JP2017173414A - 光源点灯装置、表示装置、および、テレビジョン装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高輝度で発光できる時間を延ばすことができる光源点灯装置、表示装置、および、テレビジョン装置を提供する。【解決手段】バックライト７を複数の領域に分割し、分割した領域の映像信号に応じて領域毎に光源の発光輝度を制御する表示装置１に搭載される光源点灯装置である。映像信号の特徴量に応じて、光源の駆動電力の合計値が許容電力値以下となるように、光源の発光輝度を制御する制御部３を有する。制御部は、映像信号の特徴量が所定の値の場合に、許容電力値が最大値となり、特徴量が所定の値以上の場合に、記許容電力値が最大値より小さくなるように、光源の発光輝度を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、光源点灯装置、表示装置に関し、詳細には、バックライトを複数の領域に分割し、分割した領域の映像信号に応じて領域毎に光源の発光輝度を制御する表示装置に搭載される光源点灯装置、表示装置、および、テレビジョン装置に関する。

近年、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）をバックライト光源とした表示装置が各メーカから発売されている。このＬＥＤは、順方向に電圧を加えた際に発光する半導体素子である。このＬＥＤをバックライト光源として用いた場合、ローカルディミングが可能であるという利点がある。ローカルディミングは、バックライトを複数の領域に分割し、それぞれの領域の映像信号に応じて領域毎にＬＥＤの発光輝度を制御する技術である。

ローカルディミングについては種々の技術が開示されており、例えば、特許文献１には、領域内の画素の輝度の最大値と平均値とを組み合わせてＬＥＤの発光輝度を決定する技術が開示されている。また、特許文献２には、バックライトの筐体温度と領域内のＬＥＤの発光輝度とに基づき、領域内のＬＥＤの温度を推定する技術が開示されている。

国際公開第２００９／０５４２２３号パンフレット 特開２０１２−２３７９７２号公報

ところで、前述のローカルディミングをさらに発展させた手法として、電力が規定値を超えないようにＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御を行い、点灯する面積が小さいときは局所的に電力を投入し、ピーク輝度を高める手法が知られている。この手法により、通常のローカルディミングに比べて、高い輝度を出すことができる。
また、表示技術に関し、自然界に存在するものを忠実に再現して表示するＨＤＲ（High Dynamic Range imaging）の技術があり、例えば、画面内の花火やネオンといった発光色部分を忠実に再現し、輝き感を出すことができる。

しかしながら、ＨＤＲのような狭い領域で高輝度を出す場合、単位面積当たりの電力が増加するので、その領域がより一層高温になる。
一方、ＬＥＤは熱に弱く、高温環境に置かれると発光効率や寿命の低下を招く。つまり、ＬＥＤが高輝度で発光する前から当該領域が高温状態にあると、高輝度で発光できる時間が短くなるという問題がある。上記特許文献１，２の技術は、ＬＥＤが高輝度で発光できる時間を延ばす点に着目したものではなく、このような課題を解決できない。

本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたもので、高輝度で発光できる時間を延ばすことができる光源点灯装置、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、バックライトを複数の領域に分割し、該分割した領域の映像信号に応じて領域毎に光源の発光輝度を制御する表示装置に搭載される光源点灯装置であって、前記映像信号の特徴量に応じて、前記光源の駆動電力の合計値が許容電力値以下となるように、前記光源の発光輝度を制御する制御部を有し、該制御部は、前記映像信号の前記特徴量が所定の値の場合に、前記許容電力値が最大値となり、前記特徴量が前記所定の値以上の場合に、前記許容電力値が前記最大値より小さくなるように、前記光源の発光輝度を制御す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、前記制御部は、前記映像信号の前記特徴量が前記所定の値以上の場合に、該特徴量の増加に応じて前記許容電力値が常に単調減少するように、前記光源の発光輝度を制御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または第２の技術手段において、前記映像信号の前記特徴量が平均輝度レベルであることを特徴としたものである。

