JP2017076027A - 液晶表示装置、テレビジョン受像機及び液晶バックライト制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】液晶バックライトの明るさ調整において、色度の変化を抑えつつ安定した調光を可能として輝度のダイナミックレンジを広くする。【解決手段】実施形態は、表示画面内を水平、垂直方向に分割した複数のエリア毎に発光素子を配列し発光させて輝度を調整するバックライトに対し、複数のエリアそれぞれについて、映像信号に基づいて前記バックライトの複数のエリアそれぞれについて輝度を計算し、前記映像信号を元に算出された輝度が第1の閾値以上の場合には、前記発光素子に対して、1フレーム期間中の駆動電流を固定して点灯時間を算出された輝度に応じて制御し、前記輝度が前記第1の閾値に満たない場合には、前記発光素子に対して、1フレーム期間中の前記点灯時間を固定して前記駆動電流を算出された輝度に応じて制御する。【選択図】図1
Description
本発明は、液晶表示装置、テレビジョン受像機及び液晶バックライト制御方法に関する。
近年、テレビジョン受像機に用いられる液晶表示装置にあっては、高輝度、高コントラストを特徴とするハイダイナミックレンジ技術が注目を集めている。特に、ハイダイナミックレンジ表示を行うには、バックライト制御技術が重要となってくる。現在、バックライト制御方法では、LED(Light Emitting Diode)が使用されることが多く、画面内を縦横に分割し、エリア毎に明るさの調整を行う方式がある。LEDの明るさの調整方法としては、対応するエリアの映像データの平均輝度に応じて、1フレーム期間中のLEDの点灯時間を制御する方法、LEDの駆動電流を制御する方法などがある。
ところで、LEDによる液晶バックライトの明るさ調整において、1フレーム期間内のLEDの点灯時間を制御する方法では、点灯時間が短くなるに従って安定した輝度での調光が難しくなるといった課題がある。また、LEDの駆動電流を制御する方法では、電流値の変化が大きいと色度の変化が大きくなるといった課題がある。
この実施形態の目的は、LEDによる液晶バックライトの明るさ調整において、色度の変化を抑えつつ安定した調光を可能とし、これによって輝度のダイナミックレンジを広くすることのできる液晶表示装置、テレビジョン受像機及び液晶バックライト制御方法を提供することにある。
実施形態に係る液晶表示装置は、表示画面内に縦横に複数の液晶セルを配列した液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの背面に配置され、前記表示画面内を水平、垂直方向に複数のエリアに分割し、エリア毎に配列した発光素子を発光させて輝度を調整するバックライトと、映像信号を入力して前記液晶表示パネルの各セルに前記映像信号の各画素に対応する駆動信号を供給して各セルの透過量を制御する液晶駆動部と、前記映像信号に基づいて前記バックライトの複数のエリアそれぞれについて輝度を計算し、その輝度に相当する明るさとなるように前記発光素子を駆動するバックライト駆動部とを具備する。前記バックライト駆動部は、複数のエリアそれぞれについて、前記入力映像信号を元に算出された輝度が第1の閾値以上の場合には、前記発光素子に対して、1フレーム期間中の駆動電流を固定して、点灯時間を算出された輝度に応じて制御し、前記輝度が前記第1の閾値に満たない場合には、前記発光素子に対して、1フレーム期間中の前記点灯時間を固定して、前記駆動電流を算出された輝度に応じて制御する。
以下、図面を参照して、本発明の実施の一形態について説明する。
