JP5359191B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置に関する。

近年、液晶表示装置において、表示領域を複数のエリアに分割し、エリア毎に対応する光源をそのエリアでの表示に応じた光量で発光させることにより、余剰な発光を抑えて消費電力の低減を図るものが知られている。

また、液晶表示装置におけるバックライトの光量と、液晶パネルでの明度のバランスを調整することによって、見かけ上の輝度を維持し、表示内容の視認性を低下させることなく、消費電力の低減を図る技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００８−１１２１３３号公報

しかしながら、上記特許文献１の場合、バックライトの光量が所定の閾値を下回った際に、液晶パネルの明度の値を補正するようになっているが、その閾値の前後における補正の有無によって、例えば、色調に差が生じてしまうことがあり、表示画像の印象が変わってしまうことがあるという問題があった。

本発明の目的は、好適な画像表示を可能にする液晶表示装置を提供することである。

以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、
複数のサブ表示領域を有する液晶パネルと、前記サブ表示領域の各々に対応する複数の光源から成るバックライトと、を備える液晶表示装置において、
画像の輝度に関する高輝度閾値と低輝度閾値を記憶する閾値記憶手段と、
前記光源毎に、対応する前記サブ表示領域内の画素の画像信号から当該光源の必要とする光量を算出する光量算出手段と、
前記光量算出手段により前記光源毎に算出された光量で、各光源を発光させる発光制御手段と、
前記サブ表示領域内の画素毎に、前記サブ表示領域に対応する前記光源の発光量に応じて、各画素の輝度を補正する輝度補正手段と、
を備え、
前記光源の最大発光量を前記光量算出手段により算出された光量で除算して得られる第１の補正量を「Ｒ _１ 」、前記高輝度閾値を「Ｂ」、前記低輝度閾値を「Ａ」、補正前の画素の輝度を「Ｘ」とした場合、
前記輝度補正手段は、
前記高輝度閾値よりも高い輝度の画素の場合、下記の式（１）に基づく補正量「Ｒ」を補正前の画素の輝度「Ｘ」に乗算する補正を行い、
前記低輝度閾値以上、前記高輝度閾値以下の輝度の画素の場合、下記の式（２）に基づく補正量「Ｒ」を補正前の画素の輝度「Ｘ」に乗算する補正を行い、
前記低輝度閾値よりも低い輝度の画素の場合、下記の式（３）に基づく補正量「Ｒ」を補正前の画素の輝度「Ｘ」に乗算する補正を行うことを特徴とする。
Ｒ＝Ｒ _１ ・・・（１）
Ｒ＝（Ｘ−Ａ）×（Ｒ _１ −１）／（Ｂ−Ａ）＋１ ・・・（２）
Ｒ＝１ ・・・（３）

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の液晶表示装置において、
当該液晶表示装置の周囲の明るさを検出する明度センサと、
前記明度センサが検出した明度に応じて前記高輝度閾値と前記低輝度閾値を変更する閾値変更手段と、
を備え、
前記閾値変更手段は、
前記明度センサが検出した明度が所定値よりも明るい場合に、前記高輝度閾値と前記低輝度閾値の値を所定量下げ、
前記明度センサが検出した明度が所定値よりも暗い場合に、前記高輝度閾値と前記低輝度閾値の値を所定量上げることを特徴とする。

本発明によれば、液晶表示装置は、高輝度閾値と低輝度閾値の２つの閾値を基準にし、サブ表示領域内における画素の輝度の補正を行う範囲を高輝度閾値以上、補正を行わない範囲を低輝度閾値以下と区分することができ、特に高輝度閾値と低輝度閾値の間に対応する輝度については、各画素の輝度に応じて比例配分するように補正を行うようになっているので、閾値を挟んだ前後での画像表示に色調差は生じにくく、好適な画像表示を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、発明の範囲は図示例に限定されない。

