JP5247885B2 - 画像表示装置および画像表示方法 - Google Patents

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Description

本発明は、画像表示装置に関し、特に、バックライトの輝度を制御する機能(バックライト調光機能)を有する画像表示装置に関する。
液晶表示装置など、バックライトを備えた画像表示装置では、入力画像に基づきバックライトの輝度を制御することにより、バックライトの消費電力を抑制し、表示画像の画質を改善することができる。特に、画面を複数のエリアに分割し、エリア内の入力画像に基づき当該エリアに対応したバックライト光源の輝度を制御することにより、さらなる低消費電力化と高画質化が可能となる。以下、このようにエリア内の入力画像に基づきバックライト光源の輝度を制御しながら表示パネルを駆動する方法を「エリアアクティブ駆動」という。
エリアアクティブ駆動を行う液晶表示装置では、バックライト光源として、例えば、RGB3色のLED(Light Emitting Diode)や白色LEDが使用される。各エリアに対応したLEDの輝度は当該各エリア内の画素の輝度の最大値や平均値などに基づいて求められ、LEDデータとしてバックライト用の駆動回路に与えられる。また、そのLEDデータと入力画像とに基づいて表示用データ(液晶の光透過率を制御するためのデータ)が生成され、当該表示用データは液晶パネル用の駆動回路に与えられる。
以上のような液晶表示装置によれば、入力画像に基づき好適な表示用データとLEDデータとを求め、表示用データに基づき液晶の光透過率を制御し、LEDデータに基づき各エリアに対応したLEDの輝度を制御することにより、入力画像を液晶パネルに表示することができる。また、エリア内の画素の輝度が小さいときには、当該エリアに対応するLEDの輝度を小さくすることにより、バックライトの消費電力を低減することができる。
なお、本件発明に関連して、以下の先行技術文献が知られている。日本の特開2007−183499号公報には、互いに隣接する分割領域の境界部近傍(拡大領域)に最大表示輝度を示す位置が存在するときに輝度の低い方の分割領域の発光率を輝度の高い方の分割領域の発光率に合わせる補正を行うことにより発光効率の向上を図っている表示装置の発明が開示されている。
日本の特開2007−183499号公報
ところが、上述したエリアアクティブ駆動を行う画像表示装置においては、低階調の背景上を高階調の微細なオブジェクトが移動するような動画表示が行われた際に、各エリアに対応したLEDの輝度の急激な変化に起因して、画面にフリッカ(ちらつき)が発生することがある。以下、このフリッカについて説明する。
例えば、図16に示すように黒色(輝度0%)の背景の中で白色(輝度100%)の微細な矩形オブジェクト91が画面の左から右へと移動する動画表示が行われたときの現象について説明する。具体的には、水平方向に連続するエリア71〜76(図17参照)内を矩形オブジェクト91が時間の経過に従って画面の左から右へと移動するものと仮定する。ここで、図17に示すように、時点t1から時点t3にかけて矩形オブジェクト91がエリア73からエリア74へと移動する場合、各エリア71〜76における(LEDの)発光輝度の変化は図25に示すようなものとなる。すなわち、時点t1から時点t2にかけては、矩形オブジェクト91の位置は移動しているが、各エリア71〜76における発光輝度については変化していない。そして、時点t3になると、矩形オブジェクト91の位置がエリア73からエリア74へと移動するのに伴って、各エリア71〜76における発光輝度は大きく変化している。これは、各エリアの発光輝度は、各時点における当該各エリア内の画素の輝度の最大値や平均値に基づいて決定されているからである。その結果、上述のような矩形オブジェクト91がエリア間の境界部分を跨って移動するタイミング毎に各エリアの発光輝度は大きく変化し、それら発光輝度の急激な変化がフリッカとして視認される。
そこで、本発明は、エリアアクティブ駆動を行う画像表示装置において、各エリアの発光輝度が当該各エリア内の画素の輝度の最大値や平均値に基づいて決定されることに起因する、動画表示の際のフリッカの発生を抑制することを目的とする。
本発明の第1の局面は、バックライトの輝度を制御する機能を有する画像表示装置であって、
複数の表示素子を含む表示パネルと、
複数の光源を含むバックライトと、
入力画像を複数のエリアに分割し、各エリアに対応した入力画像に基づいて、当該各エリアに対応した光源の発光時の輝度を第1の発光輝度として求める発光輝度算出部と、
各エリアにつき前記入力画像に基づく最大の輝度値を有する画素の位置である最大輝度位置に基づいて当該各エリアから予め定められた範囲内に位置するエリアの前記第1の発光輝度を補正することにより、前記複数のエリアの第2の発光輝度を求める発光輝度補正部と、
前記入力画像と前記第2の発光輝度とに基づき、前記表示素子の光透過率を制御するための表示用データを求める表示用データ算出部と、
前記表示用データに基づき、前記表示パネルに対して前記表示素子の光透過率を制御する信号を出力するパネル駆動回路と、
前記第2の発光輝度に基づき、前記バックライトに対して前記光源の輝度を制御する信号を出力するバックライト駆動回路と
を備え、
前記発光輝度補正部は、所定の補正用データに基づく前記第1の発光輝度の補正後の輝度を基準輝度としたとき、各エリアの中心位置を基準として当該各エリアの前記最大輝度位置と同じ側に位置するエリアについては前記基準輝度よりも前記第2の発光輝度の方が高くなるように、かつ、各エリアの中心位置を基準として当該各エリアの前記最大輝度位置とは異なる側に位置するエリアについては前記基準輝度よりも前記第2の発光輝度の方が低くなるように、前記第2の発光輝度を求めることを特徴とする。
本発明の第2の局面は、本発明の第1の局面において、
各エリアについての中心位置と前記最大輝度位置との位置関係を示す偏心値を求める偏心値算出部を更に備え、
前記発光輝度補正部は、前記偏心値に基づいて前記第2の発光輝度を求めることを特徴とする。
本発明の第3の局面は、本発明の第2の局面において、
前記偏心値算出部は、各エリアの中心位置を通過する垂直軸から前記最大輝度位置までの距離と当該各エリアの中心位置を通過する水平軸から前記最大輝度位置までの距離とに基づいて、当該各エリアについての前記偏心値を求めることを特徴とする。
本発明の第4の局面は、本発明の第2の局面において、
前記偏心値算出部は、各エリアの中心位置から前記最大輝度位置までの距離と、当該各エリアの中心位置から前記最大輝度位置へ伸ばした直線と当該各エリアの中心位置を通過する中心位置から正の方向側へ伸ばした水平軸とのなす角度とに基づいて、当該各エリアについての前記偏心値を求めることを特徴とする。
本発明の第5の局面は、本発明の第の局面において、
前記発光輝度補正部は、
前記複数のエリアを1エリアずつ順次に着目エリアとし、前記着目エリアから予め定められた範囲内に位置するエリアを1エリアずつ順次に補正対象エリアとして前記補正対象エリアの輝度を補正することによって、各エリアにつき前記第1の発光輝度から前記第2の発光輝度を求める際に複数回の輝度の補正を行い、
各エリアについての1回の輝度の補正の際に、前記着目エリアと前記補正対象エリアとの位置関係に応じて前記補正用データとして予め定められた第1係数と前記着目エリアについての前記偏心値とに基づいて第2係数を求め、前記着目エリアの第1の発光輝度に前記第2係数を乗ずることによって得られる輝度または前記補正対象エリアの補正前輝度のうちの大きい方の輝度を前記補正対象エリアの補正後輝度とし、
各エリアについての1回目の輝度の補正の際には、当該各エリアの第1の発光輝度を前記補正前輝度とし、
各エリアについての最後の輝度の補正で得られた前記補正後輝度を前記第2の発光輝度とすることを特徴とする。
本発明の第6の局面は、本発明の第の局面において、
前記発光輝度補正部は、
前記複数のエリアを1エリアずつ順次に着目エリアとし、前記着目エリアから予め定められた範囲内に位置するエリアを1エリアずつ順次に補正対象エリアとして前記補正対象エリアの輝度を補正することによって、各エリアにつき前記第1の発光輝度から前記第2の発光輝度を求める際に複数回の輝度の補正を行い、
各エリアについての1回の輝度の補正の際に、前記着目エリアと前記補正対象エリアとの位置関係に応じて前記補正用データとして予め定められた第1係数と前記着目エリアについての前記偏心値とに基づいて第2係数を求め、前記着目エリアの第1の発光輝度に前記第2係数を乗ずることによって得られた輝度を前記補正対象エリアの補正前輝度に加算することによって得られる輝度を前記補正対象エリアの補正後輝度とし、
各エリアについての1回目の輝度の補正の際には、当該各エリアの第1の発光輝度を前記補正前輝度とし、
各エリアについての最後の輝度の補正で得られた前記補正後輝度を前記第2の発光輝度とすることを特徴とする。
本発明の第7の局面は、本発明の第5の局面において、
前記発光輝度補正部は、前記着目エリアの第1の発光輝度が0でなければ前記補正対象エリアの第2の発光輝度が当該補正対象エリアの第1の発光輝度よりも高くなるように、前記複数のエリアの第2の発光輝度を求めることを特徴とする。
本発明の第8の局面は、複数の表示素子を含む表示パネルと複数の光源を含むバックライトとを備えた画像表示装置における画像表示方法であって、
