JP4568369B1 - 光源制御装置およびそれを備えた液晶表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】バックライト等の光源制御においてダイナミックレンジの広い映像シーンの見易さを追求した技術を提供する。
【解決手段】複数の光源領域にそれぞれ光源が配置され、その複数の光源を用いて液晶パネルを照明する発光手段について、前記複数の光源の発光を制御する光源制御装置であって、入力画像の特徴量から求めた前記複数の光源の制御値の平均値と標準偏差を算出する第１の算出手段と、前記第１の算出手段が算出した前記標準偏差の前記平均値に対する比を算出する第２の算出手段と、前記第２の算出手段が算出した比により前記複数の光源の制御値に与えるゲインを制御する手段とを備えたことを特徴とする光源制御装置。
【選択図】 図３

Description

本発明は、液晶パネル等を照明するバックライト等発光手段の発光を制御する光源制御装置およびそれを備えた液晶表示装置に関する。
現在、テレビ、パーソナルコンピュータ、携帯電話機などでは画像表示手段として液晶表示装置が用いられている。液晶表示装置は液晶パネル自体が発光しないため、液晶パネルの背面側にバックライトを配置し、そのバックライトで液晶パネルを背面側から照明して画像を表示するようになっている。
バックライトを備えた従来の液晶表示装置において、バックライトを構成する各光源と表示画面とを対応させて複数の領域に分割し、表示画面の領域（画面領域）ごとに各光源を制御するエリア制御を行う液晶表示装置が知られている。
この種の液晶表示装置に関して、例えば特許文献１には次のような液晶表示装置が開示されている。この液晶表示装置は、各光源に対向する液晶表示部がブロックとして区分され、その各ブロックに入力される表示データから各最高輝度値を算出し、各最高輝度値の大小に対応させて各光源の輝度を調整する。一方、各光源の輝度値に対応させて液晶表示部の各ブロックに入力される表示値を増大させるようになっている。
しかしながら上記文献には複数光源のエリア制御については記載されているが、ダイナミックレンジの広いシーンの見易さを追求した技術は開示されていない。
特開２００４−１９１４９０号公報
本発明は、バックライト等の光源制御においてダイナミックレンジの広い映像シーンの見易さを追求した技術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、本発明の光源制御装置は、複数の光源領域にそれぞれ光源が配置され、その複数の光源を用いて液晶パネルを照明する発光手段について、前記複数の光源の発光を制御する光源制御装置であって、入力画像の特徴量から求めた前記複数の光源の制御値の平均値と標準偏差を算出する第１の算出手段と、前記第１の算出手段が算出した前記標準偏差の前記平均値に対する比を算出する第２の算出手段と、前記第２の算出手段が算出した比により前記複数の光源の制御値に与えるゲインを制御する手段とを備えたことを特徴とする。
また、本発明は、液晶パネルと、複数の光源領域にそれぞれ光源が配置され、その複数の光源を用いて前記液晶パネルを照明する発光手段と、前記複数の光源の発光を制御する光源制御手段とを有する液晶表示装置であって、入力画像の特徴量から求めた前記複数の光源の制御値の平均値と標準偏差を算出する第１の算出手段と、前記第１の算出手段が算出した前記標準偏差の前記平均値に対する比を算出する第２の算出手段と、前記第２の算出手段が算出した比により前記複数の光源の制御値に与えるゲインを制御する手段とを備えたことを特徴とする液晶表示装置を提供する。
本発明によれば、バックライト等の光源制御においてダイナミックレンジの広い映像シーンの見易さを追求した技術が得られる。
本発明の実施の形態に係る液晶表示装置１００の構成を示す分解斜視図。 発光領域の構成を示す斜視図。 バックライト制御部２００の構成をバックライト、液晶パネルおよび輝度補正部とともに示すブロック図。 同実施形態の「複数光源の各制御値の標準偏差の平均値に対する比」によるゲイン制御のルックアップテーブルの一例。 同実施形態に用いられるバックライト制御部２００の制御値の決定処理手順の一例を示すフローチャート。
以下、本発明による実施形態を図１乃至図５を参照して説明する。なお、同一要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。
図１，２を参照して本発明の実施の形態に係る液晶表示装置１００の構成について説明する。図１は本発明の実施の形態に係る液晶表示装置１００の構成を示す分解斜視図、図２は光源領域および光源の構成を示す斜視図である。
液晶表示装置１００は液晶テレビ等に用いられ、図１に示すように、バックライト１１０と、液晶パネル１１１とを有している。
バックライト１１０は、発光部（発光手段）１０１と、発光部１０１の前面に配置されたプリズムシート１０３を挟む一対の拡散板１０２，１０４とを有している。
発光部１０１は、パネル形状を有しており、複数の光源領域１０９がｍ行ｎ列の縦横規則的に配置されたマトリクス構造を有している。なお、図１では、一例として５行８列の光源領域１０９を備えた発光部１０１を示している。
