JP2018200346A - 表示装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 画像の明るさが急激に変化した場合においてもユーザが受ける妨害感が抑制される表示装置およびその制御方法を提供することを目的とする。【解決手段】 フレームＭ１、Ｍ２を含む複数のフレームが順に入力され、各フレームに基づく画像を表示する表示装置１であって、バックライトモジュール３と、液晶パネル２と、フレームに応じた発光輝度でバックライトモジュール３の発光を制御する発光制御部１０６と、バックライトモジュール３の発光輝度に基づいて補正されたフレームに基づいて液晶パネル２の透過率を制御する液晶制御部１１０と、を有し、フレームＭ１に基づいて補正されたフレームＭ２に基づいて液晶制御部１１０が液晶パネル２の透過率の制御を開始するよりもあとで、発光制御部１０６は、フレームＭ１に基づく発光輝度でバックライトモジュール３の発光の制御を開始することを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、バックライトと透過型の表示パネルとを備える表示装置、及びその制御方法に関する。

現在、映画撮影や放送分野で使用される表示装置で、従来よりも広いダイナミックレンジの画像を表示するために、高コントラストで画像を表示することが望まれる。複数の光源を有するバックライトとバックライトからの光を透過して画像を表示する液晶パネルとを備える表示装置では、各光源の発光を個別に制御することにより高コントラストで画像を表示することを実現するローカルデミング制御が行われることがある。ローカルデミング制御された表示装置は、暗い画像が表示される液晶パネルの領域に対応する光源の輝度を低くすることで漏れ光の影響を低減し、暗い画像を従来の表示装置よりも暗く表示することが可能となる。

また、バックライトをローカルデミング制御する場合に、バックライトからの照射光分布に応じて、画像信号を補正し、ローカルデミング制御による照射光分布の変化により表示される画像が変化することを低減する。

特許文献１に開示された表示装置は、液晶パネルを駆動する液晶ドライバへのデータ転送が完了し、液晶の透過率が変化を始めるタイミングでバックライトの輝度を変化させることで、画質劣化を抑制している。

特開２００４−２８７４２０号公報

しかしながら、特許文献１に開示された表示装置では、暗い画像から明るい画像に急に変化した場合に、液晶の透過率の応答性に比べて、バックライトの輝度の変化が速いことから、表示画像の輝度が一時的に急峻に上昇したように見えてしまうことがあった。つまり、フラッシュしているような妨害感をユーザが覚える恐れがあった。

そこで、本発明では、バックライトをローカルデミング制御する表示装置およびその制御方法であって、画像の明るさが急に変化した場合においてもユーザが受ける妨害感が抑制される表示装置およびその制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明の表示装置は、第１フレームと第２フレームとを含む複数のフレームが順に入力され、各フレームに基づく画像を表示する表示装置であって、個別に発光を制御可能な複数の発光領域を備えるバックライトと、複数の液晶素子を備え、前記バックライトからの光を透過して画像を表示する液晶パネルと、各発光領域に対応するフレームの部分領域に応じた発光輝度で、各発光領域の発光を制御する発光制御手段と、各発光領域の発光輝度に基づいて補正されたフレームに基づいて、前記液晶パネルの透過率を制御する表示制御手段と、を有し、前記表示制御手段が前記第１フレームに基づく各発光領域の発光輝度に応じて補正された前記第２フレームに基づいて前記液晶パネルの透過率の制御を開始するよりもあとで、前記発光制御手段は、前記第１フレームに基づく各発光領域の発光輝度で各発光領域の発光の制御を開始することを特徴とする。

本発明によれば、バックライト輝度の反映タイミングを、対応する前記補正係数の反映タイミングに比べて遅らせることで、ローカルデミング制御時のフラッシュなどの妨害感を抑制することが可能となる。

表示装置の機能ブロック図である。 画像と対応する各発光領域の特徴量とを示す第１の模式図である。 画像と対応する各発光領域の特徴量とを示す第２の模式図である。 特徴量と目標輝度との関係を示すテーブルの例を示した模式図である。 画像に基づいて決定された各発光領域の目標輝度を示す模式図である。 各光源の制御輝度の例を示す模式図である。 制御輝度と駆動時間との関係を示す模式図である。 各光源の発光効率を示す模式図である。 駆動値決定部が決定した各光源の駆動値を示す模式図である。 各発光領域の補正係数の例を示す模式図である。 表示装置に入力されるフレームと、表示装置の各機能ブロックの動作タイミングを示す第１のタイミングチャートである。 本実施例の制御を行ったことによる効果を説明するための模式図である。 表示装置に入力されるフレームと、表示装置の各機能ブロックの動作タイミングを示す第２のタイミングチャートである。

〔実施例１〕
第１の実施例では、ローカルデミング処理で領域毎のバックライト輝度と画像信号の補正係数を計算して保存し、バックライト輝度の反映タイミングを補正係数の反映タイミングと比べて１フレーム遅延させる。これにより、バックライトと液晶の変化速度の違いによるフラッシュの見えを低減することが可能となる。

図１は、表示装置１の機能ブロック図を示す。表示装置１は、液晶パネル２、バックライトモジュール３、制御回路１００、メモリ１２０、およびＩ／Ｆ部１３０を備える。

液晶パネル２は、バックライトモジュール３から照射された光を透過して、画面に画像を表示する透過型の表示パネルである。

バックライトモジュール３は、発光面から液晶パネル２に向けて光を照射するための発光装置である。バックライトモジュール３は、複数の光源がマトリクス状に配置された光源基板と、光源から照射された光を拡散させて液晶パネル２に照射するための光学ユニットと、光源基板および光学ユニットを収容する筐体とを備える。複数の光源は、白色の光を発する発光ダイオード（ＬＥＤ）であるとする。なお、光源の種類は白色ＬＥＤに限らない。赤色の光を発する赤色ＬＥＤ、緑色の光を発する緑色ＬＥＤ、および青色の光を発する青色ＬＥＤから構成され、各ＬＥＤから発せられる光を混合して白色の光を発するクラスタ光源であってもよい。各ＬＥＤから発せられる光の輝度は、パルス幅変調（ＰＷＭ）で制御される。