入力画像を複数のエリアに分割し、各エリアに対応した入力画像に基づいて、当該各エリアに対応した光源の発光時の輝度を第1の発光輝度として求める発光輝度算出ステップと、
各エリアにつき前記入力画像に基づく最大の輝度値を有する画素の位置である最大輝度位置に基づいて当該各エリアから予め定められた範囲内に位置するエリアの前記第1の発光輝度を補正することにより、前記複数のエリアの第2の発光輝度を求める発光輝度補正ステップと、
前記入力画像と前記第2の発光輝度とに基づき、前記表示素子の光透過率を制御するための表示用データを求める表示用データ算出ステップと、
前記表示用データに基づき、前記表示パネルに対して前記表示素子の光透過率を制御する信号を出力するパネル駆動ステップと、
前記第2の発光輝度に基づき、前記バックライトに対して前記光源の輝度を制御する信号を出力するバックライト駆動ステップと
を備え、
前記発光輝度補正ステップでは、所定の補正用データに基づく前記第1の発光輝度の補正後の輝度を基準輝度としたとき、各エリアの中心位置を基準として当該各エリアの前記最大輝度位置と同じ側に位置するエリアについては前記基準輝度よりも前記第2の発光輝度の方が高くなるように、かつ、各エリアの中心位置を基準として当該各エリアの前記最大輝度位置とは異なる側に位置するエリアについては前記基準輝度よりも前記第2の発光輝度の方が低くなるように、前記第2の発光輝度が求められることを特徴とする。
また、本発明の第8の局面において実施形態および図面を参照することにより把握される変形例が、課題を解決するための手段として考えられる。
本発明の第1の局面によれば、各エリアにおける最大輝度の画素の位置(最大輝度位置)に応じて、当該各エリアの周囲のエリアの発光輝度に補正が施される。その際、各エリアの中心位置を基準として最大輝度位置と同じ側に位置するエリアの発光輝度は比較的高い輝度とされ、各エリアの中心位置を基準として最大輝度位置とは異なる側に位置するエリアの発光輝度は比較的低い輝度とされる。このため、低階調の背景上を高階調の微細なオブジェクトが移動するような動画表示が行われた際に、オブジェクトが或る1つのエリア内を移動している期間内においても、その周囲のエリアの発光輝度は変化する。すなわち、各エリアの発光輝度は、オブジェクトの移動に伴って徐々に変化する。従って、そのようなオブジェクトがエリア間の境界部分を跨って移動するタイミングで各エリアの発光輝度が大きく変化することはない。これにより、各エリアの発光輝度が当該各エリア内の画素の輝度の最大値や平均値に基づいて決定されることに起因するフリッカの発生が抑制される。
本発明の第2の局面によれば、各エリアにおける中心位置と最大輝度位置との位置関係に基づいて、当該各エリアの周囲のエリアの発光輝度が決定される。このため、低階調の背景上を高階調の微細なオブジェクトが移動するような動画表示が行われた際に、当該オブジェクトが或るエリアに近づくにつれて当該エリアの発光輝度を高め、当該オブジェクトが或るエリアから遠ざかるにつれて当該エリアの発光輝度を低くすることができる。これにより、表示パネル上でより好適な輝度分布が得られるよう、バックライトを発光させることができる。
本発明の第3の局面によれば、比較的簡易な構成で、本発明の第2の局面と同様の効果が得られる。
本発明の第4の局面によれば、エリア間における角度を考慮した位置関係やエリア内における中心位置からみた最大輝度位置の角度を考慮した位置関係に基づいて、各エリアの発光輝度を算出するための偏心値が求められる。このため、各エリアにおける最大輝度位置の中心位置からの偏りの程度に応じて、表示パネル上でより好適な輝度分布が得られるよう、バックライトを発光させることができる。
本発明の第5の局面によれば、本発明の第1の局面と同様、各エリアの発光輝度が当該各エリア内の画素の輝度の最大値や平均値に基づいて決定されることに起因するフリッカの発生が抑制される。
本発明の第6の局面によれば、本発明の第1の局面と同様、各エリアの発光輝度が当該各エリア内の画素の輝度の最大値や平均値に基づいて決定されることに起因するフリッカの発生が抑制される。
本発明の第7の局面によれば、入力画像に基づき或るエリアの光源が点灯するときに、当該エリアの周囲のエリアの輝度が高められる。このため、単一エリア点灯が行われた際に、点灯対象のエリアの周囲のエリアの光源も点灯する。その結果、点灯対象のエリアの表示輝度が従来よりも高められ、単一エリア点灯時の輝度不足が解消される。
本発明の第1の実施形態におけるエリアアクティブ駆動処理部の詳細な構成を示すブロック図である。 上記第1の実施形態に係る液晶表示装置の構成を示すブロック図である。 図2に示すバックライトの詳細を示す図である。 上記第1の実施形態において、エリアアクティブ駆動処理部の処理手順を示すフローチャートである。 上記第1の実施形態において、液晶データとLEDデータが得られるまでの経過を示す図である。 上記第1の実施形態において、最大輝度位置偏心係数の算出について説明するための図である。 上記第1の実施形態におけるLEDフィルタの例を示す図である。 上記第1の実施形態における輝度拡散フィルタの例を示す図である。 上記第1の実施形態において、ローカル座標について説明するための図である。 上記第1の実施形態において、グローバル座標について説明するための図である。 上記第1の実施形態において、グローバル座標が(I,J)のエリアについての補正後の輝度値の算出について説明するための図である。 上記第1の実施形態において、発光輝度補正処理の手順の一例を示すフローチャートである。 着目エリアにおける最大輝度位置を考慮することなく周囲のエリアについての補助輝度値の算出が行われた場合の各エリアの補助輝度値を示す図である。 上記第1の実施形態において、各エリアの寄与比率を示す図である。 上記第1の実施形態において、各エリアの補助輝度値を示す図である。 上記第1の実施形態における効果について説明するための図である。 上記第1の実施形態における効果について説明するための図である。 上記第1の実施形態における効果について説明するための図である。 上記第2の実施形態において、最大輝度位置偏心係数の算出について説明するための図である。 上記第2の実施形態において、発光輝度補正処理について説明するための図である。 上記第2の実施形態において、発光輝度補正処理について説明するための図である。 上記第2の実施形態において、発光輝度補正処理の手順を示すフローチャートである。 上記第2の実施形態において、各エリアの寄与比率を示す図である。 上記第2の実施形態において、各エリアの補助輝度値を示す図である。 従来例における課題について説明するための図である。
以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。
<1.第1の実施形態>
<1.1 全体構成および動作概要>
図2は、本発明の第1の実施形態に係る液晶表示装置10の構成を示すブロック図である。図2に示す液晶表示装置10は、液晶パネル11,パネル駆動回路12,バックライト13,バックライト駆動回路14,およびエリアアクティブ駆動処理部15を備えている。この液晶表示装置10は、画面を複数のエリアに分割して各エリア内の入力画像に基づきバックライト光源の輝度を制御しながら液晶パネル11を駆動するエリアアクティブ駆動を行う。以下、mとnは2以上の整数、pとqは1以上の整数、pとqのうち少なくとも一方は2以上の整数であるとする。
液晶表示装置10には、R画像,G画像,およびB画像を含む入力画像31が入力される。R画像,G画像,およびB画像は、いずれも(m×n)個の画素の輝度を含んでいる。エリアアクティブ駆動処理部15は、入力画像31に基づき、液晶パネル11の駆動に用いる表示用データ(以下、液晶データ38という)と、バックライト13の駆動に用いる発光輝度制御データ(以下、LEDデータ35という)とを求める(詳細は後述)。
液晶パネル11は、(m×n×3)個の表示素子21を備えている。表示素子21は、行方向(図2では横方向)に3m個ずつ、列方向(図2では縦方向)にn個ずつ、全体として2次元状に配置される。表示素子21には、赤色光を透過するR表示素子,緑色光を透過するG表示素子,および青色光を透過するB表示素子が含まれる。R表示素子,G表示素子,およびB表示素子は、行方向に並べて配置され、3個で1個の画素を形成する。但し、表示素子の並びはこの形式に限らない。
パネル駆動回路12は、液晶パネル11の駆動回路である。パネル駆動回路12は、エリアアクティブ駆動処理部15から出力された液晶データ38に基づき、液晶パネル11に対して表示素子21の光透過率を制御する信号(電圧信号)を出力する。パネル駆動回路12から出力された電圧は表示素子21内の画素電極に書き込まれ、表示素子21の光透過率は画素電極に書き込まれた電圧に応じて変化する。
バックライト13は、液晶パネル11の背面側に設けられ、液晶パネル11の背面にバックライト光を照射する。図3は、バックライト13の詳細を示す図である。バックライト13は、図3に示すように、(p×q)個のLEDユニット22を含んでいる。LEDユニット22は、行方向にp個ずつ、列方向にq個ずつ、全体として2次元状に配置される。LEDユニット22は、赤色LED23,緑色LED24,および青色LED25を1個ずつ含む。1個のLEDユニット22に含まれる3個のLED23〜25から出射された光は、液晶パネル11の背面の一部に当たる。
