JP4768232B2 - 画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、バックライト光源により受光型光変調手段を照明して画像を表示する画像表示装置に関し、より詳細には、入力する映像信号に応じてバックライト光源の輝度を動的に変調する画像表示装置に関するものである。

近年、冷陰極管（ＣＲＴ）に代わり、受光型光変調手段として液晶パネルを用いて画像を表示する装置（以下、液晶表示装置と称す）が、テレビジョン受像機やコンピュータ装置等の画像表示に広く使用されるようになってきた。液晶表示装置は、電極の設けられた２枚の透明基板の間に液晶を封入し、マトリックス状に配置された駆動電極単位に電圧を制御することによって、液晶分子の集団や配向を制御し、透明基板の背面に設けられたバックライト光源からの照射光の透過率を変化させることによって、液晶パネルに画像を表示するものである。

基本的に、光源の輝度レベルは、ユーザが手動操作調整（調光）する内容に固定的に設定されており、入力映像信号とは無関係に一定輝度である。ところが、近年、より表示画像を見易くするため、或いは、消費電力を低減するために、随時（１フィールド単位で）変化する入力映像信号に応じて、光源の明るさを動的に調整する方法が種々提案されている。

例えば、特開平８−２０１８１２号公報（特許文献１）、ＷＯ０３／３８７９９号公報(特許文献２)には、入力映像信号の平均輝度レベル（ＡＰＬ）を検出して、検出した平均輝度レベルが大きい時には光源輝度を下げ、小さい時には光源輝度を上げることで、同じ映像階調の表示であっても画面輝度を異ならせて、メリハリのある（ダイナミックコントラストの拡大された）動画表示を可能とするものが提案されている。

また、一般的にこの種の画像表示装置においては、予め用意された設定メニュー画面、現在時刻、選局ＣＨなどの設定モードや動作モードに応じたキャラクタ文字等の各種情報を入力映像信号に重畳（合成）して、ＯＳＤ（オン・スクリーン・ディスプレイ）表示を行うことにより、ユーザ・インターフェースの機能を実現したり、ユーザへの各種情報の報知を行うことが可能となっている。

ここで、入力映像信号の特徴量に応じてバックライト光源の輝度を動的に変調することが可能な従来の液晶表示装置について、図４及び図５とともに説明する。従来の液晶表示装置は、図４に示すように、図示しないキャラクタジェネレータ（メモリ）から所定のオンスクリーン表示画像信号を読み出し、入力映像信号に重畳（合成）して出力するＯＳＤ部１と、該ＯＳＤ部１にてオンスクリーン表示画像信号が重畳（合成）された表示映像信号に基づいて、液晶パネル（受光型光変調手段）３のゲートドライバ４及びソースドライバ５に液晶駆動信号を出力する液晶コントローラ２とを備えている。

また、入力映像信号の（１画面内の）平均輝度レベルを検出するＡＰＬ検出部６と、図示しないリモコン（リモートコントローラ）を用いてユーザが入力した指示信号を受信するリモコン受光部７と、該リモコン受光部７で受信した指示信号を検出・解析し、上記ＯＳＤ部１に対して所定のオンスクリーン表示画像信号を入力映像信号に重畳（合成）するよう制御するとともに、上記ＡＰＬ検出部６で検出された平均輝度レベルに基づき、バックライト光源９を駆動するインバータ回路等の光源駆動部１０を制御する制御マイコン８とを備えている。

制御マイコン８は、図示しない内蔵のＲＯＭを用いたルックアップテーブルを参照したり、或いは、近似関数を用いた演算によって、入力映像信号の平均輝度レベルに対するバックライト光源９の駆動電圧値（もしくは電流値）を適応的に可変することによって、図５に示すような画面輝度（明るさ）特性を実現することができる。
特開平８−２０１８１２号公報 ＷＯ０３／３８７９９号公報