図１は、本実施形態の液晶表示装置の要部構成を示すブロック図である。また、図２（ａ）は、本実施形態の液晶パネル５の表示領域を構成するサブ表示領域Ｓを説明するための図であり、図２（ｂ）は、本実施形態のＬＥＤバックライト８を構成する光源Ｌを説明するための図である。

液晶表示装置１００は、例えば、図１に示すように、信号入力部１、映像処理部２、タイミング制御部３、フレームメモリ４、液晶パネル５、走査線駆動部６、信号線駆動部７、バックライト８、光量算出部９、バックライト制御部１０、補正部１１、制御部１２、明度センサ１３等を備える。

信号入力部１は、例えば、テレビジョン放送信号を受信するアンテナ及びチューナや、外部装置からの画像信号を受信する各種映像端子等を備えて構成され、入力される画像信号を受信して、映像処理部２に出力する。

映像処理部２は、Ａ／Ｄ変換回路、ＲＧＢ生成回路、画質調整回路等を備えて構成され、信号入力部１から供給される画像信号に基づいて、ＲＧＢのデジタル画像信号を生成し、液晶パネル５の画素数に応じたスケーリング処理を行って、１フレーム分の画像信号を生成する。さらに、１フレーム分の画像信号に対して、制御部１２から出力される画質調整信号に基づいて、ブライトネス、コントラスト、色の濃さ、色合い、シャープネス等の各種画質調整を行った後に、フレームメモリ４に出力する。

タイミング制御部３は、信号入力部１から供給される画像信号に基づいて、１ライン期間を示すタイミング信号と、１フレーム期間を示すタイミング信号とを生成して、液晶表示装置１００の各部に供給する。

フレームメモリ４は、映像処理部２から入力される画像信号をフレーム単位で蓄積し、光量算出部９及び補正部１１に出力する。

液晶パネル５は、所定の間隔を隔てて配設された一対の基板の間に液晶が封入されて成る。これら一対の基板は、偏光軸が直交した２枚の偏光板で挟まれ、背面側にはバックライト８が配設されている。この液晶パネル５は、その表示領域が予め定められた分割方法で分割した複数のサブ表示領域Ｓ…から構成されている。
基板の上面には、ｐ行の走査線Ｘ（Ｘ_１〜Ｘ_ｐ）及びｑ列の信号線Ｙ（Ｙ_１〜Ｙ_ｑ）が互いに直交するように配列されている。この液晶パネル５は、例えば、アクティブマトリクス駆動方式を採用しており、走査線Ｘと信号線Ｙの各交点の画素に、アクティブ素子としての薄膜トランジスタ（TFT: Thin Film Transistor）が配設されている。各画素には、画素電極が形成され、画素電極に対向して、対向する基板に対向電極が形成されている。また、画素電極と対向電極との対向面にはそれぞれ配向膜が形成されている。

走査線駆動部６は、液晶パネル５における走査線Ｘ（Ｘ_１〜Ｘ_ｐ）の各々に対応して設けられており、タイミング制御部３からのタイミング信号に従って、各走査線Ｘを順に選択して、同一の走査線Ｘ上に連なるＴＦＴをオン／オフさせる。
信号線駆動部７は、液晶パネル５における信号線Ｙ（Ｙ_１〜Ｙ_ｑ）の各々に対応して設けられており、走査線駆動部６による各走査線Ｘの走査に同期して、映像処理部２から入力される画像信号に応じた電圧を信号線Ｙに対して印加する。
走査線駆動部６及び信号線駆動部７により走査線Ｘと信号線Ｙとが駆動されると、それらの交点にある画素のＴＦＴがオンとなって画素電極に電荷が蓄積され、その画素電極と対向電極との間に挟持されている液晶の配列方向が変化して、配向膜と偏光板とともに、液晶パネル５の背面側に設けられたバックライト８から照射される光を画素単位で通過或いは遮断させる。こうして各画素の輝度が調整される。