バックライト駆動回路14は、バックライト13の駆動回路である。バックライト駆動回路14は、エリアアクティブ駆動処理部15から出力されたLEDデータ35に基づき、バックライト13に対してLED23〜25の輝度を制御する信号(パルス信号PWMまたは電流信号)を出力する。LED23〜25の輝度は、ユニット内およびユニット外のLEDの輝度とは独立して制御される。
液晶表示装置10の画面は(p×q)個のエリアに分割され、1個のエリアには1個のLEDユニット22が対応づけられる。但し、輝度不足などの理由により、1個のエリアに対して複数のLEDユニットがセットで使用する事も可能である。その場合、複数のLEDユニットはバックライト駆動回路14から、そのエリアに対して渡される輝度を複数LEDユニットの同時発光により実現する。エリアアクティブ駆動処理部15は、(p×q)個のエリアのそれぞれについて、エリア内のR画像に基づき、当該エリアに対応した赤色LED23の輝度(発光時の輝度)を求める。同様に、緑色LED24の輝度はエリア内のG画像に基づき決定され、青色LED25の輝度はエリア内のB画像に基づき決定される。エリアアクティブ駆動処理部15は、バックライト13に含まれるすべてのLED23〜25の輝度を求め、求めた輝度を表すLEDデータ35をバックライト駆動回路14に対して出力する。
また、エリアアクティブ駆動処理部15は、LEDデータ35に基づき、液晶パネル11に含まれるすべての表示素子21におけるバックライト光の輝度(表示され得る輝度、以下「表示輝度」という。)を求める。さらに、エリアアクティブ駆動処理部15は、入力画像31と表示輝度とに基づき、液晶パネル11に含まれるすべての表示素子21の光透過率を求め、求めた光透過率を表す液晶データ38をパネル駆動回路12に対して出力する。
液晶表示装置10では、R表示素子の輝度は、バックライト13から出射される赤色光の輝度とR表示素子の光透過率との積になる。1個の赤色LED23から出射された光は、対応する1個のエリアを中心として複数のエリアに当たる。したがって、R表示素子の輝度は、複数の赤色LED23から出射された光の輝度の合計とR表示素子の光透過率との積になる。同様に、G表示素子の輝度は複数の緑色LED24から出射された光の輝度の合計とG表示素子の光透過率との積になり、B表示素子の輝度は複数の青色LED25から出射された光の輝度の合計とB表示素子の光透過率との積になる。
以上のように構成された液晶表示装置10によれば、入力画像31に基づき好適な液晶データ38とLEDデータ35とを求め、液晶データ38に基づき表示素子21の光透過率を制御し、LEDデータ35に基づきLED23〜25の輝度を制御することにより、入力画像31を液晶パネル11に表示することができる。また、エリア内の画素の輝度が小さいときには、当該エリアに対応したLED23〜25の輝度を小さくすることにより、バックライト13の消費電力を低減することができる。また、エリア内の画素の輝度が小さいときには、当該エリアに対応した表示素子21の輝度をより少数のレベル間で切り替えることにより、画像の分解能を高め、表示画像の画質を改善することができる。
図4は、エリアアクティブ駆動処理部15の処理手順を示すフローチャートである。エリアアクティブ駆動処理部15には、入力画像31に含まれるある色成分(以下、色成分Cという)の画像が入力される(ステップS11)。色成分Cの入力画像には(m×n)個の画素の輝度が含まれる。
次に、エリアアクティブ駆動処理部15は、色成分Cの入力画像に対してサブサンプリング処理(平均化処理)を行い、(sp×sq)個(sは2以上の整数)の画素の輝度を含む縮小画像を求める(ステップS12)。ステップS12では、色成分Cの入力画像は、横方向に(sp/m)倍、縦方向に(sq/n)倍に縮小される。次に、エリアアクティブ駆動処理部15は、縮小画像を(p×q)個のエリアに分割する(ステップS13)。各エリアには(s×s)個の画素の輝度が含まれる。次に、エリアアクティブ駆動処理部15は、(p×q)個のエリアのそれぞれについて、エリア内の画素の輝度の最大値Maと、エリア内の画素の輝度の平均値Meとを求める(ステップS14)。次に、エリアアクティブ駆動処理部15は、ステップS14で求めた最大値Ma,平均値Meなどに基づき、各エリアに対応したLEDの発光時の輝度を求める(ステップS15)。なお、ステップS15で求められる輝度のことを以下「第1の発光輝度」という。
次に、エリアアクティブ駆動処理部15は、各エリアについて、入力画像31中の最大輝度のデータがエリア内のどの位置に存在するかを求め(以下、最大輝度のデータが存在する位置を「最大輝度位置」という。)、その最大輝度位置がエリアの中心位置から離れている程度を示す係数(以下、「最大輝度位置偏心係数」という。)を求める(ステップS16)。本実施形態においては、この最大輝度位置偏心係数によって偏心値が実現されている。なお、最大輝度位置偏心係数の算出についての詳しい説明は後述する。次に、エリアアクティブ駆動処理部15は、ステップS16で求めた最大輝度位置偏心係数に基づき、第1の発光輝度を第2の発光輝度に補正する(ステップS17)。この補正処理(以下、「発光輝度補正処理」という。)についての詳しい説明は後述する。
次に、エリアアクティブ駆動処理部15は、ステップS17で求めた(p×q)個の第2の発光輝度に対して輝度拡散フィルタを適用することにより、(tp×tq)個(tは2以上の整数)の表示輝度を含む第1のバックライト輝度データを求める(ステップS18)。ステップS18では、(p×q)個の第2の発光輝度は、横方向と縦方向にそれぞれt倍に拡大される。
次に、エリアアクティブ駆動処理部15は、第1のバックライト輝度データに対して線形補間処理を行うことにより、(m×n)個の表示輝度を含む第2のバックライト輝度データを求める(ステップS19)。ステップS19では、第1のバックライト輝度データは、横方向に(m/tp)倍、方向に(n/tq)倍に拡大される。第2のバックライト輝度データは、(p×q)個の色成分CのLEDがステップS17で求めた第2の発光輝度で発光したときに(m×n)個の色成分Cの表示素子21に入射する色成分Cのバックライト光の輝度を表す。
次に、エリアアクティブ駆動処理部15は、色成分Cの入力画像に含まれる(m×n)個の画素の輝度を、それぞれ、第2のバックライト輝度データに含まれる(m×n)個の表示輝度で割ることにより、(m×n)個の色成分Cの表示素子21の光透過率Tを求める(ステップS20)。
最後に、エリアアクティブ駆動処理部15は、色成分Cについて、ステップS20で求めた(m×n)個の光透過率Tを表す液晶データ38と、ステップS17で求めた(p×q)個の第2の発光輝度を表すLEDデータ35とを出力する(ステップS21)。この際、液晶データ38とLEDデータ35は、パネル駆動回路12とバックライト駆動回路14の仕様に合わせて好適な範囲の値に変換される。
エリアアクティブ駆動処理部15は、R画像,G画像,およびB画像に対して図4に示す処理を行うことにより、(m×n×3)個の画素の輝度を含む入力画像31に基づき、(m×n×3)個の透過率を表す液晶データ38と、(p×q×3)個の第2の発光輝度を表すLEDデータ35とを求める。
図5は、m=1920,n=1080,p=32,q=16,s=10,t=5の場合について、液晶データとLEDデータが得られるまでの経過を示す図である。図5に示すように、(1920×1080)個の画素の輝度を含む色成分Cの入力画像に対してサブサンプリング処理を行うことにより、(320×160)個の画素の輝度を含む縮小画像が得られる。縮小画像は、(32×16)個のエリア(エリアサイズは(10×10)画素)に分割される。各エリアについて画素の輝度の最大値Maと平均値Meを求めることにより、(32×16)個の最大値を含む最大値データと、(32×16)個の平均値を含む平均値データとが得られる。さらに、最大値データや平均値データなどに基づき、(32×16)個の発光輝度(第1の発光輝度)が得られる。第1の発光輝度は発光輝度補正処理によって補正され、(32×16)個の発光輝度(第2の発光輝度)を表す色成分CのLEDデータが得られる。
色成分CのLEDデータに輝度拡散フィルタを適用することにより、(160×80)個の輝度を含む第1のバックライト輝度データが得られ、第1のバックライト輝度データに対して線形補間処理を行うことにより、(1920×1080)個の輝度を含む第2のバックライト輝度データが得られる。最後に、入力画像に含まれる画素の輝度を第2のバックライト輝度データに含まれる輝度で割ることにより、(1920×1080)個の光透過率を含む色成分Cの液晶データが得られる。
なお、図4および図5では、説明を容易にするために、エリアアクティブ駆動処理部15は、各色成分の画像に対する処理を順に行うこととしたが、各色成分の画像に対する処理を時分割で行っても良い。また、図4および図5では、エリアアクティブ駆動処理部15は、ノイズ除去のために入力画像に対してサブサンプリング処理を行い、縮小画像に基づきエリアアクティブ駆動を行うこととしたが、元の入力画像に基づきエリアアクティブ駆動を行う構成としても良い。
<1.2 エリアアクティブ駆動処理部の構成>