第４の技術手段は、第１から第３のいずれか１の技術手段を搭載した表示装置であって、前記制御部は、前記映像信号の前記特徴量が前記所定の値以上の場合に、該特徴量の増加に応じて許容電力値を単調減少させるように、前記光源の発光輝度を制御する許容電力値の変更モードと、前記許容電力値を一定値に維持したまま、前記光源の発光輝度を制御する許容電力値の一定モードとを選択可能に構成したことを特徴としたものである。

第５の技術手段は、第１から第３のいずれか１の技術手段の光源点灯装置、または、第４の技術手段の表示装置を備えたテレビジョン装置である。

本発明によれば、映像信号の特徴量が大きい場合に、許容電力値を低い値に設定する。よって、映像信号の特徴量が大きい場合における光源の温度を下げられるため、映像信号の特徴量の変化に応じて高輝度で発光できる時間を延ばすことができる。

本発明の一実施形態による光源点灯装置を備えた表示装置の要部構成例を示すブロック図である。 許容電力値の設定方法について説明する図である。 光源の温度を説明する図である。 光源の輝度の設定方法について説明する図である。

（実施例１）
以下、添付図面を参照しながら、本発明の光源点灯装置、および光源点灯装置を搭載した表示装置に係る好適な実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態による光源点灯装置を備えた表示装置の要部構成例を示すブロック図である。表示装置１は、例えば、液晶表示装置として例示することができ、画像処理部２、エリアアクティブ制御部３、パネル制御部４、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）パネル５、バックライト制御部６、およびバックライト７を備える。

なお、光源点灯装置は、エリアアクティブ制御部３、バックライト制御部６、バックライト７で構成される。また、バックライト７は直下型あるいはエッジ型のいずれの構成でもよい。
画像処理部２は、放送信号から分離した映像・音声信号や、外部機器からの映像・音声信号を受信し、符号化された映像・音声信号を復号するなどの映像信号処理を実行する。画像処理部２は、入力される映像信号に対して、例えば、ＩＰ変換、ノイズリダクション、スケーリング処理、γ調整、ホワイトバランス調整などを適宜実行できる。

エリアアクティブ制御部３は、バックライト７を複数の領域に分割し、分割した領域の映像信号に応じて領域毎にＬＥＤの発光輝度を制御するローカルディミング処理を実行する。なお、エリアアクティブ制御部３が本発明の制御部に相当する。
具体的には、エリアアクティブ制御部３は、画像処理部２により入力された映像信号に従って、映像信号で表示される画像を所定領域に分割し、分割領域ごとに映像信号の最大階調値を抽出する。

そして、エリアアクティブ制御部３は、最大階調値が大きい領域ではＬＥＤの発光輝度を大きくし、最大階調値が小さい領域ではＬＥＤの発光輝度を小さくするなどにより、抽出した最大階調値に応じた発光輝度を制御する。
なお、ここでは、各分割領域の最大階調値を用いてＬＥＤの発光輝度を制御することとしたが、各分割領域の階調平均値などを用いてＬＥＤの発光輝度を制御してもよい。

さらに、エリアアクティブ制御部３は、バックライト７の各ＬＥＤを点灯させる駆動電力の合計値を所定の許容電力値以下としつつ、各ＬＥＤの発光輝度をより高め、コントラストを向上させる電力リミット制御を実行する。
具体的には、エリアアクティブ制御部３は、分割領域ごとに抽出された映像信号の最大階調値に基づき、各分割領域に対応するバックライト７の点灯率を計算する。この点灯率とは、映像信号が取り得る階調値に対する各分割領域における映像信号の最大階調値の割合である。

例えば、映像信号が取り得る階調値が２５６階調であり、分割領域が８つあり、これら８つの分割領域における映像信号の最大階調値がそれぞれ、６４、２２４、１６０、３２、１２８、１９２、１９２、９６である場合、各分割領域に対応するバックライト７の点灯率はそれぞれ、２５.０％、８７.８％、６２.７％、１２.５％、５０.２％、７５.３％、７５.３％、３７.６％となる。