バックライトモジュール３は、発光面を分割した複数の発光領域それぞれから照射される光の明るさを個別に制御することが可能である。発光面は、水平方向にｍ個、かつ、垂直方向にｎ個のｍ×ｎ個の発光領域に分割される（ｍ、ｎは整数）。例えば、ｍは１０、ｎは６であるとする。本実施例において、バックライトモジュール３は、発光領域ごとに対応する光源を備えるとする。バックライトモジュール３は、各発光領域に対応する光源を個別に制御することによって、各発光領域から照射される光の明るさを個別に制御可能である。

制御回路１００は、液晶パネル２とバックライトモジュール３とを制御して、液晶パネル２の画面に画像を表示する制御装置である。制御回路１００は、入力部１０１、特徴量取得部１０２、目標輝度決定部１０３、制御輝度決定部１０４、駆動値決定部１０５、発光制御部１０６、推測部１０７、補正係数決定部１０８、補正部１０９、液晶制御部１１０、および判定部１１１を備える。ここで、制御回路１００の各機能ブロックは、以下で説明する動作を電子回路等のハードウェアで実行してもよい。本実施例において、制御回路１００は各機能ブロックの動作を実現するためのプログラムを読み出して、実行することにより、各機能ブロックの動作を実現するプロセッサであるとする。なお、各機能ブロックの動作は、一部をハードウェアで実現し、一部をプロセッサがプログラムを実行することにより実現するものであってもよい。

メモリ１２０は、制御回路１００が実行するプログラムや、パラメータを記憶する記憶媒体である。また、メモリ１２０は、制御回路１００の各機能ブロックがやりとりするパラメータを一時的に記憶し、各機能ブロックへ出力することも可能である。なお、メモリ１２０は、複数の機能ブロックから出力するパラメータを記憶するために、それぞれ対応する複数の記憶媒体を備えるとする。

Ｉ／Ｆ部１３０は、ユーザが操作可能なユーザーインターフェースである。Ｉ／Ｆ部１３０は、例えば、ディスプレイの画面に表示され、ユーザが操作可能な設定画面（Ｏｎ Ｓｃｒｅｅｎ Ｄｉｓｐｌａｙ、ＯＳＤ）であるとする。Ｉ／Ｆ部１３０は、ユーザの指示を制御回路１００に出力する。

以下、表示装置１の各機能について説明する。

入力部１０１は、連続して入力される複数のフレームを取得する入力手段である。各フレームは、それぞれマトリクス状に配置された画素ごとに、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、および青色（Ｂ）の各副画素の画素値が指定された画像（画像信号）であるとする。画素値は、１０ｂｉｔで示されるとする。複数のフレームは、垂直同期信号（Ｖｓｙｎｃ）に同期して周期的に、１つのフレームずつ順に入力されるとする。

特徴量取得部１０２は、入力されたフレームをバックライトの各発光領域に対応する部分領域に分割し、各発光領域に対応するフレームの一部の特徴量を取得する。特徴量取得部１０２は、取得した各発光領域に対応する特徴量を、目標輝度決定部１０３へ出力する。例えば、特徴量取得部１０２は、各発光領域に対応するフレームの一部に含まれるＲＧＢの各画素値の最大値を特徴量として取得するとする。

図２は、画像ａと対応する各発光領域の特徴量とを示す模式図である。図２（ａ）は、画像ａを示す模式図である。画像ａは、全ての画素の副画素の画素値が０であるとする。すなわち、画像ａは、黒画像である。図２（ｂ）は、画像ａに基づいて、特徴量取得部１０２が取得した各発光領域の特徴量を示す模式図である。図２（ｂ）において、水平方向の１から１０、及び垂直方向の１から６の値は水平方向、垂直方向の発光領域の座標を示す。画像ａの画素値がすべて黒であることから、各発光領域の特徴量は、全て０である。

図３は、画像ｂと、対応する各発光領域の特徴量とを示す模式図である。図３（ａ）は、画像ｂを示す模式図である。画像ｂは、グレーの背景の中央に矩形のオブジェクトを備えるとする。ここで、背景の画素値は、ＲＧＢすべて５１２であり、中央のオブジェクトの画素値は、全て８００であるとする。図３（ｂ）は、画像ｂに基づいて、特徴量取得部１０２が取得した各発光領域の特徴量を示す模式図である。

目標輝度決定部１０３では、特徴量取得部１０２で取得した各発光領域の特徴量に基づいて、各発光領域から発する光の輝度の目標値（目標輝度）を決定する。目標輝度決定部１０３は、メモリ１２０から特徴量と目標輝度との関係を示すテーブルを読み出して、テーブルを参照して各発光領域の目標輝度を決定する。

図４は、特徴量と目標輝度との関係を示すテーブルを示した模式図である。図４の横軸は、特徴量を示す。図４の縦軸は、目標輝度を示す。目標輝度０％は、各光源が点灯しない状態において、各発光領域から発せられる光の輝度を示す。目標輝度１００％は、各光源が最大の発光輝度で点灯した場合に、各発光領域から発せられる光の輝度を示す。本実施例では、特徴量が下限値（０）である場合の目標輝度を０．０１％であるとし、特徴量が上限値（１０２３）である場合の目標輝度を１００％であるとする。また、特徴量が下限値と上限値との間である場合には、上述の目標輝度を線形に接続した関係に基づいて、対応する目標輝度が決定されるとする。

図５は、各画像に基づいて決定された各発光領域の目標輝度を示す模式図である。図５（ａ）は、画像ａに基づいて決定された各発光領域の目標輝度を示す模式図である。図２（ｂ）に示すように、画像ａに対応する各発光領域の特徴量は全て０であることから、各発光領域の目標輝度は０．０１％となる。

図５（ｂ）は、画像ｂに基づいて決定された各発光領域の目標輝度を示す模式図である。目標輝度決定部１０３は、画像ｂのうち中央のオブジェクトを含む部分に対応する発光領域の目標輝度を７８．２％とする。目標輝度決定部１０３は、画像ｂのうち背景に対応する（オブジェクトを含まない）部分に対応する発光領域の目標輝度は、５０．１％とする。目標輝度決定部１０３は、各発光領域の目標輝度を、制御輝度決定部１０４へ出力する。