図1は、本実施形態におけるエリアアクティブ駆動処理部15の詳細な構成を示すブロック図である。エリアアクティブ駆動処理部15は、所定の処理を実行するための構成要素として、発光輝度算出部151と最大輝度位置偏心係数算出部152と発光輝度補正部153と表示輝度算出部154と液晶データ算出部155とを備え、所定のデータを格納するための構成要素として、LEDフィルタ156と輝度拡散フィルタ157とを備えている。なお、本実施形態においては、最大輝度位置偏心係数算出部152によって偏心値算出部が実現され、表示輝度算出部154と液晶データ算出部155とによって表示用データ算出部が実現されている。
発光輝度算出部151は、入力画像31を複数のエリアに分割し、当該入力画像31に基づいて、各エリアに対応したLEDの発光時の輝度(上述の第1の発光輝度)を求める。この輝度を算出する方法としては、例えば、エリア内の画素の輝度の最大値Maに基づいて決定する方法,エリア内の画素の輝度の平均値Meに基づいて決定する方法,エリア内の画素の輝度の最大値Maと平均値Meを加重平均することにより得られる値に基づいて決定する方法などがある。
最大輝度位置偏心係数算出部152は、各エリアについて、最大輝度位置に基づき上述の最大輝度位置偏心係数33を求める。ここで、本実施形態における最大輝度位置偏心係数33の求め方について、図6を参照しつつ説明する。なお、本実施形態においては、最大輝度位置偏心係数33として、水平方向についての中心位置から離れている程度を示す水平方向偏心係数Khと垂直方向についての中心位置から離れている程度を示す垂直方向偏心係数Kvとが算出される。
図6に示すエリアに関し、水平方向の一辺の長さは2Wxとなっており、垂直方向の一辺の長さは2Wyとなっている。従って、中心位置から水平方向に隣接するエリアまでの距離はWxとなっており、中心位置から垂直方向に隣接するエリアまでの距離はWyとなっている。また、中心位置から水平方向(右方向)に距離δxだけ離れ、かつ、垂直方向(上方向)に距離δyだけ離れた位置が、このエリアにおける最大輝度位置となっている。このとき、水平方向偏心係数Khは次式(1)によって算出され、垂直方向偏心係数Kvは次式(2)によって算出される。
Kh=δx/Wx ・・・(1)
Kv=δy/Wy ・・・(2)
なお、最大輝度位置が中心位置よりも右側にあるときには上式(1)のδxは正の値となり、最大輝度位置が中心位置よりも左側にあるときには上式(1)のδxは負の値となる。また、最大輝度位置が中心位置よりも上側にあるときには上式(2)のδyは正の値となり、最大輝度位置が中心位置よりも下側にあるときには上式(2)のδyは負の値となる。
以上のようにして、最大輝度位置偏心係数算出部152では、パネル内に含まれる全てのエリアについての最大輝度位置偏心係数33が算出される。そして、その最大輝度位置偏心係数33は発光輝度補正部153に与えられる。
LEDフィルタ156には、発光輝度算出部151によって算出された第1の発光輝度32を補正するためのデータが格納されている。LEDフィルタ156は模式的には例えば図7に示すようなものとなっている。このLEDフィルタ156には、任意のエリア(ここでは符号61で示すエリア)に着目したときに当該エリア61の明るさを補助すべく周囲のエリアの輝度を本来の輝度よりも高くするための、エリア61の輝度に対する周囲のエリアの輝度の比率(以下、「寄与比率」という。)が格納されている。
発光輝度補正部153は、最大輝度位置偏心係数算出部152によって算出された最大輝度位置偏心係数33とLEDフィルタ156に格納されている寄与比率34とに基づいて、発光輝度算出部151によって算出された第1の発光輝度32を補正する。この補正により、パネル内の各エリアについての第2の発光輝度が算出される。第2の発光輝度を示すLEDデータ35は、バックライト駆動回路14に与えられるとともに表示輝度算出部154に与えられる。
輝度拡散フィルタ157には、任意のエリアのLEDから出射された光がどのように拡散するかを示す数値データ(以下、「光拡散データ」という。)が格納されている。詳しくは、1つのエリアのLEDが発光した時に当該エリアに現れる輝度の値を「100」と仮定した場合における、当該エリアおよびその周囲のエリアに現れる輝度の値が、上記光拡散データとして輝度拡散フィルタ157に格納されている。例えば、図8に示すように、光拡散データが輝度拡散フィルタ157に格納されている。
表示輝度算出部154は、発光輝度補正部153で求められたLEDデータ(第2の発光輝度)35と輝度拡散フィルタ157に格納されている光拡散データ36とに基づいて、液晶パネル11に含まれるすべての表示素子21における表示輝度37を求める。液晶データ算出部155は、入力画像31と表示輝度37とに基づいて、液晶パネル11に含まれるすべての表示素子21の光透過率を表す液晶データ38を求める。
なお、本実施形態においては、LEDフィルタ156に格納されている寄与比率によって第1係数が実現されている。
<1.3 発光輝度補正処理>
以下、本実施形態における発光輝度補正処理について詳しく説明する。なお、以下の説明においては、任意のエリアを中心としたときの当該エリアを基準とする周囲のエリアの座標のことを「ローカル座標」という。また、パネルの左上隅のエリアを基準としたときの各エリアの座標のことを「グローバル座標」という。ローカル座標については、中心となるエリアの座標を(0,0)で表し、右方向および上方向を正として、中心となるエリアから右方向にi番目,上方向にj番目に位置するエリアの座標を(i,j)で表す。グローバル座標については、パネルの左上隅のエリアの座標を(0,0)で表し、右方向および下方向を正として、パネルの左上隅のエリアから右方向にI番目,下方向にJ番目に位置するエリアの座標を(I,J)で表す。図9は、符号62で示すエリアを中心としたときの各エリアのローカル座標を示している。図10は、符号63で示すエリアがパネルの左上隅のエリアであるときの各エリアのグローバル座標を示している。
発光輝度補正処理では、パネル内のエリアが1エリアずつ順次に着目エリアとされ、着目エリアの周囲のエリアの輝度(第1の発光輝度)に補正が施される。本実施形態においては、着目エリアを中心として水平方向に7エリアかつ垂直方向に7エリアの範囲内に位置するエリアに対して補正が施される。但し、着目エリアの第1の発光輝度が0である場合には、当該着目エリアの周囲のエリアの輝度に補正は施されない。ここで、図6に示したように、中心位置から水平方向(右方向)に距離δxだけ離れ、かつ、垂直方向(上方向)に距離δyだけ離れた位置が、着目エリアにおける最大輝度位置であると仮定する。このとき、着目エリアの周囲のエリアの輝度は以下のようにして補正される。なお、着目エリアのグローバル座標を(I,J)とする。
発光輝度補正処理は発光輝度補正部153で行われるが、予め最大輝度位置偏心係数算出部152によって、各エリアについての最大輝度位置偏心係数(水平方向偏心係数Khおよび垂直方向偏心係数Kv)が当該各エリアの最大輝度位置に基づいて算出される。そして、発光輝度補正部153では、まず、最大輝度位置偏心係数を用いて、補正後の輝度値の大きさを調整するための修正係数(水平方向修正係数および垂直方向修正係数)が求められる。着目エリアの水平方向修正係数Rh(I,J)は次式(3)によって算出される。
Rh(I,J)=T*Kh
=T*δx/Wx ・・・(3)
同様に、着目エリアの垂直方向修正係数Rv(I,J)は次式(4)によって算出される。
Rv(I,J)=T*Kv
=T*δy/Wy ・・・(4)
上式(3)および上式(4)において、Tは修正係数の大きさを調整するために装置毎に定められる調整係数である。
なお、本実施形態においては、上式(3)および上式(4)において共通の調整係数Tが用いられているが、本発明はこれに限定されない。バックライトの光学系の特性がパネルの水平方向と垂直方向とで異なる場合など、より高い精度の輝度調整を可能にするため、上式(3)と上式(4)とで異なる調整係数Tが用いられる構成としても良い。
上式(3)から把握されるように、δxが正の値のとき、すなわち、最大輝度位置が中心位置よりも右側にあるときには、水平方向修正係数Rh(I,J)は正の値となる。一方、δxが負の値のとき、すなわち、最大輝度位置が中心位置よりも左側にあるときには、水平方向修正係数Rh(I,J)は負の値となる。また、上式(4)から把握されるように、δyが正の値のとき、すなわち、最大輝度位置が中心位置よりも上側にあるときには、垂直方向修正係数Rv(I,J)は正の値となる。一方、δyが負の値のとき、すなわち、最大輝度位置が中心位置よりも下側にあるときには、垂直方向修正係数Rv(I,J)は負の値となる。
次に、着目エリアのローカル座標を(0,0)として、着目エリアの水平方向修正係数Rh(I,J)および垂直方向修正係数Rv(I,J)に基づいて、LEDフィルタ156に格納されている各エリアの寄与比率に補正が施される。具体的には、ローカル座標(i,j)のエリアについての補正後の寄与比率E(i,j)が次式(5)によって算出される。なお、本実施形態においては、この寄与比率E(i,j)によって第2係数が実現されている。
E(i,j) = (1+S(i)*Rh(I,J)) * (1+S(j)*Rv(I,J)) * C(i,j)
・・・(5)
ここで、S(a)は関数であり、a=0のときは0を返し、a>0のときは1を返し、a<0のときは−1を返す。また、C(i,j)はLEDフィルタ156に格納されているローカル座標(i,j)のエリアの補正前の寄与比率である。