図1は、実施形態に係る液晶表示装置が搭載されるテレビジョン受像機の構成を示すブロック図である。図1において、TVチューナ11は、図示しないアンテナからのデジタル放送波の受信信号を入力して指定チャンネルの放送信号を選局する。選局された放送信号は復調・復号部12に送られる。この復調・復号部12は、入力された放送信号に対して復調処理、誤り訂正復号処理を施してTS(Transport Stream)信号に変換する。このTS信号は映像・音声分離部13に送られる。この映像・音声分離部13は、入力されたTS信号を音声ストリームと音声ストリームに分離する。分離された映像信号は映像デコーダ14で映像ストリームから所定の解像度の映像データに変換されて液晶表示装置15に送られ、液晶表示パネルに映像として表示される。また、分離された音声信号は、音声デコーダ16で音声ストリームから指定モードの音声データに変換されて音声出力装置17に送られ、スピーカにより音響再生される。
以下、上記構成のテレビジョン受像機に適用される第1乃至第3の実施形態の液晶表示装置について説明する。
(第1の実施形態)
図2は、第1の実施形態に係る液晶表示装置15の具体的な構成を示すブロック図である。図2において、151は一対の基板に挟まれた液晶層を有し、表示画面内に規定個数の液晶セルを縦横に配列した液晶表示パネル、152は液晶表示パネル151の背面に配置され、表示画面内を水平、垂直方向に複数のエリアに分割し、エリア毎にLEDを配列して輝度の調整を可能とするバックライト基板である。
図2は、第1の実施形態に係る液晶表示装置15の具体的な構成を示すブロック図である。図2において、151は一対の基板に挟まれた液晶層を有し、表示画面内に規定個数の液晶セルを縦横に配列した液晶表示パネル、152は液晶表示パネル151の背面に配置され、表示画面内を水平、垂直方向に複数のエリアに分割し、エリア毎にLEDを配列して輝度の調整を可能とするバックライト基板である。
入力映像データは液晶駆動部153及びバックライト駆動部154に送られる。液晶駆動部153は、液晶表示パネル151の各セルに映像データの各画素に対応する駆動信号を供給して各セルの透過量を制御する。バックライト駆動部154は、バックライト基板152の各エリアに配置されたLEDに映像データから対応エリアの輝度を計算し、その輝度に相当する明るさとなるようにLEDを駆動する。
上記バックライト駆動部154において、輝度算出部1541は、入力映像データの映像を元に各エリアのバックライトの輝度を算出する。駆動電流・点灯時間決定部1542は、エリア毎に算出された輝度を元に、各エリアの1フレーム期間中のLEDの駆動電流と点灯時間を決定する。駆動電流制御部1543は、各エリアのLEDに対する駆動電流を決定部1542で決定された値に基づいて制御する。点灯時間制御部1544は、駆動電流制御部1543の後段に配置したON/OFF切替部1545に、各エリアのLEDに供給する駆動電流を決定部1542で決定された1フレーム期間中の点灯時間に基づいてON/OFF切替信号を送る。このようにして、各エリアのLEDの駆動電流、点灯時間を算出された輝度となるように制御する。
図3は図2の駆動電流・点灯時間決定部1542の駆動電流決定処理を具体的に説明するためのフローチャートである。図3において、輝度算出部1541で各エリアの輝度計算結果Lが得られると(ステップS11)、輝度計算結果Lが低輝度に入るか否かを判断するための閾値Thと比較する(ステップS12)。各エリアにおいて、輝度計算結果Lが閾値Th以上(Yes)の場合は、LEDの駆動電流を最大値等に固定して固定電流値とする(ステップS13)。閾値Thより小さい(No)場合は、予め求められた輝度−電流特性に従って駆動電流値を増減する(輝度−電流変換)(ステップS14)。この輝度−電流変換にはLUT(Look up Table)等を用いて行う方法がある。
図4は図2の駆動電流・点灯時間決定部1542の点灯時間決定処理を具体的に説明するためのフローチャートである。図4において、輝度算出部1541で各エリアの輝度計算結果Lが得られると(ステップS21)、輝度計算結果Lが低輝度に入るか否かを判断するための閾値Thと比較する(ステップS22)。各エリアにおいて、輝度計算結果Lが閾値Th以上(Yes)の場合は、LEDの1フレーム期間中の点灯時間を予め求められた輝度−点灯時間特性に従って増減する(輝度−点灯時間変換)(ステップS23)。閾値Thより小さい(No)場合は、最小値等に固定して固定点灯時間とする(ステップS24)。