制御輝度決定部１０４は、目標輝度決定部１０３で決定した各発光領域の目標輝度と、ユーザが設定した表示輝度の上限値（設定輝度）から、各発光領域に対応する光源から発せられる光の輝度（制御輝度）を決定する。本実施例において、設定輝度は、１０００ｃｄ／ｍ^２であるとする。

目標輝度１００％の発光領域から発せられる光の輝度の絶対値は、設定輝度と液晶パネル２の透過率の最大値に応じて決定される。液晶パネル２の透過率の最大値が１０％である場合、設定輝度が１０００ｃｄ／ｍ^２の場合は、バックライトの目標輝度が１００％の領域は、目標輝度１００％の発光領域から発せられる光の輝度の絶対値は、１００００ｃｄ／ｍ^２となる。

バックライトモジュール３が、液晶パネル２の背面側に設けられる直下型バックライトモジュール３である場合、発光領域間で光が拡散する。つまり、ある発光領域に対応する光源から発せられた光が、近傍の発光領域へ拡散する。したがって、各発光領域の光源の制御輝度は、近傍の発光領域から拡散してくる光（漏れ光）の影響を考慮して決定する必要がある。

制御輝度決定部１０４は、漏れ光の影響を考慮して、各光源の制御輝度を決定する。制御輝度決定部１０４は、各発光領域の目標輝度と比例するように、各発光領域に対応する光源の発光輝度（仮発光輝度）を決定する。そして、全ての光源を、仮発光輝度で点灯した場合に、漏れ光の影響を考慮して液晶パネルに入射される光の輝度（仮入射輝度）を求める。

ある発光領域に対応する光源を点灯した場合に各発光領域の推測点に入射する光の輝度から、各推測点における減衰係数を予め取得し、メモリ１２０に保存する。制御輝度決定部１０４は、メモリ１２０から読み出した減衰係数と、各光源の仮発光輝度を乗算し、乗算した結果を全て加算することで、各推測点における仮入射輝度を取得する。なお、推測点は、各発光領域の中央の位置であるとする。そして、仮入射輝度が目標輝度を満足していない発光領域が存在する場合、全ての発光領域について仮入射輝度が目標輝度を満たすように、各光源の仮発光輝度に対し一律に同じ係数を乗算して大きくすることにより、各光源の制御輝度を取得する。

図６は、各光源の制御輝度を示す模式図である。図６は、設定輝度が１０００（ｃｄ／ｍ^２）の場合を示す。図６（ａ）は、画像ａに基づいて決定された各光源の制御輝度を示す模式図である。画像ａに基づいて決定された目標輝度は、各発光領域において０．０１％である。全ての発光領域が等しい発光輝度である場合、漏れ光の影響は互いに補完しあうことから、各光源の制御輝度は、１００００ｃｄ／ｍ^２の０．０１％である１ｃｄ／ｍ^２と決定される。

図６（ｂ）は、画像ｂに基づいて決定された各光源の制御輝度を示す模式図である。画像ｂに基づいて決定された目標輝度は、中央のオブジェクトを含むフレームの部分に対応する発光領域において７８．２％であり、そのほかの発光領域において５０．１％である。上述のようにして、各光源の制御輝度を決定した結果、図６（ｂ）に示すように各発光領域に対応する光源の制御輝度が決定される。

制御輝度決定部１０４は、各光源の制御輝度を、駆動値決定部１０５、および推測部１０７へ出力する。なお、設定輝度の設定方法は、Ｉ／Ｆ部１３０を介して、ユーザが選択するとする。

駆動値決定部１０５は、制御輝度決定部１０４から受信した各光源の制御輝度から、各光源の駆動時間を示す駆動値を決定する。上述したように、本実施例において各光源はＬＥＤであり、ＰＷＭ制御によって、発光輝度を制御する。駆動時間は、すなわち、ＰＷＭ制御における１フレーム期間の点灯期間の長さである。図７は、制御輝度と駆動時間との関係を示す模式図である。制御輝度と駆動期間とは、比例関係にあるとする。各光源の制御輝度に応じて、各光源の駆動値を仮に決定する。

図８は、各光源の発光効率を示す模式図である。各光源の発光効率はそれぞれ独立であり必ずしも同一でない。したがって、制御輝度を正確に出力したい場合は素子毎の発光効率を考慮して駆動値を補正する。図８は、各光源の発光効率を、１．００を基準として示している。発光効率が１．００である光源は図７に示した制御輝度と駆動期間との関係を満たす光源である。また、発光効率が１．０１の光源は、発光効率が１％高いことを示す。つまり、同一の制御輝度で点灯する場合において、必要とされる駆動期間が短い。

例えば、制御輝度が５０００ｃｄ／ｍ^２である場合、発光効率が１．００である光源の駆動期間は１６ｍｓｅｃである。一方で、発光効率が１．０１である光源の駆動期間は１５．８４ｍｓｅｃ（１６÷１．０１）である。発光効率が０．９９である光源の駆動期間は１６．１６ｍｓｅｃ（１６÷０．９９）である。

上述のようにして、駆動値決定部１０５は、各光源の発光効率を考慮して各光源の駆動値を決定する。図９は、駆動値決定部１０５が決定した各光源の駆動値を示す模式図である。図９（ａ）は、画像ａに基づいて決定された各光源の駆動値を示す模式図である。図９（ｂ）は、画像ｂに基づいて決定された各光源の制御輝度を示す模式図である。駆動値決定部１０５は、各光源の駆動値を発光制御部１０６へ出力する。

発光制御部１０６は、取得した各光源の駆動値に基づいて、バックライトモジュール３の各光源を駆動する。ここで、駆動値決定部１０５は、あるフレームから決定された各光源の駆動値を用いて、第１タイミングでバックライトモジュール３の発光の制御を開始する。第１タイミングが、当該フレームに基づいて決定された画像補正値を用いて補正されたフレームに基づいて液晶パネル２の透過率の制御が開始される第２タイミングよりも遅くなるように、駆動値決定部１０５はバックライトモジュール３を制御する。駆動値決定部１０５の動作の詳細は、後述する。

