信号が、第２の輝度分布情報が存在する位置の映像信号である場合には、入力映像信号の輝度値と第２の輝度分布情報の輝度値との積を目標輝度値として算出する。また、入力映像信号が、第２の輝度分布情報が存在する位置の映像信号ではない場合には、入力映像信号の輝度値をそのまま目標輝度値とする。

光源輝度分布情報保持部１０では、上記のような処理により得られた第１の輝度分布情報と、第２の輝度分布情報とを保持しておき、実際の映像表示における光源輝度算出及び透過率算出の処理に使用する。

光源輝度算出部１１は、上記の目標輝度値を元に、第１の輝度分布情報を用いて各ＬＥＤの輝度設定値を決定する。ここで輝度設定値としては、０.０を消灯、１.０を最大輝度設定値として求めるものとする。

輝度設定値の決定については、様々な手法が考えられるためここでは限定しないが、例えば、輝度設定値計算の対象とするＬＥＤを中心とした一定領域を考え、その一定領域における目標輝度値の最大値もしくは平均値を求め、その値を輝度設定値とする手法が考えられる。
例えば消費電力より輝度の正確さを優先させるとする場合には、最大輝度に合わせて点灯させれば輝度不足とはならないものの、周囲のＬＥＤからの加算を考慮していないため、必要最小限の輝度ではなく、余分に発光している部分をパネルの透過率を落として遮ることになる。また、例えば平均値を用いる場合には、平均的には十分な輝度が得られ無駄な発光も少ないが、場合によっては特定の狭い領域で高輝度が必要な場合に、パネルの透過率を最大にしても輝度が不十分になってしまうことが考えられる。システムの簡素化のためにはトレードオフをしてもよいし、または必要最小限で正確な輝度が得られるようにもっと複雑な計算を行ってもよい。ここでは、いずれにしても、全てのＬＥＤのそれぞれに対して０.０から１.０の間の輝度設定値が与えられるものとする。

求められたＬＥＤの輝度設定値は、過去輝度設定値保持部１２に保持させる。ここで、全てのＬＥＤについて輝度設定値を求めて保持することとした場合、例えば、映像信号のフレーム間では輝度値の相関が高いため、入力映像信号を元に算出した現在のフレームの輝度設定値と、１フレーム前の輝度設定値とを加重平均するなどして、より適切な輝度設定値を求めることが可能である。
また更には、現フレームの輝度設定値が高く算出された場合には、現フレームで計算された輝度設定値のみを用い、そうでない場合には現フレームと過去フレームの輝度設定値の加重平均をとるようにすれば、シーンチェンジ時等における輝度不足を回避することができる。

透過率算出部１３においては、入力映像信号と、光源輝度算出部１１が算出したＬＥＤ輝度設定値と、輝度分布情報保持部１０に保持した２種類の輝度分布情報（第１及び第２の輝度分布情報）を元に、液晶パネルの各画素の透過率を算出する。
ここでは、まず各ＬＥＤの輝度設定値と第１の輝度分布情報とから、液晶パネル上の全画素に対して供給される輝度を求める。画素に対して供給される輝度とは、入力映像信号の輝度と、第１、第２の輝度分布情報を元に算出した光源輝度をさす。つまりはその画素で得られる輝度となる。この輝度に透過率をかけることで、目標とする輝度が得られる。

ここでは、ＬＥＤの輝度設定値と、その位置のＬＥＤに対応する第１の輝度分布情報との積をまず求め、同じ画素位置に複数の輝度分布情報がある場合には、各ＬＥＤについて得られた積の総和がその画素に供給される輝度となる。この操作は図４に示したものと同様の操作である。

次に、光源輝度算出部１１で行った手法と同じ手法を用いて、入力の映像信号と第２の輝度分布情報とから目標輝度値を算出する。この目標輝度値はここで再計算してもよいし、光源輝度算出部１１から取得してもよい。

最終的な液晶パネルの透過率は、画素に供給される輝度と目標輝度値の比で決定される。つまり、以下のようになる。
透過率＝目標輝度値／画素に供給される輝度
この計算結果により、透過率が１.０を超える場合には制御ができないので１.０として扱うこととする。液晶パネル制御部１４においては、透過率算出部１３で求めた透過率に応じて液晶パネルの各画素の透過率制御を行う。光源制御部１５においては、光源輝度算出部１１でもとめた各ＬＥＤの輝度設定値に応じてＬＥＤの調光制御を行う。