すなわち、本実施形態では、図5に示すように、駆動電流で明るさを制御する方法と点灯時間で明るさを制御する方法を併せ持つハイブリッド制御方式を採用する。図5で、仮に駆動電流とLEDの明るさ、点灯時間とLEDの明るさが比例関係にあるとすると、図の四角で囲まれた領域が1フレーム期間中の明るさを表す。そして、図6に示すように、中・高輝度領域(輝度が閾値Th以上)では、点灯時間制御(駆動電流固定)を選択し、低輝度領域(輝度が閾値Th未満)で駆動電流制御(点灯時間固定)を選択するようにしている。LEDによる液晶バックライトの明るさ調整において、1フレーム期間内のLEDの点灯時間を制御する方法では、点灯時間が短くなるに従って安定した輝度での調光が難しくなるといった課題があるが、低輝度領域においては安定した発光が可能な固定の最小点灯時間とし、点灯時間制御を中・高輝度領域に制限しているため、輝度を安定して調光することができる。また、LEDの駆動電流を制御する方法では、電流の変化に応じて色度が変動するといった課題があるが、色度の変動を知覚しやすい中〜高輝度領域においては固定の電流値とし、電流制御を低輝度領域に制限しているため、色度変動の主観的な影響を小さくすることができる。これにより、中間〜高輝度にかけては点灯時間制御を行うことで色度の変動を抑えることができ、暗部においては輝度を低くして、輝度のダイナミックレンジを広くすることができる。
したがって、本実施形態に係る液晶表示装置によれば、LEDによる液晶バックライトの明るさ調整において、中間〜高輝度にかけての色度の変化を抑えつつ、低輝度まで安定した調光を可能とし、これによって輝度のダイナミックレンジを広くすることができる。
(第2の実施形態)
第2の実施形態では、輝度と比較する閾値を2段階に設定し、よりなだらかに明るさを調整する。本実施形態に係る液晶表示装置15の具体的な構成は、図2に示した第1の実施形態の場合と同様なので、ここではその説明を省略する。
第2の実施形態では、輝度と比較する閾値を2段階に設定し、よりなだらかに明るさを調整する。本実施形態に係る液晶表示装置15の具体的な構成は、図2に示した第1の実施形態の場合と同様なので、ここではその説明を省略する。
図7は、第2の実施形態において、駆動電流・点灯時間決定部1542の駆動電流決定処理を具体的に説明するためのフローチャートである。図7において、輝度算出部1541で各エリアの輝度計算結果Lが得られると(ステップS31)、輝度計算結果Lを第1の閾値Th1より大きい第2の閾値Th2と比較する(ステップS32)。各エリアにおいて、輝度計算結果Lが第2の閾値Th2以上(Yes)の場合は、予め求められた第1の輝度−電流特性に従って駆動電流値を増減する(第1の輝度−電流変換)(ステップS33)。第2の閾値Th2より小さい(No)場合は、第1の閾値Th1と比較する(ステップS34)。各エリアにおいて、輝度計算結果Lが第1の閾値Th1以上(Yes)の場合は、LEDの駆動電流を最大値等に固定して固定電流値とする(ステップS35)。第1の閾値Th1より小さい(No)場合は、予め求められた第2の輝度−電流特性に従って駆動電流値を増減する(第2の輝度−電流変換)(ステップS36)。
図8は、第2の実施形態において、駆動電流・点灯時間決定部1542の点灯時間決定処理を具体的に説明するためのフローチャートである。図8において、輝度算出部1541で各エリアの輝度計算結果Lが得られると(ステップS41)、輝度計算結果Lを第1の閾値Th1より大きい第2の閾値Th2と比較する(ステップS42)。各エリアにおいて、輝度計算結果Lが第2の閾値Th2以上(Yes)の場合は、最大値等に固定して第1の固定点灯時間とする(ステップS43)。第2の閾値Th2より小さい(No)場合は、第1の閾値Th1と比較する(ステップS44)。各エリアにおいて、輝度計算結果Lが第1の閾値Th1以上(Yes)の場合は、LEDの1フレーム期間中の点灯時間を予め求められた輝度−点灯時間特性に従って増減する(輝度−点灯時間変換)(ステップS45)。第1の閾値Th1より小さい(No)場合は、最小値等に固定して第2の固定点灯時間とする(ステップS46)。