ところで、上式(1)および上式(2)に関し、δxは0以上Wx以下の値を取り、δyは0以上Wy以下の値を取る。又、S(i)及びS(j)は−1、0、1の値を取る。従って、最大輝度位置偏心係数は−1以上1以下の値を取る。このため、上式(3)および上式(4)で得られる修正係数(水平方向修正係数および垂直方向修正係数)は−T以上T以下の値を取る。これにより、上式(5)で得られる寄与比率E(i,j)については、「(1−T)2*C(i,j)」から「(1+T)2*C(i,j)」までの範囲内の値となる。
次に、上式(5)で算出された寄与比率E(i,j)を用いて、着目エリアの周囲のエリアについての補正後の輝度値Vlb(i,j)が求められる。具体的には、ローカル座標(i,j)のエリアについての補正後の輝度値Vlb(i,j)が次式(6)によって算出される。
Vlb(i,j) = MAX( Vlo(i,j), E(i,j) * Vlo(0,0) ) ・・・(6)
ここで、MAX(a,b)は関数であり、aおよびbのうちの大きい方の値を返す。Vlo(i,j)は、ローカル座標(i,j)のエリアについての補正前の輝度値である。Vlo(0,0)は、着目エリアの第1の発光輝度である。
ところで、グローバル座標が(I,J)のエリアについては、グローバル座標が(I−3,J−3)から(I+3,J+3)までの範囲内に位置するエリアがそれぞれ着目エリアとされたときに、上式(6)によって補正後の輝度値が算出される(図11参照)。すなわち、各エリアについて、上式(6)に基づく補正後の輝度値の算出は複数回行われる。この補正後の輝度値の算出において、1回目の算出の際には、各エリアの第1の発光輝度が上式(6)の右辺中のVlo(i,j)となる。また、(n−1)回目の算出で得られた上式(6)の左辺であるVlb(i,j)の値が、n回目の算出の際の上式(6)の右辺中のVlo(i,j)となる。そして、各エリアにつき、それら複数回の算出のうちの最後の算出で得られたVlb(i,j)の値が、当該各エリアについての第2の発光輝度となる。
図12は、発光輝度補正処理の手順の一例を示すフローチャートである。まず、発光輝度補正部153は、パネル内に含まれる全てのエリアの中から処理対象とするエリア(着目エリア)を抽出する(ステップS30)。なお、ステップS30からステップS46までの処理はパネル内に含まれるエリア数に等しい数だけ繰り返され、ステップS30では1つずつエリアが抽出される。次に、発光輝度補正部153は、上式(3)および上式(4)によって、着目エリアの水平方向修正係数および垂直方向修正係数を算出する(ステップS32)。
次に、発光輝度補正部153は、着目エリアの周囲のエリアの中から輝度値の補正を行う補正対象エリアを抽出する(ステップS34)。なお、ステップS34からステップS44までの処理はLEDフィルタ156に格納されている寄与比率のデータ数に等しい数だけ繰り返され、ステップS34では1つずつエリアが抽出される。
次に、発光輝度補正部153は、上式(5)によって、補正対象エリアについての寄与比率を算出する(ステップS36)。次に、発光輝度補正部153は、着目エリアの第1の発光輝度とステップS36で求めた補正対象エリアの寄与比率との積(以下、「補助輝度値」という。)を算出する(ステップS38)。すなわち、ステップS38では、上式(6)の右辺中のE(i,J)*Vlo(0,0)の値が算出される。
次に、発光輝度補正部153は、ステップS38で算出した補助輝度値が補正対象エリアについての現時点での輝度値(補正前輝度値)よりも大きいか否かを判定する(ステップS40)。すなわち、ステップS40では、上式(6)の右辺中のVlo(i,j)とE(i,J)*Vlo(0,0)との比較が行われる。判定の結果、補正前輝度値よりも補助輝度値の方が大きければステップS42に進み、そうでなければステップS44に進む。ステップS42では、発光輝度補正部153は、ステップS38で算出した補助輝度値を補正対象エリアの輝度値(補正後の輝度値)に設定する。すなわち、ステップS42では、上式(6)の左辺中のVlb(i,j)に、上式(6)の右辺中のE(i,J)*Vlo(0,0)の値が代入される。ステップS42の終了後、ステップS44に進む。
ステップS44では、発光輝度補正部153は、着目エリアに対応する全ての補正対象エリアの抽出が終了したか否かを判定する。判定の結果、全ての補正対象エリアの抽出が終了していればステップS46に進み、そうでなければステップS34に戻る。ステップS46では、発光輝度補正部153は、パネル内の全てのエリアの抽出が終了したか否かを判定する。判定の結果、全てのエリアの抽出が終了していれば発光輝度補正処理は終了し、そうでなければステップS30に戻る。
<1.4 作用および効果>
次に、本実施形態における作用および効果について説明する。ここでは、LEDフィルタ156は図7に示すようなものとなっていて、或るエリア(「着目エリア」とする)の第1の発光輝度が255になっていると仮定する。このとき、仮に着目エリアにおける最大輝度位置を考慮することなく周囲のエリアについての補助輝度値の算出が行われると、各エリアの補助輝度値は図13に示すようなものとなる。なお、図13では着目エリアを符号64で示している。図13における各エリアの補助輝度値は、LEDフィルタ156に格納されている寄与比率と着目エリア64の第1の発光輝度である255とを乗ずることによって得られる値となっている。図13から把握されるように、各エリアの補助輝度値は、着目エリア64を中心として上下左右対称となっている。
これに対して、本実施形態においては、着目エリアにおける最大輝度位置を考慮して、周囲のエリアについての補助輝度値が算出される。例えば、δx=8,Wx=10,δy=8,Wy=10となっていて(図6参照)、かつ、上式(3)および上式(4)における調整係数Tが0.25に定められていると、着目エリア(グローバル座標を(I,J)とする。)の水平方向修正係数Rh(I,J)は次式(7)で示すように算出され、着目エリアの垂直方向修正係数Rv(I,J)は次式(8)で示すように算出される。
Rh(I,J)=T*δx/Wx
=0.25*8/10
=0.2 ・・・(7)
Rv(I,J)=T*δy/Wy
=0.25*8/10
=0.2 ・・・(8)
上式(7)で得られた水平方向修正係数Rh(I,J)と上式(8)で得られた垂直方向修正係数Rv(I,J)とを上式(5)に代入することによって得られる各エリアの寄与比率E(i,j)は、図14に示すようなものとなる。ここで、上式(5)に関し、E(i,j)とC(i,j)との関係は次のようになっている。
i>0、かつ、j>0のとき
E(i,j)=(1+0.2)*(1+0.2)*C(i,j)
i>0、かつ、j=0のとき
E(i,j)=(1+0.2)*(1+0.0)*C(i,j)
i=0、かつ、j>0のとき
E(i,j)=(1+0.0)*(1+0.2)*C(i,j)
i>0、かつ、j<0のとき
E(i,j)=(1+0.2)*(1−0.2)*C(i,j)
i<0、かつ、j>0のとき
E(i,j)=(1−0.2)*(1+0.2)*C(i,j)
i<0、かつ、j=0のとき
E(i,j)=(1−0.2)*(1+0.0)*C(i,j)
i=0、かつ、j<0のとき
E(i,j)=(1+0.0)*(1−0.2)*C(i,j)
i<0、かつ、j<0のとき
E(i,j)=(1−0.2)*(1−0.2)*C(i,j)
これにより、着目エリアの周囲のエリアの補助輝度値は図15に示すようなものとなる。なお、図15では着目エリアを符号65で示している。図15における各エリアの補助輝度値は、上式(5)によって算出された寄与比率E(i,j)と着目エリア65の第1の発光輝度である255とを乗ずることによって得られる値となっている。図15から把握されるように、着目エリアを基準として右上方に位置するエリアにおける補助輝度値は比較的高い値となっており、着目エリアを基準として左下方に位置するエリアにおける補助輝度値は比較的低い値となっている。すなわち、着目エリアの中心位置を基準として最大輝度位置の存在する方向と同じ方向に位置するエリアについては、補助輝度値は比較的高い値とされ、着目エリアの中心位置を基準として最大輝度位置の存在する方向とは逆の方向に位置するエリアについては、補助輝度値は比較的低い値とされる。
上述のように着目エリアの最大輝度位置に応じて当該着目エリアの周囲のエリアの補助輝度値が決定されることにより、動画表示の際のフリッカの発生が抑制される。これについて、図16から図18を参照しつつ説明する。ここでは、図16に示すように黒色(輝度0%)の背景の中で白色(輝度100%)の微細な矩形オブジェクト91が画面の左から右へと移動する動画表示が行われたときの現象について説明する。具体的には、水平方向に連続するエリア71〜76(図17参照)内を矩形オブジェクト91が時間の経過に従って画面の左から右へと移動するものと仮定する。図17に示すように、時点t1から時点t3にかけて矩形オブジェクト91がエリア73からエリア74へと移動する場合、本実施形態によると、各エリア71〜76における(LEDの)発光輝度の変化は図18に示すようなものとなる。時点t1と時点t2とでは矩形オブジェクト91はいずれもエリア73内に存在するにもかかわらず、エリア71,72,74,および75の発光輝度は時点t1と時点t2とで異なっている。詳しくは、矩形オブジェクト91がエリア73内において比較的左方に存在する時点t1では、エリア73を最大の発光輝度として、エリア71,72の発光輝度は比較的高くされ、エリア74,75の発光輝度は比較的低くされている。一方、矩形オブジェクト91がエリア73内において比較的右方に存在する時点t2では、エリア73を最大の発光輝度として、エリア71,72の発光輝度は比較的低くされ、エリア74,75の発光輝度は比較的高くされている。そして、矩形オブジェクト91がエリア73からエリア74に移動した直後の時点t3では、エリア74を最大の発光輝度として、エリア72,73の発光輝度は比較的高くされ、エリア75,76の発光輝度は比較的低くされている。