液晶表示装置の画面輝度（明るさ）は、液晶パネル３の透過率とバックライト光源９の発光輝度（光量）との積で決定される。すなわち、表示する映像内容に応じて光源９の発光輝度、すなわち画面輝度をダイナミックに変化させることにより、動画像の画質にメリハリをつける結果となり、高画質を実現することが可能となるが、図６に示すように、ＯＳＤ表示を行った場合、表示映像内容とは独立して安定しているべきＯＳＤ表示の輝度（明るさ）も、入力映像信号の変化に伴って変化してしまい、ユーザに違和感を与えてしまうととともに、表示品位を低下させてしまうという問題があった。例えば設定メニュー画面の輝度（明るさ）の変動はユーザに知覚されやすく、表示品位に大きく関わる問題であった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、入力映像信号に応じて動的に画面輝度を最適化することによって、画質の向上及び消費電力の低減を実現する場合であっても、輝度が変動しない高品位なＯＳＤ表示を行うことが可能な画像表示装置を提供するものである。

上記課題の解決は、バックライト光源を用いて入力映像信号を表示する受光型光変調手段と、前記入力映像信号の特徴量を検出する手段と、前記検出された特徴量に基づいて、前記バックライト光源の発光輝度を動的に可変制御する手段とを備えた画像表示装置であって、所定のオンスクリーン表示画像信号を前記入力映像信号に重畳する手段と、前記バックライト光源の発光輝度にかかわらず前記オンスクリーン表示画像信号の表示輝度が一定となるように、前記オンスクリーン表示画像信号の輝度レベルを可変制御する手段とを備える画像表示装置によって達成される。
また、前記バックライト光源の発光輝度が減少したときには、前記オンスクリーン表示画像信号の輝度レベルを増大させるように、前記オンスクリーン表示画像信号の輝度レベルを可変制御する。
更に、前記バックライト光源の発光輝度が増大したときには、前記オンスクリーン表示画像信号の輝度レベルを減少させるように、前記オンスクリーン表示画像信号の輝度レベルを可変制御する。

前記入力映像信号の特徴量は、１フレーム内の平均輝度レベル、最大輝度レベル、最小輝度レベル、輝度分布状態のいずれか一つまたは二つ以上の組合せにより求められるものである。

本発明の画像表示装置によれば、入力映像信号に応じて動的にバックライトの発光輝度を可変して、画質の向上及び消費電力の低減を実現する場合であっても、オンスクリーン表示画像信号の輝度レベルを可変制御することにより、ＯＳＤ表示の輝度（明るさ）が変動することを防止して、常に一定輝度（明るさ）の高品位なＯＳＤ表示を行うことが可能となる。

以下、本発明の画像表示装置の一実施形態を、直視型の液晶表示装置について、図１乃至図３とともに詳細に説明するが、上述した従来例と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。ここで、図１は本実施形態の液晶表示装置の概略構成を示すブロック図、図２は本実施形態の液晶表示装置における動作制御を示すフローチャート、図３は本実施形態の液晶表示装置における入力映像信号の平均輝度レベルと光源の発光輝度、ＯＳＤ画像表示信号の輝度レベルとの関係を示す説明図である。

本実施形態の液晶表示装置は、図１に示すように、入力映像信号の特徴量として１画面当たりの平均輝度レベル（ＡＰＬ）を検出するＡＰＬ検出部６と、該ＡＰＬ検出部６で検出された入力映像信号の平均輝度レベルに基づき、光源駆動部１０を駆動制御して、バックライト光源９の発光輝度を変調する制御マイコン１８とを備えている。この制御マイコン１８は、リモコン受光部７で受信した指示信号を検出・解析し、ＯＳＤ部１１に対して所定のオンスクリーン表示画像信号を入力映像信号に重畳（合成）するよう制御するとともに、上記バックライト光源９の発光輝度に応じて、ＯＳＤ部１１で重畳（合成）するオンスクリーン表示画像信号の輝度レベルを可変制御する。