すなわち、本実施形態では、図9に示すように、高輝度領域(輝度が第2の閾値Th2以上)では、固定の最大点灯時間として駆動電流制御を選択し、色度の変動を知覚しやすい中輝度領域(輝度が第2の閾値未満第1の閾値以上)の場合は、駆動電流を固定して点灯時間制御を選択し、低輝度領域(輝度が第1の閾値Th未満)で安定した発光が可能な固定の最小点灯時間として駆動電流制御を選択するようにしている。この場合、高輝度領域と低輝度領域で駆動電流制御を採用しているので、それぞれの領域における色度変動の主観的な影響を小さくすることができる。また、中間輝度領域では、点灯時間制御しているため、輝度を安定して調光することができる。
したがって、本実施形態に係る液晶表示装置によれば、LEDによる液晶バックライトの明るさ調整において、低輝度から高輝度まで、色度の変化を抑えつつ、安定した調光を可能とし、これによって輝度のダイナミックレンジを広くすることができる。
(第3の実施形態)
第3の実施形態では、図2に示した第1の実施形態の処理に加え、全画面のバックライト点灯輝度を加算し、それを元にバックライトの消費電力を求め、その消費電力が規定の電源容量未満の状態で、駆動電流制御、点灯時間制御を適切に切り換えることを特徴とする。
第3の実施形態では、図2に示した第1の実施形態の処理に加え、全画面のバックライト点灯輝度を加算し、それを元にバックライトの消費電力を求め、その消費電力が規定の電源容量未満の状態で、駆動電流制御、点灯時間制御を適切に切り換えることを特徴とする。
図10は第3の実施形態に係る液晶表示装置15の具体的な構成を示すブロック図である。尚、図10において、図2と同一部分には同一符号を付して示し、ここでは重複する説明を省略する。
図10に示すバックライト駆動部154では、消費電力計算部1546により、輝度算出部1541で算出されたエリア毎の輝度値を入力して全画面における点灯輝度を加算し、その加算結果を元にバックライトの消費電力を計算する。駆動電流・点灯時間決定部1542は、エリア毎に算出された輝度と共に全画面加算部1546で得られたバックライト消費電力を元に、各エリアの1フレーム期間中のLEDの駆動電流と点灯時間を決定する。具体的には、計算された輝度が閾値以上の場合において、消費電力が規定の電源容量以内に収まっているときは、駆動電流を固定して第1の輝度−点灯時間特性により点灯時間を制御する。また、計算された輝度が閾値に満たない場合には、点灯時間を第2の時間に固定して第2の輝度−駆動電流特性により駆動電流を制御する。
図11は駆動電流・点灯時間決定部1542の駆動電流決定処理を具体的に説明するためのフローチャートである。図11において、輝度算出部1541で各エリアの輝度計算結果Lが得られると(ステップS51)、輝度計算結果Lが低輝度に入るか否かを判断するための閾値Th1と比較する(ステップS52)。
各エリアにおいて、輝度計算結果Lが閾値Th1以上(Yes)の場合は、消費電力計算部1546で計算された全画面の輝度に基づく消費電力と規定の電源容量とを比較する(ステップS53)。ここで、Lが閾値Th1より高い閾値Th2未満か否かを判断し(ステップS54)、Th2未満ならば(No)、LEDの駆動電流を固定し(ステップS55)、消費電力が電源容量未満で、かつLが閾値Th2以上ならば(Yes)、LEDの駆動電流を予め求められた第1の輝度−電流特性に従って駆動電流値を増減する(ステップS56)。
また、ステップS52において、閾値Th1より小さい(No)場合は、予め求められた第2の輝度−電流特性に従って駆動電流値を増減する(ステップS57)。
図12は駆動電流・点灯時間決定部1542の点灯時間決定処理を具体的に説明するためのフローチャートである。図12において、輝度算出部1541で各エリアの輝度計算結果Lが得られると(ステップS61)、輝度計算結果Lが低輝度に入るか否かを判断するための閾値Thと比較する(ステップS62)。