また、エリアアクティブ制御部３は、例えば、映像信号の平均輝度レベル（ＡＰＬ：Average Picture Level）を用いて、ＬＥＤの発光輝度を設定する。映像信号のＡＰＬが低ければバックライト７の点灯率も低く、ＡＰＬが高ければバックライト７の点灯率も高くなるからである。なお、映像信号のＡＰＬが本発明の映像信号の特徴量に相当する。
詳しくは、映像信号のＡＰＬは、映像信号全体の輝度の平均値であり、各分割領域に対応するバックライト７の各領域のＬＥＤがすべて消灯した状態では０％となり、各領域のＬＥＤがすべて点灯した状態では１００％となる。

電力リミット制御では、バックライト７の各ＬＥＤを点灯するための駆動電力の合計値は一定であるものとする。
つまり、映像信号のＡＰＬが所定の値よりも大きい範囲では、ＡＰＬが大きくなるほど、１つの分割領域に供給できる電流は小さくなるため、最大発光輝度は小さくなる。そして、ＡＰＬが大きい領域では、映像が眩しく感じられるが、最大発光輝度が小さくなることにより、この眩しさが抑制される。また、ＡＰＬが上記所定の値付近である場合は、最大発光輝度が最も大きくなる。最大発光輝度が大きくなると、太陽やライトなどの光源の色の再現力が向上する。

一方、ＡＰＬが上記所定の値よりも小さい範囲では、最大発光輝度をより大きくすることも可能であるが、この範囲の映像は暗い映像であるので、最大発光輝度を小さくすることにより、引き締まった黒表現を実現し、黒浮きを抑制し、表示品位を保つようにする。
なお、これら最大発光輝度とＡＰＬとの関係は、表示装置１が備える記憶部（図示省略）に予め記憶されている。

エリアアクティブ制御部３は、上述の関係を用いて、各分割領域に対応するＬＥＤの最終的な発光輝度を設定し、設定した発光輝度のデータをバックライト制御部６に出力する。
具体的には、エリアアクティブ制御部３は、ローカルディミング処理により最大階調値に応じて分割領域ごとに決定した輝度に、輝度増加率を乗算することにより、各分割領域に対応するＬＥＤの最終的な発光輝度を設定する。この輝度増加率とは、あるＡＰＬにおける発光輝度をａとし、１００％のＡＰＬにおける発光輝度をｂとした場合の比ａ／ｂである。

なお、エリアアクティブ制御部３は、映像表示のため、ＬＣＤパネル５を制御するための制御データをパネル制御部４に出力している。
上記では、映像信号のＡＰＬを用いて発光輝度を制御する場合について説明したが、バックライト７の平均点灯率を用いても同様の制御が可能である。このため、本発明の映像信号の特徴量はバックライトの平均点灯率であってもよい。

図２は、許容電力値の設定方法について説明する図であり、図３は、光源の温度を説明する図である。縦軸がバックライトの１つの領域の温度で、横軸が時間である。一点鎖線は、従来例の温度変化、実線は本発明の温度変化、点線は、バックライト基板の温度制限値を示すものである。
バックライト基板は、ＬＥＤチップの使用温度制限等によって、所定の温度以下で使用することが規定されている。そのため、温度が制限値を超えた場合、ＬＥＤ等の破壊を防ぐために、電力を下げて、基板の温度を下げる動作が組み込まれている。

例として、映像がＡＰＬ８０％で比較的平坦な映像から、ＡＰＬ２０％で一部に最大輝度（輝度１００％）のあるコントラストの大きな映像に短時間切り替わり、また、ＡＰＬ８０％で比較的平坦な映像に戻った場合を示す。
従来例では、ＡＰＬ８０％での電力は比較的高いので、基板の温度も高い状態にある。コントラストが高い映像に切り替わり、最大輝度を受け持つ基板は、最大電力となり、基板の温度が上昇する。基板温度が、図３の点線で示す温度制限値に達すると、ＬＥＤ等の破壊を防止するために電力が下げられる。そのため、最大輝度の表示するための輝度値が下がり、コントラスト感が下がり、画質品位が低下する。