上記のような構成によって、本発明に係る画像表示装置及び方法の実施形態では、液晶パネルの画面上の輝度分布情報を保持し、入力映像信号の輝度値と輝度分布情報とに基づいて、発光素子の発光輝度を算出し、算出した発光輝度に基づいて液晶パネルの各画素の透過率を算出して、光源部の発光輝度を制御する。そしてこのときに算出した透過率に基づいて液晶パネルの各画素の透過率を制御する。これにより、光源部の光源素子の間隔は従来のように制限されることなく、また光源素子と光拡散素子との間隔も従来のように制限を受けることなく、画像表示装置の薄型化、及び構造の簡略化によるコストダウンを実現できる。また、本発明に係る実施形態では、透過率計算におけるフレーム遅延は１フレーム未満に抑えられ、メモリを削減して構成の簡略化を図ることができる。

１０…輝度分布情報保持部、１１…光源輝度算出部、１２…過去輝度設定値保持部、１３…透過率算出部、１４…液晶パネル制御部、１５…光源制御部、１６…光源部、１７…光拡散素材、１８…液晶パネル。

Claims (12)

1. 複数の発光素子からなる光源部と、該光源部から発光した光を拡散させる光拡散部と、該光拡散部で拡散された光の透過制御を行う液晶パネルと、を備えた画像表示装置であって、
   前記発光素子を発光させたときの前記液晶パネルの画面上の輝度分布情報を保持する輝度分布情報保持部と、
   入力映像信号の輝度値と、前記輝度分布情報保持部が保持している輝度分布情報とに基づいて、前記発光素子の発光輝度を算出する光源輝度算出部と、
   該光源輝度算出部により算出された前記発光輝度に基づいて、前記液晶パネルの各画素の透過率を算出する透過率算出部と、
   前記光源輝度算出部により算出された前記発光輝度に基づいて前記光源部の制御をおこなう光源制御部と、
   前記透過率算出部により算出された透過率に基づいて前記液晶パネルの透過率を制御する液晶パネル制御部と、を備えたことを特徴とする画像表示装置。
2. 請求項１に記載の画像表示装置において、
   前記輝度分布情報保持部は、前記複数の発光素子のうち、特定の発光素子のみを最大輝度で発光させ、前記液晶パネルの各画素の透過率を最大にしたときの画面上の輝度分布を示す第１の輝度分布情報と、
   前記第１の輝度分布情報に基づき画面内の輝度分布を生成し、該画面内の分布が均一になるように前記各画素の透過率を制御した状態で、前記複数の発光素子の全てを最大輝度で発光させたときの前記液晶パネルの画面上の実際の輝度分布の測定結果を示す第２の輝度分布情報と、を保持し、
   前記光源輝度算出部は、入力映像信号の各画素の輝度値と前記第２の輝度分布情報の対応位置の輝度値とを乗算した値を各画素の目標輝度値とし、該目標輝度値に基づいて各光源素子の光源輝度を算出し、
   前記透過率算出部は、前記光源輝度算出部が算出した各光源素子の光源輝度と、前記第１の輝度分布情報とを用いて、前記光源輝度算出部が算出した光源輝度で全ての前記光源素子を発光したときの前記画面上の輝度分布を算出し、該算出した輝度分布による輝度値を、前記光源素子により前記液晶パネルの各画素に供給される輝度とし、
   前記目標輝度を、前記各画素に供給される輝度で除算することにより、前記液晶パネルの各画像に設定する透過率を算出することを特徴とする画像表示装置。
3. 請求項２に記載の画像表示装置において、
   前記第２の輝度分布情報の輝度分布を測定する際の前記各画素の透過率の制御は、前記第１の輝度分布情報を用いて、全ての前記光源輝度を最大輝度で発光したときの前記画面上の輝度分布を算出し、該算出した輝度分布による画素ごとの輝度値と、該算出した輝度分布に含まれる最小輝度値とから、各画素の輝度値を前記最小輝度値に補正するための補正値を算出し、該補正値を使用して前記液晶パネルの画素ごとの透過率を制御するものであることを特徴とする画像表示装置。
4. 請求項２または３に記載の画像表示装置において、
   前記光源輝度算出部は、前記各光源素子を中心とした所定範囲の領域における前記目標輝度の最大値または平均値を求め、該求めた値をそれぞれの前記光源素子の光源輝度とすることを特徴とする画像表示装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１に記載の画像表示装置において、