推測部１０７は、制御輝度決定部１０４で行った照射輝度計算と同様に、バックライトモジュール３の各光源が制御輝度で点灯した場合に液晶パネル２に入射される光の輝度（照射輝度）を推測する。推測する点は、本実施例では分割された部分領域の真ん中の点とする。そして、推測した各点の推測計算結果を補正係数決定部１０８へ出力する。

補正係数決定部１０８は、推測部１０７で計算した各点の推測輝度の結果を受信し、画像信号の補正係数を求める。業務用モニタでは、入力されたフレームに応じた輝度を正確に表示することが求められる。そこで、補正係数は、バックライトモジュールから照射される光の輝度の変動に伴う表示輝度の変動を補償するために、後段の補正部１０９でフレームに乗算するための係数である。ある点の推測輝度をＬｐｎ、補正係数で伸長／調整する際の目標となる輝度値をＬｔ、対象点の補正係数をＧｐｎとすると、補正係数Ｇｐｎは、式１で求められる。目標輝度Ｌｔは、１００％であるとする。
Ｇｐｎ＝Ｌｔ／Ｌｐｎ ・・・（式１）

図１０は、各発光領域の補正係数を示す模式図である。図１０（ａ）は、画像ａに基づいて決定された各発光領域の補正係数を示す模式図である。画像ａに基づいて決定される制御輝度で各光源を点灯させた場合、全ての光源の制御輝度は一律に０．０１％で制御され、漏れ光を考慮すると推測輝度Ｌｐｎは０．０１％である。したがって、補正係数は１００（％）÷０．０１（％）＝１００００となる。一方、図１０（ｂ）は、画像ｂに基づいて決定された各発光領域の補正係数を示す模式図である。画像ｂは、中心に明るいオブジェクトを有し、背景領域は中間階調（グレー）である。したがって、各光源の制御輝度は、位置に応じて異なる。中心の明るい領域に近い背景領域ほど、中心の明るい発光領域からの漏れ光の影響を受けて目標輝度で設定した輝度より明るくなる。したがって、図Ｘ（ｂ）に示すように、画面の端の領域の補正係数は２倍だが、中央に近い領域ほど２倍より小さくなる。

こうして求めた補正係数を補正部１０８へ出力する。補正係数決定部１０８で決定した補正係数を、Ｖｓｙｎｃ信号を受信したことに応じて補正部１０へ出力する。なお、本実施例では、入力されたフレームに対して、特徴量取得部１０２が特徴量を取得し、特徴量に基づいて制御輝度決定部１０４が各光源の制御輝度を決定する。さらに、補正係数決定部１０８が補正係数を決定する処理を、入力されたフレームのフレーム期間内で実行する。

補正部１０９では、補正係数決定部１０８で決定した補正係数を用いてフレームを補正して、表示フレームを生成する。なお、とびとびの画素で推測していることから、推測した点と点の間の画素は周囲の推測した点の値を基に補間演算して求める。補正部１０９は、連続して入力されるフレームに対して、補正係数を用いて補正する。補正部１０９は、表示対象の入力フレームよりも、前のフレームに基づいて決定された補正係数を用いて、表示フレームを生成する。補正部１０９は、液晶制御部１１０に表示フレームを出力する。

液晶制御部１１０は、表示フレームに基づく画像が表示されるように、液晶パネル２の液晶素子の透過率を制御する表示制御回路である。液晶制御部１１０は、表示フレームが入力されたことに応じて、表示フレームに基づいて、液晶パネル２の各液晶素子の透過率の制御を開始する。液晶制御部１１０が透過率を制御するタイミングについては、後述する。

判定部１１１は、ユーザが入力した情報に基づいて、表示装置の上限値や、ユーザが指定した動作モードを判定する判定処理回路である。判定部１１１の動作は、実施例２以降で詳細に説明する。

図１１は、表示装置１に入力されるフレームと、表示装置１の各機能ブロックの動作タイミングを示すタイミングチャートである。図１０の横軸は時間（フレーム）を示す。図１１の縦軸は、上から順番に、垂直同期信号、入力フレーム、駆動値決定部１０５の出力、補正係数決定部１０８の出力、補正部１０９の出力（液晶制御部１１０の透過率制御）、および発光制御部１０６の出力のそれぞれのタイミングを示す。また、各項目の数字は入力フレームの番号を示しており、例えば、フレームＭ１に基づいて決定された各光源の駆動値をＢ１、フレームＭ１に基づいて決定された補正係数をＨ１とする。

図１１（ａ）は、本実施例の制御を実行した場合のタイムチャートを示している。入力フレームは、Ｖｓｙｎｃのタイミングで、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３と順に入力される。各フレームに対応するＶｓｙｎｃ間の期間が、フレーム期間である。各フレームに対応する駆動値Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３および補正係数Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３は、各フレームのフレーム期間のうち、画像信号が入力されないブランキング期間中に決定される。

フレームＭ１に基づいて決定された補正係数Ｈ１は、フレームＭ１のあとに入力されるフレームＭ２の補正に用いられる。即ち、フレームＭ１に基づいて決定された補正係数Ｈ１は、フレームＭ１の直後のフレームＭ２を補正するために用いられる。補正部１０９は、フレームＭ１に基づいて決定された補正係数Ｈ１を用いて、フレームＭ２を補正する。また、液晶制御部１１０は、フレームＭ２が入力されるＶｓｙｎｃと略同タイミングで、補正されたフレームＭ２（表示フレームＨ１×Ｍ２）に基づいて、液晶パネルの透過率の制御を開始する。

一方で、発光制御部１０６は、フレームＭ１に基づいて決定された駆動値Ｂ１を用いて、補正されたフレームＭ３（表示フレームＨ２×Ｍ３）に基づいて、液晶パネルの透過率の制御が開始されたタイミングと略同タイミングで、各光源の発光の制御を開始する。