本発明では、ＡＰＬ８０％での電力は比較的低いので、基板の温度も低い状態にある。コントラストが高い映像に切り替わり、最大輝度を受け持つ基板は、最大電力となり、基板の温度が上昇する。しかしながら、基板の元の温度が低いことから、図３の実線で示すように、基板温度は温度制限値に達することがない。そのため、最大輝度の表示するための輝度値を維持することができ、画質品位を維持することができる。
また、本発明では、ＡＰＬ２０％での電力を上げる特性となるので、コントラストが高い映像に切り替わった際の最大輝度の表示するため輝度値を上げることになり、従来よりもさらにコントラストを向上させることができる。

上記のように電力リミット制御では、バックライトの各ＬＥＤを点灯するための駆動電力の合計値は一定である。これは図２に１点鎖線で示すように、映像信号のＡＰＬが変化しても許容電力のリミット値が一定値（基準値１で示す）になる。なお、許容電力のリミット値はＡＰＬのリミット値にほぼ等しいので、図２の縦軸はＡＰＬ＿Ｌｉｍｉｔで示している。

これに対し、本発明では、エリアアクティブ制御部３では、ＬＥＤの発光輝度を制御するにあたり、ＡＰＬが所定の値（例えば約５０％）の場合に、ＡＰＬのリミット値（光源の駆動電力合計値の許容電力値）が最大値となるようにし、ＡＰＬが所定の値以上の場合に、ＡＰＬのリミット値が最大値よりも小さくなるようにしている。この例として、ＡＰＬの増加に応じてＡＰＬのリミット値を単調減少させることができる。

より具体的には、図２に実線で示すように、ＡＰＬが約５０％よりも小さい範囲では、ＡＰＬのリミット値が上記基準値１よりも大きくなるのに対し、ＡＰＬが約５０％よりも大きい範囲では、ＡＰＬのリミット値がＡＰＬの増加に応じて常に単調減少しており、ＡＰＬが約６０％よりも大きい範囲では、ＡＰＬのリミット値が上記基準値１よりも小さくなっている。

ＬＥＤの温度は、図３に示すように、駆動前の温度（ベース温度ともいう）が一定値で推移し、高輝度になった瞬間に温度のピークが現れるが、上記のように、映像信号のＡＰＬが高くなるに連れて、ＡＰＬのリミット値を徐々に低い値に設定すれば、図３に実線で示すように、ベース温度が図３に１点鎖線で示したベース温度よりも低くできる。このように、高輝度で発光する前が低い温度になるので、ＬＥＤが高輝度で発光できる時間を延ばすことができる。なお、本実施例では、ＡＰＬのリミット値がＡＰＬの増加に応じて常に単調減少するようにしたが、ＡＰＬのリミット値はＡＰＬの増加に応じて階段状に減少するように構成してもよい。

図４は、光源の輝度の設定方法について説明する図である。
図２に１点鎖線で示したようなＡＰＬのリミット値が一定値であった場合、図４に◇印で示すように、最大発光輝度は、ＡＰＬが例えば約５０％よりも小さい範囲では大きくなり、ＡＰＬが例えば約５０％よりも大きい範囲では小さくなる。
これに対し、図２に実線で示したようなＡＰＬのリミット値を変更させた場合には、図４に□印で示すように、最大発光輝度は、ＡＰＬが例えば約５０％よりも大きい範囲では、図４に◇印よりも小さくなるが、ＡＰＬが例えば約４０％よりも小さい範囲では、図４に◇印よりも大きくなり、特にこの約４０％で非常に高い値が得られることが分かる。

本実施例では、５０％を境界として、ＡＰＬ＿Ｌｉｍｉｔを変化させる例を説明したが、高コントラストを表現したい映像の内容によって、境界を変えてもよい。例えば、暗黒に星々のような映像でコントラス感を高めるのであれば、境界を低く設定することが考えられる。暗黒に星々のようなＡＰＬの極めて低い部分のみＡＰＬ＿Ｌｉｍｉｔを上げて、他の部分のＡＰＬ＿Ｌｉｍｉｔを下げることで、暗黒に星々のような映像以外でのバックライト基板の温度を下げることができる。