光源領域１０９は、図２に示すように、拡散板１０２等との重なり方向に延びる隔壁１２４によって四方を囲まれている。
また、各光源領域１０９には、ＲＧＢ三原色の３個のＬＥＤ１２１，１２２，１２３からなる光源１０８が配置されている。光源１０８は、赤色ＬＥＤ１２１、緑色ＬＥＤ１２２及び青色のＬＥＤ１２３によって構成され、赤緑青の３色を混ぜながら前面（液晶パネル１１１）に向けて光を出射する。または、白色ＬＥＤを用いても良い。各光源領域１０９からの出射光によって液晶パネル１１１の背面側が照明され、出射光の液晶パネル１１１の透過を調製して画像が表示される。
そして、液晶表示装置１００は各光源領域１０９に配置されている複数の光源１０８によってバックライト１１０が全面発光して、液晶パネル１１１に背面から光を照明する直下型方式になっている。
液晶パネル１１１は一対の偏光板１０５，１０７と、その偏光板１０５，１０７の間に挟まれた液晶１０６とを有している。なお、本実施の形態において、液晶パネル１１１は、各光源領域１０９に対応した領域を各画面領域としている。
次に、図３を参照してバックライト制御部２００の構成について説明する。ここで、図３はバックライト制御部２００の構成をバックライト１１０および液晶パネル１１１とともに示すブロック図である。
バックライト制御部２００はバックライト１１０、液晶パネル１１１および後述する輝度補正部２０６とともに液晶表示装置１００に備えられている。
バックライト制御部２００は各エリア特徴量抽出部２０１と、光源制御値算出部２０５と、平均値算出部２０７と、標準偏差算出部２０８と、逆数算出部２０９およびルックアップテーブル（ＬＵＴ）２１０とを有している。これらの各部の詳しい機能については後に述べる動作内容で説明する。
なお、輝度補正部２０６は液晶パネル１１１における画像表示に用いられる映像信号ｇ１を光源制御値算出部２０５からの後述する光源制御値にしたがい補正して出力する。
そして、バックライト制御部２００は、液晶パネル１１１に画像を表示させるための映像信号ｇ１を入力し、映像信号ｇ１にしたがい次のようにして光源制御値を決めてバックライト１１０の発光を制御する。
まず、各エリア特徴量抽出部２０１が映像信号ｇ１にしたがい各画面領域について、その画面領域内で例えば最も明るく発光する箇所を抽出し、この抽出した箇所に応じた表示を行うための制御値（最大表示値）Ｓ［ｍ，ｎ］を設定する。設定された最大表示値Ｓ［ｍ，ｎ］は光源制御値算出部２０５に出力される。この制御値を決める為の特徴量としては、各エリアの表示値の最大値の他に平均値やこれらから計算した値（中央値等）などを用いてもよい。
ここで、ｍは画面領域１１２（対応する光源領域１０９）の行数を示し１からＭの間の正の整数、ｎは画面領域１１２（対応する光源領域１０９）の列数を示し１からＮの間の正の整数に設定される。図１と異なる例では、Ｍは行数の最大値で例えば１６、Ｎは列数の最大値で例えば３２である。
次に、光源制御値算出部２０５は最大表示値Ｓ［ｍ，ｎ］を用いて各画面領域に対応し、制御の対象としている光源領域（対象光源領域）についての初期制御値Ｌ［ｍ，ｎ］を設定する。初期制御値Ｌ［ｍ，ｎ］は光源１０８をどの程度発光させるかを示すもので、０以上１以下の値を示す。なお、光源制御値算出部２０５は、対象光源領域１０９の周辺に配置されている光源領域１０９の制御値を加味して設定してもよい。これは光の反射等による回り込みを加味するためである。
平均値算出部２０７は、初期制御値を始め光源制御値算出部２０５から出力された光源制御値からその平均値を算出するよう構成されている。また、標準偏差算出部２０８はこの光源制御値からその標準偏差を算出し、前記平均値の算出結果は逆数算出部２０９で逆数がとられてこの標準偏差と乗算器２１１で掛け合わされる。この乗算器２１１で掛け合わされることにより比がとられてルックアップテーブル（ＬＵＴ）２１０へ導かれるように構成されている。ＬＵＴ２１０でこの比から後述のゲインを得て前記光源制御値に乗算器２１２で掛けられバックライト１１０へと出力されるように構成されている。
以上のようにして、各光源領域１０９について制御値を求めることにより、バックライト１１０の発光を制御することができる。
図４に「複数光源の各制御値の標準偏差の平均値に対する比」によるゲイン（各フレームの表示輝度を制御するための値）制御のルックアップテーブルの一例を示す。この比に対してゲインは広義の単調増加をしているのでこのルックアップテーブルによれば、「複数光源の各制御値の標準偏差の平均値に対する比」が大きい場合には複数光源の各制御値に大きなゲインが与えられ、「複数光源の各制御値の標準偏差の平均値に対する比」が小さい場合には複数光源の各制御値に小さなゲインが与えられる。この例ではゲインは上限３でクリップされている。