すなわち、フレームＭ１に基づく補正係数Ｈ１を用いて液晶パネルの透過率の制御が開始されるタイミングよりも、フレームＭ１に基づく駆動値Ｂ１を用いて各光源の発光の制御が開始されるタイミングのほうが遅くなるように制御される。

図１１（ｂ）は、比較例の制御を実行した場合のタイムチャートである。比較例は、フレームＭ１に基づく補正係数Ｈ１を用いて液晶パネルの透過率の制御が開始されるタイミングと、フレームＭ１に基づく駆動値Ｂ１を用いて各光源の発光の制御が開始されるタイミングとが、同タイミングである場合を示す。つまり、補正係数Ｈ１で補正されたフレームＭ２（Ｈ１×Ｍ２）に基づいて液晶パネルの透過率の制御が開始されるタイミングと、駆動値Ｂ１を用いてバックライトモジュール３の各光源の発光の制御が開始されるタイミングが同じである。

図１２は、本実施例の制御を行ったことによる効果を説明するための模式図である。ここで、フレームＭ１およびフレームＭ２は、同じ画像ａであり、フレームＭ３以降は、同じ画像ｂであるとする。なお、フレームＭ１より前に入力されたフレームも画像ａであるとする。即ち、フレームＭ２とフレームＭ３との間で、画像ａが画像ｂに切り替わる。以降の説明では、発光領域（４，３）に対応する液晶パネルの部分領域、光源の輝度、および液晶パネルを透過する光の輝度（表示輝度）に着目して説明を行う。

図１２（ａ）は、本実施例の制御を行った場合のある発光領域に対応する液晶パネルの部分領域の透過率の変化を示す模式図である。横軸に時間、縦軸に透過率を示し、横軸の１〜５の数字はフレームに対応する。液晶素子の透過率の最大値は１０％、最小値を０．０１％とする。画素値が最大値である場合に透過率が最大となる。

フレームＭ１、およびＭ２では、当該部分領域には黒画像が表示される。上述した通り、各フレームから求められた補正係数Ｈ１、Ｈ２は１００００倍である。一方で、フレームＭ１、Ｍ２において当該部分領域の画素値は０（黒信号）なので、補正係数を用いて補正した当該部分領域の画素値は０のままである。

フレームＭ３が入力された場合、フレームＭ２に基づく補正係数Ｈ２でフレームＭ３が補正される。フレームＭ３において、当該部分領域の画素値は５１２である。したがって、補正係数Ｈ２を用いて補正した場合、最大の１０２３階調となる。しかし、液晶パネル２の液晶素子は、フレームの画素値に対応する透過率になるまでに遅延が発生する。例えば、液晶パネル２の液晶素子は、画素値に対応する透過率になるまでに１フレーム期間を必要とするとする。したがって、フレーム期間３において、液晶パネル２の透過率は、徐々に増加する。

フレームＭ４が入力された場合、フレームＭ３に基づく補正係数Ｈ３でフレームＭ４が補正される。補正係数Ｈ３は、１．５であるとする。補正係数Ｈ３を用いて補正することにより、当該部分領域の画素値は７６８階調となる。フレームＭ４以降では、同様の画素値が指定されるとする。当該部分領域の画素値が１０２３から７６８に変化したことに応じで、液晶制御部１１０は、透過率を低下させるように制御する。上述したように、液晶素子の透過率の応答性は１フレーム期間以上を必要とすることから、フレームＭ４に対応するフレーム期間では透過率の変化が収まらず、フレームＭ５に対応するフレーム期間の途中まで透過率が変化する。

次に、バックライトモジュール３の発光領域（４，３）における照射輝度の変化について説明する。図１２（ｂ）は、比較例における照射輝度の変化を示す模式図である。即ち、あるフレームに基づく補正係数で補正されたフレームに基づいて液晶パネルの透過率の制御が開始されるタイミングと、あるフレームに基づく駆動値を用いて各光源の発光の制御が開始されるタイミングが同じである場合の照射輝度の変化を示す。このような場合を、タイミングの遅延設定が０である場合とする。

タイミングの遅延設定が０の場合、発光制御部１０６は、補正されたフレームＭ２のフレーム期間に、フレームＭ１に基づく駆動値Ｂ１を用いて光源の発光を制御する。また、発光制御部１０６は、補正されたフレームＭ３のフレーム期間に、フレームＭ２に基づく駆動値Ｂ２を用いて光源の発光を制御する。以降のフレームにおいても、発光制御部１０６は、表示されるフレームの１つ前のフレームに基づく駆動値を用いて、光源の発光を制御する。したがって、発光領域（４，３）に対応する液晶パネル２の部分領域に照射される光の輝度は、フレームＭ３までは１ｃｄ／ｍ^２であり、フレームＭ４以降で６６６６ｃｄ／ｍ^２に切り替わる。

図１２（ｃ）は、比較例における表示輝度の変化を示す模式図である。表示輝度は、液晶の透過率に、照射輝度を乗算した値である。フレームＭ１、Ｍ２に基づく画像が表示される場合、表示輝度は、０．０１ｃｄ／ｍ^２である。また、フレームＭ３に基づく画像が表示される場合、透過率は最大値まで徐々に増加する。照射輝度は０．０１ｃｄ／ｍ^２のままであることから、表示輝度は、０．０１ｃｄ／ｍ^２から徐々に上昇する。

フレームＭ４に基づく画像が表示される場合、照射輝度は６６６６ｃｄ／ｍ^２に上昇する。一方で、液晶パネルの透過率は、フレームＭ３を表示していた場合の透過率に近い値である。したがって、表示輝度は一度６６６ｃｄ／ｍ^２まで上昇し、徐々に５００（ｃｄ／ｍ^２）まで低下する。この時、ユーザは、フレームＭ３からフレームＭ４に切り替わったタイミングで、フラッシュのような表示輝度の一時的な増加を視認する場合がある。