すなわち、制御マイコン１８は、入力映像信号の平均輝度レベル（ＡＰＬ）が大きい時には光源９の発光輝度を下げ、小さい時には光源９の発光輝度を上げるように、光源駆動部１０を駆動制御するとともに、これに連動して、ＯＳＤ表示の表示輝度が一定となるように、ＯＳＤ部１１で入力映像信号に重畳（合成）されるオンスクリーン表示画像信号の輝度レベルを可変制御する。

ここで、ＯＳＤ部１１は、予め用意された複数の異なる輝度レベルのオンスクリーン表示画像信号が格納されたキャラクタジェネレータ（メモリ）を備え、該キャラクタジェネレータ（メモリ）から読み出すオンスクリーン表示画像信号を、制御マイコン１８からの制御信号に応じて可変制御する構成としても良いし、キャラクタジェネレータ（メモリ）から発生されたオンスクリーン表示画像信号の輝度レベルを、制御マイコン１８からの制御信号に応じて調整することが可能な構成としても良い。

尚、本実施形態の液晶表示装置においては、直下型バックライト方式、サイドエッジ型バックライト方式のいずれでも良く、また、光源９としては、現在一般的に用いられている冷陰極管（ＣＣＦＬ）の他、発光ダイオード（ＬＥＤ）などを用いることができる。また、光源９の輝度制御方式は、電圧（もしくは電流）制御に限らず、デューティ制御を採用しても良いことは言うまでもない。

次に、本実施形態の液晶表示装置における制御マイコン１８の動作について、図２のフローチャートとともに説明する。入力映像信号の現フレームにおける平均輝度レベル（ＡＰＬ（ｎ））を入力し（ステップ１）、前フレームにおける平均輝度レベル（ＡＰＬ（ｎ−１））との比較を行う（ステップ２）。現フレームの平均輝度レベル（ＡＰＬ（ｎ））が増大した場合は、バックライト光源９の駆動電圧値（もしくは電流値）を減少して、光源輝度を低下させる（ステップ３）。このとき、ＯＳＤ表示がなされているか否かを判定し（ステップ４）、ＯＳＤ表示が有る場合は、オンスクリーン画像表示信号の輝度レベルを増大するよう制御して（ステップ５）、ステップ１に戻る。

同様に、１フレーム前後における平均輝度レベルの比較を行い（ステップ６）、現フレームの平均輝度レベル（ＡＰＬ（ｎ））が減少した場合は、バックライト光源９の駆動電圧値（もしくは電流値）を増大して、光源輝度を増加させる（ステップ７）。このとき、ＯＳＤ表示がなされているか否かを判定し（ステップ８）、ＯＳＤ表示が有る場合は、オンスクリーン画像表示信号の輝度レベルを低減するよう制御して（ステップ９）、ステップ１に戻る。

尚、上述のステップ３，７において、実際には、ルックアップテーブルを参照したり、或いは、近似関数を用いた演算によって、現フレームの平均輝度レベル（ＡＰＬ（ｎ））に対応する光源駆動制御信号を求め、光源駆動部１０に出力することで、バックライト光源９の発光輝度を可変することができる。

以上のとおり、本実施形態の液晶表示装置は、図３に示すように、入力映像信号の平均輝度レベル（ＡＰＬ）に応じてバックライト光源９の発光輝度（光量）を動的に変調する際に、ＯＳＤ表示に係る（オンスクリーン画像表示信号による）液晶パネル３の透過率とバックライト光源９の発光輝度との積が常に一定となるように、オンスクリーン画像表示信号の輝度レベルを可変するため、入力映像信号の内容変化に伴い、ＯＳＤ表示の輝度（明るさ）が変動するのを防止することができる。

すなわち、入力映像信号に応じてバックライト光源の発光輝度を動的に可変制御することにより、画質の向上及び消費電力の低減を実現する場合であっても、常に一定輝度（明るさ）の高品位なＯＳＤ表示を提供することが可能となる。