各エリアにおいて、輝度計算結果Lが閾値Th1以上(Yes)の場合は、消費電力計算部1546で計算された全画面の輝度に基づく消費電力とLED駆動電源の電源容量とを比較する(ステップS63)。ここで、Lが閾値Th1より高い閾値Th2未満か否かを判断し(ステップS63)、LがTh2より低ければ(Yes)、点灯時間を予め求められた輝度−点灯時間特性に従って増減する(ステップS64)。また、Lが閾値Th2以上ならば(Yes)、1フレーム期間の点灯時間を第1の時間に固定する(ステップS66)。
また、ステップS62において、閾値Th1より小さい(No)場合は、点灯時間を第2の時間に固定する(ステップS67)。
図11、12はLがTh2以上で電源容量未満のとき、駆動電流を増加させることとしているが、L=Th2に対応する点灯時間を予め最大より小さく設定しておき、LがTh2以上で電下容量未満のときに、さらに点灯時間を増加させることとして問題ない。
したがって、上記実施形態に係る液晶表示装置によれば、第1の実施形態と同様に処理することで、中間〜高輝度にかけての色度の変化を抑えつつ、輝度のダイナミックレンジを広げて、安定した輝度でのバックライトの調光をすることができる。さらに、消費電力が電源容量未満で高輝度表示を行う場合には、駆動電流を増加させることで、さらに高輝度な表示が可能となる。これにより、電源容量の満たす範囲でのさらなる高輝度表示を可能としながら、低輝度から高輝度まで安定した輝度でのバックライトの調光を行うことができる。
尚、各実施形態において、各エリアのバックライトの輝度を算出した後、どのように電流、点灯時間の割り振りを行うかはこの限りではない。
以上のように、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
11…TVチューナ、12…復調・復号部、13…映像・音声分離部、14…映像デコーダ、15…液晶表示装置、151…液晶表示パネル、152…バックライト基板、153…液晶駆動部、154…バックライト駆動部、1541…輝度算出部、1542…駆動電流・点灯時間決定部、1543…駆動電流制御部、1544…点灯時間制御部、1545…ON/OFF切替部、1546…消費電力計算部、16…音声デコーダ、17…音声出力装置。
Claims (9)
- 表示画面内に縦横に複数の液晶セルを配列した液晶表示パネルと、
前記液晶表示パネルの背面に配置され、前記表示画面内を水平、垂直方向に複数のエリアに分割し、エリア毎に配列した発光素子を発光させて輝度を調整するバックライトと、
映像信号を入力して前記液晶表示パネルの各セルに前記映像信号の各画素に対応する駆動信号を供給して各セルの透過量を制御する液晶駆動部と、
前記映像信号に基づいて前記バックライトの複数のエリアそれぞれについて輝度を計算し、その輝度に相当する明るさとなるように前記発光素子を駆動するバックライト駆動部と
を具備し、
前記バックライト駆動部は、複数のエリアそれぞれについて、前記映像信号を元に算出された輝度が第1の閾値以上の場合には、前記発光素子に対して、1フレーム期間中の駆動電流を固定して、点灯時間を算出された輝度に応じて制御し、前記輝度が前記第1の閾値に満たない場合には、前記発光素子に対して、1フレーム期間中の前記点灯時間を固定して、前記駆動電流を算出された輝度に応じて制御する液晶表示装置。 - 前記バックライト駆動部は、さらに、複数のエリアそれぞれについて、前記映像信号を元に算出された輝度が前記第1の閾値より高い第2の閾値以上となった場合には、前記発光素子に対して、1フレーム期間中の前記点灯時間を固定して前記駆動電流を算出された輝度に応じて制御する請求項1記載の液晶表示装置。
- 前記バックライト駆動部は、さらに、前記複数のエリアそれぞれについて計算された輝度から全エリアの消費電力を算出し、前記消費電力が規定の電源容量未満の状態で、複数のエリアそれぞれについて、前記映像信号を元に算出された輝度が前記第1の閾値より高い第2の閾値以上となるとき、1フレーム期間中の前記点灯時間を固定して前記駆動電流を算出された輝度に応じて制御する請求項1記載の液晶表示装置。