図１２（ｄ）は、本実施例の処理を実行した場合の照射輝度の変化を示す模式図である。即ち、あるフレームに基づく補正係数で補正されたフレームに基づいて液晶パネルの透過率の制御が開始されるタイミングよりも、あるフレームに基づく駆動値を用いて各光源の発光の制御が開始されるタイミングが遅い場合の照射輝度の変化を示す。このような場合を、タイミングの遅延設定が１フレームである場合とする。

タイミングの遅延設定が１フレームの場合、発光制御部１０６は、補正されたフレームＭ３のフレーム期間に、フレームＭ１に基づく駆動値Ｂ１を用いて光源の発光を制御する。また、発光制御部１０６は、補正されたフレームＭ４のフレーム期間に、フレームＭ２に基づく駆動値Ｂ２を用いて光源の発光を制御する。以降のフレームにおいても、発光制御部１０６は、表示されるフレームの２つ前のフレームに基づく駆動値を用いて、光源の発光を制御する。したがって、発光領域（４，３）に対応する液晶パネル２の領域に照射される光の輝度は、フレームＭ４までは１ｃｄ／ｍ^２であり、フレームＭ５以降で６６６６ｃｄ／ｍ^２に切り替わる。

図１２（ｅ）は、本実施例の処理を実行した場合の表示輝度の変化を示す模式図である。フレームＭ１、Ｍ２に基づく画像が表示される場合、表示輝度は、０．０１ｃｄ／ｍ^２である。また、フレームＭ３に基づく画像が表示される場合、透過率は最大値まで徐々に増加する。照射輝度は０．０１ｃｄ／ｍ^２のままであることから、表示輝度は、０．０１ｃｄ／ｍ^２から徐々に上昇する。

フレームＭ４に基づく画像が表示される場合、透過率は徐々に低下する。照射輝度は０．０１ｃｄ／ｍ^２のままであることから、表示輝度は、徐々に低下する。フレームＭ５に基づく画像が表示される場合、照射輝度は６６６６ｃｄ／ｍ^２に上昇する。一方で、液晶パネルの透過率は、フレームＭ３に対応するフレーム期間で徐々に低下していたことから、ほぼ画素値に対応する透過率に近い値に制御される。したがって、表示輝度は一度５００ｃｄ／ｍ^２に近い値から徐々に５００ｃｄ／ｍ^２まで低下する。したがって、図１１（ｃ）に示したようなフレームの切り替わり時のフラッシュのような輝度の上昇が抑制される。

このように、ローカルデミング処理時の、バックライトの輝度の反映タイミングを、画像信号の補正のタイミングよりも遅らせることにより、フラッシュのような妨害感を低減できる。

なお、本実施例では、あるフレームに基づく駆動値でバックライトモジュールを制御するタイミングを、あるフレームに基づく補正係数をフレームの補正に用いるタイミングよりも１フレーム期間だけ遅らせたが、遅延量はこれに限定されない。タイミングの遅延量は、液晶パネルの透過率の応答速度に応じて適宜調整可能である。また、液晶パネルの透過率制御は、マトリクス状に並んだ液晶素子に対して、垂直方向に順次データが書き換えられていくので、点灯領域の書き換え時間も考慮して、領域毎に、書き換え時間と透過率の応答速度とに基づいて決定してもよい。

また、入力されるフレームのフレームレートが変更になると、液晶パネルでの１フレームの時間が変化するので、フレームレートに応じて決定してもよい。例えば６０Ｈｚのフレームレートでは、１フレームは１６．７ｍｓｅｃであるが、２４Ｈｚでは４１．７ｍｓｅｃである。従って、フレームレートが６０Ｈｚの時に１フレーム遅延の設定でよい場合は、２４Ｈｚの時は、１（フレーム）×１６．７／４１．７＝０．４なので、０．４フレームの設定にすればよい。

〔実施例２〕
実施例１では、あるフレームに基づく駆動値でバックライトモジュールを制御するタイミングの、あるフレームに基づく補正係数をフレームの補正に用いるタイミングに対する遅延量を一律に決定していた。しかしながら、遅延量が大きいと、例えば明るいシーンから暗いシーンへシーンチェンジした際に、バックライトが１フレーム遅れて消えることから、残像が見える可能性がある。そこで本実施例では、画像のシーンを判定し、フラッシュのような妨害感が見えやすいシーンのみ駆動時間を調整する。

実施例２の表示装置の機能ブロックは、実施例１と同様である。実施例１の表示装置に対して、実施例２の表示装置は、判定部１１１および発光制御部１０６の処理が異なる。他の機能ブロックについては、実施例１と同様の動作をすることから説明を省略する。

判定部１１１は、フラッシュ現象が生じやすいシーンの変化を判定し、判定結果を記憶部３２２に出力する。判定部１１１は、特徴量取得部１０２から入力された現在のフレームの特徴量と、メモリ１２０に保存された前のフレームの特徴量を比較して、シーンの変化を判定する。

特徴量保存部３２３から読みだした前フレームにおける各発光領域に対応するフレームの一部の画素値の最大値の平均値をＡｖｅＭａｘ（−１）とする。特徴量取得部１０２が取得した現在のフレームにおける各発光領域に対応するフレームの一部の画素値の最大値の平均値をＡｖｅＭａｘ（０）とする。フラッシュ現象が見えやすいのは、暗部シーンから中間階調以上へのシーンへ変化した時である。従って、判定部１１１は、ＡｖｅＭａｘ（−１）が暗部閾値以下、且つ、ＡｖｅＭａｘ（０）―ＡｖｅＭａｘ（−１）が差分閾値以上を満たす場合、フラッシュ現象が起きやすいシーンの変化と判定する。暗部閾値は、Ｔｈｌ＿Ｍａｘとする。また、差分閾値は、ｄＭａｘとする。

なお、本実施例では特徴量として最大値を用いたが、画面全体の平均値を用いて判定してもよい。また図示はしないが、特徴量ではなく、実際のバックライト輝度が暗くなるシーンから明るくなるシーンへ変化したことを検出することで判定してもよい。その場合は、目標輝度決定部１０３、制御輝度決定部１０４、および駆動値決定部１０５のいずれかの出力結果を用いて判定してもよい。