尚、上述した本発明の一実施形態においては、入力映像信号の特徴量として、１フレーム内の平均輝度レベル（ＡＰＬ）を用いて、バックライト光源の発光輝度を可変制御するものについて説明したが、これに限らず、入力映像信号の特徴量として、１フレーム内の最大輝度レベルや最小輝度レベル、輝度分布状態（ヒストグラム）を用いたり、またはこれらを組み合わせて求めた特徴量に基づき、バックライト光源の発光輝度を可変制御しても良い。さらに、１画面分全ての画素（ピクセル）を対象とした特徴量に限らず、１画面内の特定部分領域のみの画素（ピクセル）を対象とした特徴量を用いても良い。

また、上記本発明の一実施形態においては、入力映像信号の平均輝度レベル（ＡＰＬ）が大きい場合は、バックライト光源の発光輝度を低下させ、入力映像信号の平均輝度レベル（ＡＰＬ）が小さい場合は、バックライト光源の発光輝度を増大するものについて説明したが、本発明はこれと逆の輝度変調を行うものに適用しても良いことは明らかである。さらに、上記本発明の一実施形態においては、入力映像信号の特徴量に応じて、バックライト光源の発光輝度のみを可変制御しているが、これと連動して、入力映像信号の階調補正制御を行う構成としても良い。

そしてまた、上記本発明の一実施形態においては、現フレームの平均輝度レベル（ＡＰＬ）に応じて、次のフレーム画像の表示画面輝度を可変しているが、過去複数フレームの映像特徴量を次のフレーム画像の表示画面輝度に反映させても良いし、映像内容の変化に対する表示画面輝度の追従性（変化速度）を任意に設定可変する構成としても良い。この場合も、バックライト光源の発光輝度とＯＳＤ表示に係る液晶パネルの透過率との積が常に一定となるように、オンスクリーン画像表示信号の輝度レベルを可変すれば良いことは明らかである。

さらに、上記本発明の一実施形態においては、直視型の液晶表示装置について説明したが、本発明は投射型の液晶表示装置に適用しても良く、受光型光変調手段とバックライト光源とを用いて画像表示を行う画像表示装置であれば良いことは言うまでもない。

受光型光変調手段を用いて画像を表示する機器であればよく、テレビジョン受信機、パーソナルコンピュータ等の身近な機器に限らず、計測機器、医療機器、産業機器全般等にも適用可能である。

本発明の一実施形態における概略構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態における制御動作を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態における入力映像信号の平均輝度レベルと光源の発光輝度、ＯＳＤ画像表示信号の輝度レベルとの関係を示す説明図である。 従来の液晶表示装置における概略構成を示すブロック図である。 従来の液晶表示装置における入力映像信号の平均輝度レベルと画面輝度との関係を示す説明図である。 従来の液晶表示装置における映像表示の輝度とＯＳＤ表示の輝度とを示す説明図である。

符号の説明

２ 液晶コントローラ
３ 液晶パネル
４ ゲートドライバ
５ ソースドライバ
６ ＡＰＬ検出部
７ リモコン受光部
９ 光源
１０ 光源駆動部
１１ ＯＳＤ部
１８ 制御マイコン

Claims (2)

1. バックライト光源を用いて入力映像信号を表示する受光型光変調手段と、
   前記入力映像信号の特徴量を検出する手段と、
   前記検出された特徴量に基づいて、前記バックライト光源の発光輝度を動的に可変制御する手段とを備えた画像表示装置であって、
   所定のオンスクリーン表示画像信号を前記入力映像信号に重畳する手段と、
   前記バックライト光源の発光輝度にかかわらず前記オンスクリーン表示画像信号の表示輝度が一定となるように、前記オンスクリーン表示画像信号の輝度レベルを可変制御する手段とを備えたことを特徴とする画像表示装置。
2. 前記請求項１に記載の画像表示装置において、
   前記入力映像信号の特徴量は、１フレーム内の平均輝度レベル、最大輝度レベル、最小輝度レベル、輝度分布状態のいずれか一つまたは二つ以上の組合せにより求められるものであることを特徴とする画像表示装置。