このように、従来例(図25参照)とは異なり、矩形オブジェクト91の移動に伴って各エリアの発光輝度が徐々に変化することが把握される。また、エリア74に着目すると、従来例(図25参照)においては、時点t2から時点t3までの間に大きく発光輝度が変化している。一方、本実施形態においては、時点t2で発光輝度が既に高められているので、時点t2から時点t3までの間に大きく発光輝度が変化することはない。
以上のように、本実施形態によれば、矩形オブジェクト91がエリア間の境界部分を跨って移動するタイミングで各エリアの発光輝度が大きく変化することはない。これにより、各エリアの発光輝度が当該各エリア内の画素の輝度の最大値や平均値に基づいて決定されることに起因する、動画表示の際のフリッカの発生が抑制される。
<1.5 変形例>
上記第1の実施形態においては、図12のステップS40,S42で「補助輝度値が補正前輝度値よりも大きければ、補助輝度値が補正対象エリアの輝度値に設定される」という構成になっているが、本発明はこれに限定されない。図12のステップS38の終了後「補正前輝度値と補助輝度値との和が補正対象エリアの輝度値に設定される」という構成であっても良い。すなわち、上式(6)に代えて、次式(9)によってローカル座標(i,j)のエリアについての補正後の輝度値Vlb(i,j)の算出が行われても良い。
Vlb(i,j) = Vlo(i,j) + E(i,j) * Vlo(0,0) ・・・(9)
この構成の場合、グローバル座標が(I,J)のエリアについては、グローバル座標が(I−3,J−3)から(I+3,J+3)までの範囲内に位置するエリアがそれぞれ着目エリアとされたときに、上式(9)によって補正後の輝度値が算出される(図11参照)。すなわち、各エリアについて、上式(9)に基づく補正後の輝度値の算出は複数回行われる。この補正後の輝度値の算出において、1回目の算出の際には、各エリアの第1の発光輝度が上式(9)の右辺中のVlo(i,j)となる。また、(n−1)回目の算出で得られた上式(9)の左辺であるVlb(i,j)の値が、n回目の算出の際の上式(9)の右辺中のVlo(i,j)となる。このため、各エリアにつき、第1の発光輝度に上式(9)に基づく複数回の加算処理が行われた後の値が、当該各エリアの第2の発光輝度となる。但し、発光輝度には上限値があるので、上式(9)で得られるVlb(i,j)の値が上限値を超えるときには、第2の発光輝度はその上限値となる。
<2.第2の実施形態>
<2.1 構成および動作>
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。全体構成および動作概要については、上記第1の実施形態と同様であるので(図2から図5を参照)、説明を省略する。エリアアクティブ駆動処理部15については、上記第1の実施形態と同様、図1に示すような構成となっている。但し、最大輝度位置偏心係数算出部152の動作および発光輝度補正部153で行われる発光輝度補正処理の内容が上記第1の実施形態とは異なるので、これについて以下に説明する。
最大輝度位置偏心係数算出部152は、各エリアについて、最大輝度位置に基づいて最大輝度位置偏心係数を求める。ここで、図19を参照しつつ、本実施形態における最大輝度位置偏心係数の求め方について説明する。図19に示すエリアに関し、エリアの対角線の長さは2Wとなっている。従って、エリアの中心位置からエリアの頂点までの距離はWとなっている。また、図19に示すエリアでは、最大輝度位置は中心位置から距離δだけ離れた位置に存在し、かつ、中心位置から最大輝度位置へ伸ばした直線と中心位置から正の方向側へ伸ばした水平軸とのなす角度はθとなっている。このとき、水平方向偏心係数Khは次式(10)によって算出され、垂直方向偏心係数Kvは次式(11)によって算出される。
Kh=cosθ*δ/W ・・・(10)
Kv=sinθ*δ/W ・・・(11)
なお、一般的な三角関数の角度に対する符号として、最大輝度位置が中心位置よりも右側にあるときには上式(10)のcosθは正の値となり、最大輝度位置が中心位置よりも左側にあるときには上式(10)のcosθは負の値となる。また、最大輝度位置が中心位置よりも上側にあるときには上式(11)のsinθは正の値となり、最大輝度位置が中心位置よりも下側にあるときには上式(11)のsinθは負の値となる。
次に、本実施形態における発光輝度補正処理について図20を参照しつつ説明する。ここでは、符号66で示すエリアを着目エリアとし、着目エリア66から水平方向(右方向)に2エリア、垂直方向(上方向)に1エリア進んだ先に存在するエリアを補正対象エリア67とする。
発光輝度補正部153では、まず、最大輝度位置偏心係数算出部152で算出された最大輝度位置偏心係数を用いて、補正後の輝度値を調整するための修正係数(水平方向修正係数および垂直方向修正係数)が求められる。なお、上記第1の実施形態においては、1つの着目エリアにつき1つの修正係数が求められたが、本実施形態においては、1つの着目エリアにつき補正対象エリアとされるべきエリアの数に等しい数の修正係数が求められる。すなわち、1つの着目エリアについての処理中に各エリアが補正対象エリアとして抽出される都度、修正係数の算出が行われる。
着目エリア66のグローバル座標が(I,J)であって、補正対象エリア67のローカル座標が(i,j)であるときの水平方向修正係数Rh(I,J)は次式(12)によって算出される。
Rh(I,J)=T*Kh*cosζ
=T*cosθ*δ/W*cosζ ・・・(12)
同様に、着目エリア66のグローバル座標が(I,J)であって、補正対象エリア67のローカル座標が(i,j)であるときの垂直方向修正係数Rv(I,J)は次式(13)によって算出される。
Rv(I,J)=T*Kv*sinζ
=T*sinθ*δ/W*sinζ ・・・(13)
上式(12)および上式(13)において、Tは修正係数の大きさを調整するために装置毎に定められる調整係数である。また、ζは、着目エリア66の中心位置から補正対象エリア67の中心位置へ伸ばした直線と中心位置から正の方向側へ伸ばした水平軸とのなす角度である。なお、上記第1の実施形態と同様、上式(12)と上式(13)とで異なる調整係数が用いられる構成としても良い。
上式(12)から把握されるように、cosθおよびcosζの双方が正の値または双方が負の値のとき、すなわち、着目エリア66の中心位置を通過する垂直軸を基準として(当該着目エリア66の)最大輝度位置と補正対象エリア67の中心位置とが同じ側にあるときには、水平方向修正係数Rh(I,J)は正の値となる。cosθおよびcosζの一方が正の値で他方が負の値のとき、すなわち、着目エリア66の中心位置を通過する垂直軸を基準として(当該着目エリア66の)最大輝度位置と補正対象エリア67の中心位置とが異なる側にあるとき(図21参照)には、水平方向修正係数Rh(I,J)は負の値となる。
また、上式(13)から把握されるように、sinθおよびsinζの双方が正の値または双方が負の値のとき、すなわち、着目エリア66の中心位置を通過する水平軸を基準として(当該着目エリア66の)最大輝度位置と補正対象エリア67の中心位置とが同じ側にあるときには、垂直方向修正係数Rv(I,J)は正の値となる。sinθおよびsinζの一方が正の値で他方が負の値のとき、すなわち、着目エリア66の中心位置を通過する水平軸を基準として(当該着目エリア66の)最大輝度位置と補正対象エリア67の中心位置とが異なる側にあるとき(図21参照)には、垂直方向修正係数Rv(I,J)は負の値となる。
次に、着目エリア66のローカル座標を(0,0)として、着目エリア66の水平方向修正係数Rh(I,J)および垂直方向修正係数Rv(I,J)に基づいて、LEDフィルタ156に格納されている各エリアの寄与比率に補正が施される。具体的には、ローカル座標(i,j)のエリア(補正対象エリア67)における補正後の寄与比率E(i,j)が次式(14)によって算出される。
E(i,j) = (1+Rh(I,J)) * (1+Rv(I,J)) * C(i,j) ・・・(14)
ここで、C(i,j)はLEDフィルタ156に格納されているローカル座標(i,j)のエリアの補正前の寄与比率である。
ところで、上式(10)〜(14)に関し、cosθ,cosζ,sinθ,およびsinζは−1以上1以下の値を取り、δ/Wは0以上1以下の値を取る。従って、最大輝度位置偏心係数は−1以上1以下の値を取る。このため、上式(12)および上式(13)で得られる修正係数(水平方向修正係数および垂直方向修正係数)は−T以上T以下の値を取る。これにより、上式(14)で得られる寄与比率E(i,j)については、「(1−T)2*C(i,j)」から「(1+T)2*C(i,j)」までの範囲内の値となる。