（実施例２）
図２では、ＡＰＬが約５０％よりも大きい範囲では、ＡＰＬのリミット値がＡＰＬの増加に応じて常に単調減少する例を挙げて説明したが、さらに、ＡＰＬが例えば約４０％でより一層高い輝度を得たい場合には、ＡＰＬのリミット値ＡＰＬ＿Ｌｉｍｉｔを次式のように設定してもよい。ＡｍｉｎはＡＰＬのリミット値の最小値、ＡｍａｘはＡＰＬのリミット値の最大値、ｘがＡＰＬであり、ＡＰＬ＿Ｌｉｍｉｔはｘの関数で表すことができる。

（実施例３）
また、ＡＰＬが例えば約５０％よりも大きい範囲において、ＡＰＬのリミット値がＡＰＬの増加に応じて減少する傾向にあればよいので、ＡＰＬのリミット値を増加させるポイントや、ＡＰＬのリミット値を一定値に維持するポイントを含んでいてもよい。
また、ＡＰＬが例えば約５０％よりも小さい範囲では、ＡＰＬのリミット値をＡＰＬの増加に応じて単調増加させてもよい。

（実施例４）
また、図１で説明した表示装置が、図２に１点鎖線で示したＡＰＬのリミット値を一定値に維持するモード（以下、許容電力値の一定モードと称する）と、図２に実線で示したＡＰＬのリミット値を変更させるモード（以下、許容電力値の変更モードと称する）とを選択可能であってもよい。

例えば、表示装置に表示されたＯＳＤ画像（スライダ）をリモコン装置で操作することにより、許容電力値の一定モードと許容電力値の変更モードとを切り替えてもよい。あるいは、「通常」の映像モードを選択した場合には許容電力値の一定モードに、「映画」の映像モードを選択した場合には許容電力値の変更モードに切り替えられてもよい。
許容電力値の一定モードのような、映像信号の特徴量の広範囲に亘って高めの輝度を出力したい場合と、許容電力値の変更モードのような、より一層高い輝度を出力したい場合とを選択できれば、ユーザの使用目的に合った、付加価値の高い表示装置を実現することができる。

１…表示装置、２…画像処理部、３…エリアアクティブ制御部、４…パネル制御部、５…ＬＣＤパネル、６…バックライト制御部、７…バックライト。

Claims (5)

1. バックライトを複数の領域に分割し、該分割した領域の映像信号に応じて領域毎に光源の発光輝度を制御する表示装置に搭載される光源点灯装置であって、
   前記映像信号の特徴量に応じて、前記光源の駆動電力の合計値が許容電力値以下となるように、前記光源の発光輝度を制御する制御部を有し、
   該制御部は、前記映像信号の前記特徴量が所定の値の場合に、前記許容電力値が最大値となり、前記特徴量が前記所定の値以上の場合に、前記許容電力値が前記最大値より小さくなるように、前記光源の発光輝度を制御することを特徴とする光源点灯装置。
2. 請求項１に記載の光源点灯装置であって、
   前記制御部は、前記映像信号の前記特徴量が前記所定の値以上の場合に、該特徴量の増加に応じて前記許容電力値が単調減少するように、前記光源の発光輝度を制御することを特徴とする光源点灯装置。
3. 前記映像信号の前記特徴量が平均輝度レベルであることを特徴とする請求項１または２に記載の光源点灯装置。
4. 請求項１から３のいずれか１に記載の光源点灯装置を搭載した表示装置であって、
   前記制御部は、前記映像信号の前記特徴量が前記所定の値以上の場合に、該特徴量の増加に応じて許容電力値を単調減少させるように、前記光源の発光輝度を制御する許容電力値の変更モードと、前記許容電力値を一定値に維持したまま、前記光源の発光輝度を制御する許容電力値の一定モードとを選択可能に構成したことを特徴とする表示装置。
5. 前記請求項１から３のいずれか１に記載した光源点灯装置、または、前記請求項４に記載した表示装置を備えたテレビジョン装置。
   

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