- 表示画面内に縦横に複数の液晶セルを配列した液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの背面に配置され、前記表示画面内を水平、垂直方向に複数のエリアに分割し、エリア毎に配列した発光素子を発光させて輝度を調整するバックライトと、テレビ放送受信番組の映像信号を入力して前記液晶表示パネルの各セルに前記映像信号の各画素に対応する駆動信号を供給して各セルの透過量を制御する液晶駆動部と、前記映像信号に基づいて前記バックライトの複数のエリアそれぞれについて輝度を計算し、その輝度に相当する明るさとなるように前記発光素子を駆動するバックライト駆動部とを具備する液晶表示装置を用いるテレビジョン受像機であって、
前記バックライト駆動部は、複数のエリアそれぞれについて、前記映像信号を元に算出された輝度が第1の閾値以上の場合には、前記発光素子に対して、1フレーム期間中の駆動電流を固定して、点灯時間を算出された輝度に応じて制御し、前記輝度が前記第1の閾値に満たない場合には、前記発光素子に対して、1フレーム期間中の前記点灯時間を固定して、前記駆動電流を算出された輝度に応じて制御するテレビジョン受像機。 - 前記バックライト駆動部は、さらに、複数のエリアそれぞれについて、前記映像信号を元に算出された輝度が前記第1の閾値より高い第2の閾値以上となった場合には、前記発光素子に対して、1フレーム期間中の前記点灯時間を固定して前記駆動電流を算出された輝度に応じて制御する請求項4記載のテレビジョン受像機。
- 前記バックライト駆動部は、さらに、前記複数のエリアそれぞれについて計算された輝度から全エリアの消費電力を算出し、前記消費電力が規定の電源容量未満の状態で、複数のエリアそれぞれについて、前記映像信号を元に算出された輝度が前記第1の閾値より高い第2の閾値以上となるとき、1フレーム期間中の前記点灯時間を固定して前記駆動電流を算出された輝度に応じて制御する請求項4記載のテレビジョン受像機。
- 表示画面内に縦横に複数の液晶セルを配列した液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの背面に配置され、前記表示画面内を水平、垂直方向に複数のエリアに分割し、エリア毎に配列した発光素子を発光させて輝度を調整するバックライトとを備え、映像信号を入力して前記液晶表示パネルの各セルに前記映像信号の各画素に対応する駆動信号を供給して各セルの透過量を制御する液晶表示装置に用いられ、
複数のエリアそれぞれについて、前記映像信号に基づいて前記バックライトの複数のエリアそれぞれについて輝度を計算し、前記映像信号を元に算出された輝度が第1の閾値以上の場合には、前記発光素子に対して、1フレーム期間中の駆動電流を固定して1フレーム期間中の点灯時間を算出された輝度に応じて制御し、前記輝度が前記第1の閾値に満たない場合には、前記発光素子に対して、1フレーム期間中の前記点灯時間を固定して前記駆動電流を算出された輝度に応じて制御する液晶バックライト制御方法。 - さらに、複数のエリアそれぞれについて、前記映像信号を元に算出された輝度が前記第1の閾値より高い第2の閾値以上となった場合には、前記発光素子に対して、1フレーム期間中の前記点灯時間を固定して前記駆動電流を算出された輝度に応じて制御する請求項7記載の液晶バックライト制御方法。
- さらに、前記複数のエリアそれぞれについて計算された輝度から全エリアの消費電力を算出し、前記消費電力が規定の電源容量未満の状態で、複数のエリアそれぞれについて、前記映像信号を元に算出された輝度が前記第1の閾値より高い第2の閾値以上となるとき、1フレーム期間中の前記点灯時間を固定して前記駆動電流を算出された輝度に応じて制御する請求項7記載の液晶バックライト制御方法。
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