判定部１１１は、判定結果を発光制御部１０５に出力する。フラッシュ現象が起きやすいシーンであると判定された場合、発光制御部１０５は、遅延量を１フレーム期間とする。そうでない場合は、発光制御部１０５は、遅延量を０フレームとし、タイミングをずらさない。

図１３は、実施例２における本実施例の制御を実行した場合のタイムチャートを示している。図１０のタイムチャートに、判定結果を追加している。図１３でフレームＭ２からフレームＭ３へ変化した時に、フラッシュ現象が起きやすいシーンの変化があったと判定された場合、遅延量が０フレームから１フレームに変化する。この場合、表示フレームＨ３×Ｍ４が表示するタイミングでは、２つ前のフレームＭ２に基づく駆動値（Ｂ２）を用いる。一方、フレームＭ３からフレームＭ４に変化し、フラッシュ現象が起きやすいシーンの変化がないと判定された場合、遅延量が１フレームから０フレームに変化する。この場合、表示フレームＨ４×Ｍ５が表示されるタイミングで、１つ前のフレームＭ４に基づく駆動値Ｂ４を用いる。

フラッシュのような妨害感が見えやすいシーンチェンジが発生した場合に、あるフレームに基づく補正係数を用いて補正したフレームで透過率を制御するタイミングよりも、当該フレームに基づく駆動値を用いてバックライトを制御するタイミングを遅延させる。これにより、フラッシュのような妨害感を抑制するとともに、残像が見えやすくなることを防止できる。

なお、本実施例では暗部シーンから明部シーンへの変化のときに限定して反映タイミングをずらしたが、これに限定するものではない。例えば、シーンチェンジの際には輝度が局所的に暗い輝度から明るい輝度へ大きく変動することがあることから、残像が目立つシーン変化を除くシーンチェンジの時も反映タイミングをずらしてもよい。或いは、残像が目立つ明部シーンから暗部シーンへの変化を検出し、その変化の時のみ反映タイミングをずらすのをやめるようにしてもよい。また反映タイミングをずらす処理は、ユーザ操作や情報を表示するＯＳＤ（オンスクリーン・ディスプレイ）表示の際も、暗部シーンに重畳する際は適用してもよい。

〔実施例３〕
実施例３では、ユーザが設定する表示輝度の設定に応じて反映タイミングを設定する。

実施例３の表示装置の機能ブロックは実施例１で示した表示装置と同様であるので詳細な説明は省略する。実施例３の表示装置は、判定部１１１が、ユーザが設定した表示装置の表示輝度の上限値に応じて、シーンチェンジの判定の閾値を動的に制御することが異なる。

判定部１１１は、設定された表示輝度の上限値に応じてシーン判定で用いる閾値Ｔｈｌ＿Ｍａｘ、ｄＭａｘの値を変更する。例えば表示輝度の上限値が１００（ｃｄ／ｍ^２）と低い場合、バックライトの輝度の変化量を１０００（ｃｄ／ｍ^２）に比べて１／１０となる。そのため、フラッシュ現象も見えにくくなることから、１０００（ｃｄ／ｍ^２）に比べてシーンを絞ることができる。従って、設定された表示輝度の上限値が小さくなるほど、閾値Ｔｈｌ＿Ｍａｘは小さくなる。反対に閾値ｄＭａｘは大きくなる。これによって表示輝度の上限値が低い時は、表示輝度の上限値が高い時に比べてより暗いシーンから、明るいシーンの変化に限定したシーンの変化の時のみ、フラッシュ現象が起きやすいシーンの変化と判定する。

以上が実施例３の詳細である。以上の構成によって表示輝度の上限値に応じたフラッシュ現象が見えやすいシーンのみに反映タイミングをずらす設定を行う。これにより、表示輝度を変更した際に、実施例２に比べてよりフラッシュ現象が視認しやすいシーンに限定でき、残像が見えやすくなることをより防止できる。また、本実施例では表示輝度に応じてシーン判定の基準値を変更したが、表示輝度に応じて反映タイミングの遅延時間を決定してもよい。例えば３００〜１０００ｃｄ／ｍ^２が設定された場合は１フレーム遅延の設定、０〜３００ｃｄ／ｍ^２未満の設定の場合は０フレーム（反映タイミングンの遅延なし）と、表示輝度に応じて決定する。なお、視認しやすい表示輝度の範囲は、使用する液晶パネルの液晶素子にも依存することから、これに限定するものではない。そのため、例えばＳＭＰＴＥで ＳＴ ２０８４として規格化されているＰＱ信号や、ＢＴ．２１００で規格化されているＨＬＧ信号のようなＨＤＲ表示で使用する場合と、そうでない従来の表示モードで分けてもよい（ＳＭＰＴＥ：Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｍｏｔｉｏｎ Ｐｉｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ：全米映画テレビ協会）。

〔実施例４〕
実施例４では、ユーザが設定する表示装置の表示モードに応じて反映タイミングを設定する。実施例４の表示装置の機能ブロックは実施例１で示した表示装置と同様であるので詳細な説明は省略する。実施例４の表示装置は、判定部１１１が、ユーザが設定した表示装置の表示モードを判定して、反映タイミングを動的に制御することを特徴とする。

画像補正とバックライトの輝度の変化の反映タイミングをずらすことで、フラッシュ現象は低減できる。しかしながら、信号の変化を早く知る必要があるようなユースケースでは、１フレーム遅れて映像信号が見えるようになる場合があり、その場合は、反映タイミングをずらさないほうがよい。そこで、実施例４では、ユーザが設定する表示モードに応じて反映タイミングを決定する。ユーザが設定可能な表示モードは、例えば、ゲームモードなどの低遅延モード（信号が入力されてから表示されるまでの時間をできるだけ少なくしたいモード）や、シネマモード（高画質であることを優先するモード、遅延時間は気にしない）があるとする。