次に、上記寄与比率E(i,j)を用いて、着目エリア66の周囲のエリアについての補正後の輝度値Vlb(i,j)が求められる。これについては、上記第1の実施形態と同様、上式(6)によって補正後の輝度値Vlb(i,j)が算出される。また、上記第1の実施形態と同様、各エリアについて、上式(6)に基づく補正後の輝度値の算出は複数回行われる。そして、各エリアにつき、それら複数回の算出のうちの最後の算出で得られたVlb(i,j)の値が、当該各エリアの第2の発光輝度となる。なお、上記第1の実施形態と同様、上式(6)に代えて上式(9)によって輝度値Vlb(i,j)が算出されても良い。
図22は、本実施形態における発光輝度補正処理の手順を示すフローチャートである。まず、発光輝度補正部153は、パネル内に含まれる全てのエリアの中から処理対象とするエリア(着目エリア)を抽出する(ステップS50)。なお、ステップS50からステップS66までの処理はパネル内に含まれるエリア数に等しい数だけ繰り返され、ステップS50では1つずつエリアが抽出される。
次に、発光輝度補正部153は、着目エリアの周囲のエリアの中から輝度値の補正を行う補正対象エリアを抽出する(ステップS52)。なお、ステップS52からステップS64までの処理はLEDフィルタ156に格納されている寄与比率のデータ数に等しい数だけ繰り返され、ステップS52では1つずつエリアが抽出される。
次に、発光輝度補正部153は、上式(12)および上式(13)によって、着目エリアの水平方向修正係数および垂直方向修正係数を算出する(ステップS54)。次に、発光輝度補正部153は、上式(14)によって、補正対象エリアについての寄与比率を算出する(ステップS56)。次に、発光輝度補正部153は、着目エリアについての第1の発光輝度とステップS56で求めた補正対象エリアについての寄与比率との積(補助輝度値)を算出する(ステップS58)。すなわち、ステップS58では、上式(6)の右辺中のE(i,J)*Vlo(0,0)の値が算出される。
次に、発光輝度補正部153は、ステップS58で算出した補助輝度値が補正対象エリアについての現時点での輝度値(補正前輝度値)よりも大きいか否かを判定する(ステップS60)。すなわち、ステップS60では、上式(6)の右辺中のVlo(i,j)とE(i,J)*Vlo(0,0)との比較が行われる。判定の結果、補正前輝度値よりも補助輝度値の方が大きければステップS62に進み、そうでなければステップS64に進む。ステップS62では、発光輝度補正部153は、ステップS58で算出した補助輝度値を補正対象エリアの輝度値に設定する。すなわち、ステップS62では、上式(6)の左辺中のVlb(i,j)に、上式(6)の右辺中のE(i,J)*Vlo(0,0)の値が代入される。ステップS62の終了後、ステップS64に進む。
ステップS64では、発光輝度補正部153は、着目エリアに対応する全ての補正対象エリアの抽出が終了したか否かを判定する。判定の結果、全ての補正対象エリアの抽出が終了していればステップS66に進み、そうでなければステップS52に戻る。ステップS66では、発光輝度補正部153は、パネル内の全てのエリアの抽出が終了したか否かを判定する。判定の結果、全てのエリアの抽出が終了していれば発光輝度補正処理は終了し、そうでなければステップS50に戻る。
<2.2 作用および効果>
次に、本実施形態における作用および効果について説明する。ここでは、LEDフィルタ156は図7に示すようなものとなっていて、或るエリア(「着目エリア」とする)における第1の発光輝度が255になっていると仮定する。例えば、δ=8,W=10,θ=45°となっていて(図19参照)、かつ、上式(12)および上式(13)における調整係数Tが0.25に定められていると、着目エリアの水平方向修正係数Rh(I,J)は次式(15)で示すように算出され、着目エリアの垂直方向修正係数Rv(I,J)は次式(16)で示すように算出される。
Figure 0005247885
Figure 0005247885
上式(15)および上式(16)において、ζは、着目エリアの中心位置から補正対象エリアの中心位置へ伸ばした直線と中心位置から正の方向側へ伸ばした水平軸とのなす角度である。
上式(15)で得られた水平方向修正係数Rh(I,J)と上式(16)で得られた垂直方向修正係数Rv(I,J)とを上式(14)に代入することによって得られる各エリアの寄与比率E(i,j)は、図23に示すようなものとなる。これにより、着目エリアの周囲のエリアの補助輝度値は図24に示すようなものとなる。なお、図24では着目エリアを符号68で示している。図24における各エリアの補助輝度値は、上式(14)によって算出された寄与比率E(i,j)と着目エリア68の第1の発光輝度である255とを乗ずることによって得られる値となっている。上記第1の実施形態と同様、着目エリアの中心位置を基準として最大輝度位置の存在する方向と同じ方向に位置するエリアについては、補助輝度値は比較的高い値とされ、着目エリアの中心位置を基準として最大輝度位置の存在する方向とは逆の方向に位置するエリアについては、補助輝度値は比較的低い値とされている。このため、上記第1の実施形態と同様、各エリアの発光輝度が当該各エリア内の画素の輝度の最大値や平均値に基づいて決定されることに起因する、動画表示の際のフリッカの発生が抑制される。
ところで、上記ζは、補正対象エリアの中心位置によって異なる値となる。また、上記θは、着目エリア内の最大輝度位置によって異なる値となる。上記ζおよび上記θは、いずれも0以上2π以下の値を取る。ここで、水平方向修正係数Rh(I,J)を算出するための上式(12)に着目すると、右辺には、cosθとcosζとの積が含まれている。このため、着目エリアの中心位置を通過する垂直軸を基準として、最大輝度位置と補正対象エリアの中心位置とが同じ側にあるときには水平方向修正係数Rh(I,J)は正の値となり、最大輝度位置と補正対象エリアの中心位置とが異なる側にあるときには水平方向修正係数Rh(I,J)は負の値となる。また、垂直方向修正係数Rv(I,J)を算出するための上式(13)に着目すると、右辺には、sinθとsinζとの積が含まれている。このため、着目エリアの中心位置を通過する水平軸を基準として、最大輝度位置と補正対象エリアの中心位置とが同じ側にあるときには垂直方向修正係数Rv(I,J)は正の値となり、最大輝度位置と補正対象エリアの中心位置とが異なる側にあるときには垂直方向修正係数Rv(I,J)は負の値となる。そして、それら水平方向修正係数Rh(I,J)および垂直方向修正係数Rv(I,J)に基づいて、各エリアの寄与比率E(i,j)が求められる。
このように、本実施形態においては、着目エリアと補正対象エリアとの角度を考慮した位置関係および着目エリアにおける最大輝度位置と中心位置との角度を考慮した位置関係に基づいて、着目エリアの周囲の各エリアの寄与比率E(i,j)が求められる。このため、上記第1の実施形態と比較して、各エリアにおける最大輝度位置の中心位置からの偏りの程度に応じて、当該各エリアの周囲のエリアの発光輝度がより精度良く高められる。
なお、例えば上式(12)および上式(13)での修正係数の算出の際に、着目エリアの中心位置と補正対象エリアの中心位置との距離が考慮されるようにしても良い。これにより、各エリアの発光輝度を更に精度良く決定することが可能となる。
<3.その他>
上記各実施形態では、液晶表示装置を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されない。バックライトを備えた任意の画像表示装置において上述のように発光輝度補正処理を行うことにより、液晶表示装置の場合と同様の効果を得ることができる。
10…液晶表示装置
11…液晶パネル
12…パネル駆動回路
13…バックライト
14…バックライト駆動回路
15…エリアアクティブ駆動処理部
21…表示素子
31…入力画像
32…第1の発光輝度
33…最大輝度位置偏心係数
34…寄与比率
35…LEDデータ(第2の発光輝度)
36…光拡散データ
37…表示輝度
38…液晶データ
151…発光輝度算出部
152…最大輝度位置偏心係数算出部
153…発光輝度補正部
154…表示輝度算出部
155…液晶データ算出部
156…LEDフィルタ
157…輝度拡散フィルタ

Claims (14)

  1. バックライトの輝度を制御する機能を有する画像表示装置であって、
    複数の表示素子を含む表示パネルと、
    複数の光源を含むバックライトと、
    入力画像を複数のエリアに分割し、各エリアに対応した入力画像に基づいて、当該各エリアに対応した光源の発光時の輝度を第1の発光輝度として求める発光輝度算出部と、
    各エリアにつき前記入力画像に基づく最大の輝度値を有する画素の位置である最大輝度位置に基づいて当該各エリアから予め定められた範囲内に位置するエリアの前記第1の発光輝度を補正することにより、前記複数のエリアの第2の発光輝度を求める発光輝度補正部と、
    前記入力画像と前記第2の発光輝度とに基づき、前記表示素子の光透過率を制御するための表示用データを求める表示用データ算出部と、
    前記表示用データに基づき、前記表示パネルに対して前記表示素子の光透過率を制御する信号を出力するパネル駆動回路と、
    前記第2の発光輝度に基づき、前記バックライトに対して前記光源の輝度を制御する信号を出力するバックライト駆動回路と