   前記輝度分布情報保持部は、前記第１及び／または第２の輝度分布情報として、前記液晶パネルの画面の四隅近傍、該画面の四辺の中央近傍、および画面の中央近傍に位置する前記発光素子に対応した輝度分布情報を保持することを特徴とする画像表示装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１に記載の画像表示装置において、
   前記輝度分布情報保持部は、前記第１及び／または第２の輝度分布情報として、前記液晶パネルを製造する際に輝度ムラが発生する可能性の高い位置として予め定められた位置の輝度を含む輝度分布情報を保持することを特徴とする画像表示装置。
7. 複数の発光素子からなる光源部と、該光源部から発光した光を拡散させる光拡散部と、該光拡散部で拡散された光の透過制御を行う液晶パネルと、を備えた画像表示装置によって実行する画像表示方法であって、
   前記発光素子を発光させたときの前記液晶パネルの画面上の輝度分布情報を保持する輝度分布情報保持ステップと、
   入力映像信号の輝度値と、前記輝度分布情報保持部が保持している輝度分布情報とに基づいて、前記発光素子の発光輝度を算出する光源輝度算出ステップと、
   該光源輝度算出部により算出された前記発光輝度に基づいて、前記液晶パネルの各画素の透過率を算出する透過率算出ステップと、
   前記光源輝度算出部により算出された前記発光輝度に基づいて前記光源部の制御をおこなう光源制御ステップと、
   前記透過率算出部により算出された透過率に基づいて前記液晶パネルの透過率を制御する液晶パネル制御ステップと、を有することを特徴とする画像表示方法。
8. 請求項７に記載の画像表示方法において、
   前記輝度分布情報保持ステップは、前記複数の発光素子のうち、特定の発光素子のみを最大輝度で発光させ、前記液晶パネルの各画素の透過率を最大にしたときの画面上の輝度分布を示す第１の輝度分布情報と、
   前記第１の輝度分布情報に基づき画面内の輝度分布を生成し、該画面内の分布が均一になるように前記各画素の透過率を制御した状態で、前記複数の発光素子の全てを最大輝度で発光させたときの前記液晶パネルの画面上の実際の輝度分布の測定結果を示す第２の輝度分布情報と、を保持し、
   前記光源輝度算出部ステップは、入力映像信号の輝度値に前記第２の輝度分布情報の対応輝度値を乗算した値を目標輝度値とし、該目標輝度値に基づいて各光源素子の光源輝度を算出し、
   前記透過率算出ステップは、前記光源輝度算出部が算出した各光源素子の光源輝度と、前記第１の輝度分布情報とを用いて、前記光源輝度算出部が算出した光源輝度で全ての前記光源素子を発光したときの前記画面上の輝度分布を算出し、該算出した輝度分布による輝度値を、前記光源素子により前記液晶パネルの各画素に供給される輝度とし、
   前記目標輝度を、前記各画素に供給される輝度で除算することにより、前記液晶パネルの各画像の透過率を算出することを特徴とする画像表示方法。
9. 請求項８に記載の画像表示方法において、
   前記第２の輝度分布情報の輝度分布を測定する際の前記各画素の透過率の制御は、前記第１の輝度分布情報を用いて、全ての前記光源輝度を最大輝度で発光したときの前記画面上の輝度分布を算出し、該算出した輝度分布による画素ごとの輝度値と、該算出した輝度分布に含まれる最小輝度値とから、各画素の輝度値を前記最小輝度値に補正するための補正値を算出し、該補正値を使用して前記液晶パネルの画素ごとの透過率を制御するものであることを特徴とする画像表示方法。
10. 請求項８または９に記載の画像表示方法において、
    前記光源輝度算出ステップは、前記各光源素子を中心とした所定範囲の領域における前記目標輝度の最大値または平均値を求め、該求めた値をそれぞれの前記光源素子の光源輝度とすることを特徴とする画像表示方法。
11. 請求項７〜１０のいずれか１に記載の画像表示方法において、
    前記輝度分布情報保持ステップは、前記第１及び／または第２の輝度分布情報として、前記液晶パネルの画面の四隅近傍、該画面の四辺の中央近傍、および画面の中央近傍に位置する前記発光素子に対応した輝度分布情報を保持することを特徴とする画像表示方法。
12. 請求項７〜１１のいずれか１に記載の画像表示方法において、
    前記輝度分布情報保持ステップは、前記第１及び／または第２の輝度分布情報として、前記液晶パネルを製造する際に輝度ムラが発生する可能性の高い位置として予め定められた位置の輝度を含む輝度分布情報を保持することを特徴とする画像表示方法。

Images