判定部１１１は、Ｉ／Ｆ部１３０を介してユーザが設定した表示モード（ゲームモード（低遅延モード）、スタンダード、シネマモード）を取得する。この場合、Ｉ／Ｆ部１３０は、表示装置に表示される画像の画質設定をするといえる。判定部１１１では、表示モードを判定し、設定された表示モードがゲームモードである場合に反映タイミングの設定値を０フレームとする。一方、設定された表示モードがシネマモードであると判定された場合、画質を優先するため、反映タイミングを１フレームとする。また、設定された表示モードがスタンダードモードの場合は、実施例２や、或いは実施例３で説明したように制御される。なお、低遅延モード以外の表示モードが設定された場合、１フレーム以上遅らせて、発光制御を行ってもよい。

このようにユーザが設定される画質モードに応じて、反映タイミングの設定値を強制的に決定し、ユーザにとって目的に応じた表示になるように処理を行う。

Claims (11)

1. 第１フレームと第２フレームとを含む複数のフレームが順に入力され、各フレームに基づく画像を表示する表示装置であって、
   個別に発光を制御可能な複数の発光領域を備えるバックライトと、
   複数の液晶素子を備え、前記バックライトからの光を透過して画像を表示する液晶パネルと、
   各発光領域に対応するフレームの部分領域に応じた発光輝度で、各発光領域の発光を制御する発光制御手段と、
   各発光領域の発光輝度に基づいて補正されたフレームに基づいて、前記液晶パネルの透過率を制御する表示制御手段と、
   を有し、
   前記表示制御手段が前記第１フレームに基づく各発光領域の発光輝度に応じて補正された前記第２フレームに基づいて前記液晶パネルの透過率の制御を開始するよりもあとで、前記発光制御手段は、前記第１フレームに基づく各発光領域の発光輝度で各発光領域の発光の制御を開始することを特徴とする表示装置。
2. 前記発光制御手段は、前記表示制御手段が、補正された前記第２フレームに基づいて前記液晶パネルの透過率の制御を開始するよりも所定の期間だけあとで、前記第１フレームに基づく各発光領域の発光輝度で各発光領域の発光の制御を開始するものであって、
   前記所定の期間は、前記液晶素子の透過率の応答速度に対応する期間であることを特徴とする、請求項１に記載の表示装置。
3. 前記第２フレームは、前記第１フレームの直後に入力されるフレームであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の表示装置。
4. 前記表示制御手段は、周期的に入力される垂直同期信号に同期して、前記液晶パネルの透過率の制御を開始することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の表示装置。
5. 前記第１フレームと前記第２フレームとの間にシーンチェンジがあったか否かを判定する判定手段をさらに備え、
   シーンチェンジがあったと前記判定手段が判定した場合に、前記発光制御手段は、前記表示制御手段が第１フレームに基づく各発光領域の発光輝度に基づいて補正した前記第２フレームに基づいて前記液晶パネルの透過率の制御を開始するよりも第１の期間だけあとで、前記第１フレームに基づく各発光領域の発光輝度で各発光領域の発光の制御を開始し、
   そうでない場合に、前記発光制御手段は、前記表示制御手段が第１フレームに基づく各発光領域の発光輝度に基づいて補正した前記第２フレームに基づいて前記液晶パネルの透過率の制御を開始するよりも前記第１の期間よりも短い第２の期間だけあとで、前記第１フレームに基づく各発光領域の発光輝度で各発光領域の発光の制御を開始することを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の表示装置。
6. 前記判定手段は、前記第１フレームの画素値の平均値が暗部閾値以下であり、かつ、前記第２フレームの画素値の平均値と前記第１フレームの画素値の平均値との差が差分閾値よりも大きい場合に、前記第１フレームと前記第２フレームとの間でシーンチェンジがあったと判定することを特徴とする請求項５に記載の表示装置。
7. ユーザの指示に応じて前記表示装置の表示輝度の上限値を設定する設定手段をさらに備え、
   前記表示輝度の上限値が第１輝度である場合の第１暗部閾値は、前記表示輝度の上限値が前記第１輝度よりも低い第２輝度である場合の第２暗部閾値よりも高いことを特徴とする請求項６に記載の表示装置。
8. 前記表示輝度の上限値が前記第１輝度である場合の第１差分閾値は、前記表示輝度の上限値が前記第２輝度である場合の第２差分閾値よりも低いことを特徴とする請求項７に記載の表示装置。
9. 複数の動作モードのうち、いずれかの動作モードを設定する画質設定手段を備え、
   前記表示制御手段が前記第１フレームに基づく各発光領域の発光輝度に基づいて補正した前記第２フレームに基づいて前記液晶パネルの透過率の制御を開始するよりも、設定された動作モードに応じた期間だけあとで、前記発光制御手段が前記第１フレームに基づく各発光領域の発光輝度で各発光領域の発光の制御を開始するタイミングとの差を制御することを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の表示装置。
10. 前記発光制御手段は、ＯＳＤ（オンスクリーン・ディスプレイ）による表示の際に、前記表示制御手段が前記第１フレームに基づく各発光領域の発光輝度に基づいて補正した前記第２フレームに基づいて前記液晶パネルの透過率の制御を開始するよりも、前記所定の期間だけあとで、前記発光制御手段が前記第１フレームに基づく各発光領域の発光輝度で各発光領域の発光の制御を開始するタイミングとの差を制御し、
    前記所定の期間は、少なくとも１フレーム以上遅らせることを特徴とする、請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の表示装置。
11. 個別に発光を制御可能な複数の発光領域を備えるバックライトと、複数の液晶素子を備え、前記バックライトからの光を透過して画像を表示する液晶パネルと、を備え、第１フレームと第２フレームとを含む複数のフレームが順に入力され、各フレームに基づく画像を表示する表示装置であって、
    各発光領域に対応するフレームの部分領域に応じた発光輝度で、各発光領域の発光を制御し、
    各発光領域の発光輝度に基づいて補正されたフレームに基づいて、前記液晶パネルの透過率を制御し、
    前記第１フレームに基づく各発光領域の発光輝度に応じて補正された前記第２フレームに基づいて前記液晶パネルの透過率の制御を開始するよりもあとで、前記第１フレームに基づく各発光領域の発光輝度で各発光領域の発光の制御を開始することを特徴とする表示装置の制御方法。

Images