    を備え、
    前記発光輝度補正部は、所定の補正用データに基づく前記第1の発光輝度の補正後の輝度を基準輝度としたとき、各エリアの中心位置を基準として当該各エリアの前記最大輝度位置と同じ側に位置するエリアについては前記基準輝度よりも前記第2の発光輝度の方が高くなるように、かつ、各エリアの中心位置を基準として当該各エリアの前記最大輝度位置とは異なる側に位置するエリアについては前記基準輝度よりも前記第2の発光輝度の方が低くなるように、前記第2の発光輝度を求めることを特徴とする、画像表示装置。
  2. 各エリアについての中心位置と前記最大輝度位置との位置関係を示す偏心値を求める偏心値算出部を更に備え、
    前記発光輝度補正部は、前記偏心値に基づいて前記第2の発光輝度を求めることを特徴とする、請求項1に記載の画像表示装置。
  3. 前記偏心値算出部は、各エリアの中心位置を通過する垂直軸から前記最大輝度位置までの距離と当該各エリアの中心位置を通過する水平軸から前記最大輝度位置までの距離とに基づいて、当該各エリアについての前記偏心値を求めることを特徴とする、請求項2に記載の画像表示装置。
  4. 前記偏心値算出部は、各エリアの中心位置から前記最大輝度位置までの距離と、当該各エリアの中心位置から前記最大輝度位置へ伸ばした直線と当該各エリアの中心位置を通過する中心位置から正の方向側へ伸ばした水平軸とのなす角度とに基づいて、当該各エリアについての前記偏心値を求めることを特徴とする、請求項2に記載の画像表示装置。
  5. 前記発光輝度補正部は、
    前記複数のエリアを1エリアずつ順次に着目エリアとし、前記着目エリアから予め定められた範囲内に位置するエリアを1エリアずつ順次に補正対象エリアとして前記補正対象エリアの輝度を補正することによって、各エリアにつき前記第1の発光輝度から前記第2の発光輝度を求める際に複数回の輝度の補正を行い、
    各エリアについての1回の輝度の補正の際に、前記着目エリアと前記補正対象エリアとの位置関係に応じて前記補正用データとして予め定められた第1係数と前記着目エリアについての前記偏心値とに基づいて第2係数を求め、前記着目エリアの第1の発光輝度に前記第2係数を乗ずることによって得られる輝度または前記補正対象エリアの補正前輝度のうちの大きい方の輝度を前記補正対象エリアの補正後輝度とし、
    各エリアについての1回目の輝度の補正の際には、当該各エリアの第1の発光輝度を前記補正前輝度とし、
    各エリアについての最後の輝度の補正で得られた前記補正後輝度を前記第2の発光輝度とすることを特徴とする、請求項に記載の画像表示装置。
  6. 前記発光輝度補正部は、
    前記複数のエリアを1エリアずつ順次に着目エリアとし、前記着目エリアから予め定められた範囲内に位置するエリアを1エリアずつ順次に補正対象エリアとして前記補正対象エリアの輝度を補正することによって、各エリアにつき前記第1の発光輝度から前記第2の発光輝度を求める際に複数回の輝度の補正を行い、
    各エリアについての1回の輝度の補正の際に、前記着目エリアと前記補正対象エリアとの位置関係に応じて前記補正用データとして予め定められた第1係数と前記着目エリアについての前記偏心値とに基づいて第2係数を求め、前記着目エリアの第1の発光輝度に前記第2係数を乗ずることによって得られた輝度を前記補正対象エリアの補正前輝度に加算することによって得られる輝度を前記補正対象エリアの補正後輝度とし、
    各エリアについての1回目の輝度の補正の際には、当該各エリアの第1の発光輝度を前記補正前輝度とし、
    各エリアについての最後の輝度の補正で得られた前記補正後輝度を前記第2の発光輝度とすることを特徴とする、請求項に記載の画像表示装置。
  7. 前記発光輝度補正部は、前記着目エリアの第1の発光輝度が0でなければ前記補正対象エリアの第2の発光輝度が当該補正対象エリアの第1の発光輝度よりも高くなるように、前記複数のエリアの第2の発光輝度を求めることを特徴とする、請求項5に記載の画像表示装置。
  8. 複数の表示素子を含む表示パネルと複数の光源を含むバックライトとを備えた画像表示装置における画像表示方法であって、
    入力画像を複数のエリアに分割し、各エリアに対応した入力画像に基づいて、当該各エリアに対応した光源の発光時の輝度を第1の発光輝度として求める発光輝度算出ステップと、
    各エリアにつき前記入力画像に基づく最大の輝度値を有する画素の位置である最大輝度位置に基づいて当該各エリアから予め定められた範囲内に位置するエリアの前記第1の発光輝度を補正することにより、前記複数のエリアの第2の発光輝度を求める発光輝度補正ステップと、
    前記入力画像と前記第2の発光輝度とに基づき、前記表示素子の光透過率を制御するための表示用データを求める表示用データ算出ステップと、
    前記表示用データに基づき、前記表示パネルに対して前記表示素子の光透過率を制御する信号を出力するパネル駆動ステップと、
    前記第2の発光輝度に基づき、前記バックライトに対して前記光源の輝度を制御する信号を出力するバックライト駆動ステップと
    を備え、
    前記発光輝度補正ステップでは、所定の補正用データに基づく前記第1の発光輝度の補正後の輝度を基準輝度としたとき、各エリアの中心位置を基準として当該各エリアの前記最大輝度位置と同じ側に位置するエリアについては前記基準輝度よりも前記第2の発光輝度の方が高くなるように、かつ、各エリアの中心位置を基準として当該各エリアの前記最大輝度位置とは異なる側に位置するエリアについては前記基準輝度よりも前記第2の発光輝度の方が低くなるように、前記第2の発光輝度が求められることを特徴とする、画像表示方法。
  9. 各エリアについての中心位置と前記最大輝度位置との位置関係を示す偏心値を求める偏心値算出ステップを更に備え、
    前記発光輝度補正ステップでは、前記偏心値に基づいて前記第2の発光輝度が求められることを特徴とする、請求項8に記載の画像表示方法。
  10. 前記偏心値算出ステップでは、各エリアの中心位置を通過する垂直軸から前記最大輝度位置までの距離と当該各エリアの中心位置を通過する水平軸から前記最大輝度位置までの距離とに基づいて、当該各エリアについての前記偏心値が求められることを特徴とする、請求項9に記載の画像表示方法。
  11. 前記偏心値算出ステップでは、各エリアの中心位置から前記最大輝度位置までの距離と、当該各エリアの中心位置から前記最大輝度位置へ伸ばした直線と当該各エリアの中心位置を通過する中心位置から正の方向側へ伸ばした水平軸とのなす角度とに基づいて、当該各エリアについての前記偏心値が求められることを特徴とする、請求項9に記載の画像表示方法。
  12. 前記発光輝度補正ステップでは、
    前記複数のエリアを1エリアずつ順次に着目エリアとし、前記着目エリアから予め定められた範囲内に位置するエリアを1エリアずつ順次に補正対象エリアとして前記補正対象エリアの輝度を補正することによって、各エリアにつき前記第1の発光輝度から前記第2の発光輝度を求める際に複数回の輝度の補正が行われ、
    各エリアについての1回の輝度の補正の際に、前記着目エリアと前記補正対象エリアとの位置関係に応じて前記補正用データとして予め定められた第1係数と前記着目エリアについての前記偏心値とに基づいて第2係数が求められ、前記着目エリアの第1の発光輝度に前記第2係数を乗ずることによって得られる輝度または前記補正対象エリアの補正前輝度のうちの大きい方の輝度が前記補正対象エリアの補正後輝度とされ、
    各エリアについての1回目の輝度の補正の際には、当該各エリアの第1の発光輝度が前記補正前輝度とされ、
    各エリアについての最後の輝度の補正で得られた前記補正後輝度が前記第2の発光輝度とされることを特徴とする、請求項に記載の画像表示方法。
  13. 前記発光輝度補正ステップでは、
    前記複数のエリアを1エリアずつ順次に着目エリアとし、前記着目エリアから予め定められた範囲内に位置するエリアを1エリアずつ順次に補正対象エリアとして前記補正対象エリアの輝度を補正することによって、各エリアにつき前記第1の発光輝度から前記第2の発光輝度を求める際に複数回の輝度の補正が行われ、
    各エリアについての1回の輝度の補正の際に、前記着目エリアと前記補正対象エリアとの位置関係に応じて前記補正用データとして予め定められた第1係数と前記着目エリアについての前記偏心値とに基づいて第2係数が求められ、前記着目エリアの第1の発光輝度に前記第2係数を乗ずることによって得られた輝度を前記補正対象エリアの補正前輝度に加算することによって得られる輝度が前記補正対象エリアの補正後輝度とされ、
    各エリアについての1回目の輝度の補正の際には、当該各エリアの第1の発光輝度が前記補正前輝度とされ、
    各エリアについての最後の輝度の補正で得られた前記補正後輝度が前記第2の発光輝度とされることを特徴とする、請求項に記載の画像表示方法。
  14. 前記発光輝度補正ステップでは、前記着目エリアの第1の発光輝度が0でなければ前記補正対象エリアの第2の発光輝度が当該補正対象エリアの第1の発光輝度よりも高くなるように、前記複数のエリアの第2の発光輝度が求められることを特徴とする、請求項12に記載の画像表示方法。
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