ＬＵＴ２１０には、上記比とゲインとの関係が格納されている。図４に示されるように、ゲインは、比が２．５を超えて高くなるまで漸増するようになっている。つまり、比が低い場合には暗くなるように表示輝度が制御され、比が高い場合には明るくなるように表示輝度が制御されることで、画質（明るさ及びコントラスト）と最大消費電力の制限との両立が図られている。ＬＵＴ２１０から読み取られたゲインを複数光源の各制御値に掛け合わせることで、各フレームの表示輝度を制御する。
つまり、「複数光源の各制御値の標準偏差の平均値に対する比」が大きいような暗くかつダイナミックレンジの広いシーンでは光源は明るく制御されて表示輝度が高められ、「複数光源の各制御値の標準偏差の平均値に対する比」が小さいような明るいシーンまたはダイナミックレンジの狭いシーンでは光源は暗く制御されて表示輝度が抑えられる。
従って、暗くかつダイナミックレンジの広いシーンでは表示輝度を高める制御がなされ、ピーク輝度が高くコントラスト感に優れた表示となる。一方、明るいシーンまたはダイナミックレンジの狭いシーンでは表示輝度を抑える制御がなされ、明る過ぎず見易い表示となる。
図５は、バックライト制御部２００の光源制御値の決定処理手順の一例を示すフローチャートである。
最初に、液晶パネルの表示値から各エリアの特徴量を抽出し、それを基に複数光源の各制御値を仮に決定する（ステップＳ５１）。特徴量としては、各エリアの表示値の最大値や平均値やこれらから計算した値などが用いられる。
次に、この仮に決定された複数光源の各制御値をもとに表示輝度値には補正が加えられる（ステップＳ５２）。つまり、光源制御値が小さい表示エリアではそれを補うように表示輝度値は増加させられる。
一方、仮に決定された複数光源の各制御値からそれらの平均値と標準偏差を算出する（ステップＳ５３）。そして、算出された標準偏差の算出された平均値に対する比を算出する（ステップＳ５４）。そして、この算出された比がルックアップテーブル（ＬＵＴ）に入力されてゲインが求められ（ステップＳ５５）、掛算器により複数光源の各制御値に同一のゲインが与えられる（ステップＳ５６）。
上記のように本実施形態では「複数光源の各制御値の標準偏差の平均値に対する比」によるゲイン制御を加えることにより、つまり算出した比が小さい場合にはゲインを小さく、算出した比が大きい場合にはゲインを大きく制御することを特徴として、暗くかつダイナミックレンジの広いシーンではピーク輝度が高くコントラスト感に優れ、明るいシーンでは明る過ぎず見易い表示を可能とした。
なお、この発明は上記実施形態に限定されるものではなく、この外その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
また、上記した実施の形態に開示されている複数の構成要素を適宜に組み合わせることにより、種々の発明を形成することができる。例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良いものである。さらに、異なる実施の形態に係る構成要素を適宜組み合わせても良いものである。
１００…液晶表示装置、１０１…発光部、１０８…光源、１０９…発光領域、１１０…バックライト、１１１…液晶パネル、２００…バックライト制御部、２０１…各エリア特徴量抽出部、２０５…光源制御値算出部、２０６…輝度補正部、２０７…平均値算出部、２０８…標準偏差算出部、２０９…逆数算出部、２１０…ルックアップテーブル（ＬＵＴ）。

Claims (5)

  1. 複数の光源領域にそれぞれ光源が配置され、その複数の光源を用いて液晶パネルを照明する発光手段について、前記複数の光源の発光を制御する光源制御装置であって、
    入力画像の特徴量から求めた前記複数の光源の制御値の平均値と標準偏差を算出する第１の算出手段と、
    前記第１の算出手段が算出した前記標準偏差の前記平均値に対する比を算出する第２の算出手段と、
    前記第２の算出手段が算出した比により前記複数の光源の制御値に与えるゲインを制御する手段とを
    備えたことを特徴とする光源制御装置。
  2. 前記ゲインは前記比に関する単調増加関数により設定されることを特徴とする請求項１に記載の光源制御装置。
  3. 前記単調増加関数は前記比のより大きな域において前記ゲインをクリップするものであることを特徴とする請求項２に記載の光源制御装置。
  4. 液晶パネルと、複数の光源領域にそれぞれ光源が配置され、その複数の光源を用いて前記液晶パネルを照明する発光手段と、前記複数の光源の発光を制御する光源制御手段とを有する液晶表示装置であって、
    入力画像の特徴量から求めた前記複数の光源の制御値の平均値と標準偏差を算出する第１の算出手段と、
    前記第１の算出手段が算出した前記標準偏差の前記平均値に対する比を算出する第２の算出手段と、
    前記第２の算出手段が算出した比により前記複数の光源の制御値に与えるゲインを制御する手段とを
    備えたことを特徴とする液晶表示装置。
  5. 前記複数の光源の制御値にしたがい、前記液晶パネルに画像を表示するための画像表示信号を補正する補正手段を更に有することを特徴とする請求項４記載の液晶表示装置。
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