バックライト８は、制御部１２の制御に応じて部分的に発光可能なローカルディミング型のバックライトである。
具体的には、バックライト８は、液晶パネル５の各サブ表示領域Ｓ…に対応する複数の光源Ｌ…から構成されている。光源Ｌの各々は、基板上の所定の位置に配置された複数のＬＥＤを備えており、光源Ｌ内における各ＬＥＤの配置位置は、所定の記憶領域に記憶されている。各光源Ｌにおいては、複数のＬＥＤのうち制御部１２により指定されたＬＥＤのみが発光されるようになっている。
また、光源Ｌに備わる各ＬＥＤは、出力可能な最大輝度（最大光量）が予め定められており、予め定められた最大輝度（最大光量）を示すデータが図示しない記憶領域に記憶されている。
すなわち、各光源Ｌは、ＬＥＤがバックライト制御部１０による駆動に応じて個別に発光可能となっており、対応するサブ表示領域Ｓ内の画素の画像信号から算出された光量で発光するようになっている。

また、液晶パネル５のサブ表示領域Ｓとバックライト８の光源Ｌとは、１対１で対応した個数となるように構成されている。
具体的には、液晶パネル５の表示領域が、縦ｎ個×横ｍ個のサブ表示領域Ｓ…にマトリクス状に等分割されている場合、バックライト８は、液晶パネル５における縦ｎ個×横ｍ個のサブ表示領域Ｓ…に１対１で対応する縦ｎ個×横ｍ個の光源Ｌから構成されている。
例えば、液晶パネル５が、７６８行（ｐ行）×１０２４列（ｑ列）の画素から成る場合に、６４行×６４列の画素を含む領域を一つのサブ表示領域Ｓとして表示領域を分割すると、液晶パネル５の表示領域全体が、縦１２個（ｎ個）×横１６個（ｍ個）のサブ表示領域Ｓから構成されることとなる。このとき、バックライト８も同様に、縦１２個（ｎ個）×横１６個（ｍ個）の光源Ｌから構成されることとなる。

なお、以下では、左上のサブ表示領域をＳ（１、１）、右上のサブ表示領域をＳ（ｍ、１）、左下のサブ表示領域をＳ（１、ｎ）、右下のサブ表示領域をＳ（ｍ、ｎ）として説明する。また、サブ表示領域Ｓ（１、１）に対応する左上の光源をＬ（１、１）、サブ表示領域Ｓ（ｍ、１）に対応する右上の光源をＬ（ｍ、１）、サブ表示領域Ｓ（１、ｎ）に対応する左下の光源をＬ（１、ｎ）、サブ表示領域Ｓ（ｍ、ｎ）に対応する右下の光源をＬ（ｍ、ｎ）として説明する。また、その他のサブ表示領域Ｓ及び光源Ｌについても、同様の方法で符号を割り当てることとする。

光量算出部９は、後述する算出プログラム１２５ａの実行において、フレームメモリ４に蓄積された１フレーム分の画像信号に基づいて、サブ表示領域Ｓ毎に、サブ表示領域Ｓ内の画素の画像信号を構成する輝度信号から、各サブ表示領域Ｓに対応する各光源Ｌに必要な光量を算出し、算出した光量を制御部１２に出力する。
具体的には、サブ表示領域Ｓ内の画素の画像信号に基づき、そのサブ表示領域Ｓ内で最も輝度が大きい画素の輝度信号に応じて、必要な発光量を算出して出力する。

バックライト制御部１０は、制御部１２からの指示にしたがって、バックライト８を構成する各光源Ｌに備わる複数のＬＥＤのうち、制御部１２から指示されたＬＥＤのみを発光させることで、各光源Ｌを、対応関係にあるサブ表示領域Ｓ内の画素の画像信号から算出された発光量で発光させる。

補正部１１は、後述する補正プログラム１２５ｃの実行において、液晶パネル５におけるサブ表示領域Ｓ内の画素毎に、各サブ表示領域Ｓに対応する光源Ｌの発光量に応じて、各画素の輝度を補正する。

明度センサ１３は、液晶表示装置１００の周囲の明るさを検出するセンサであって、検出した明度データを補正部１１及び制御部１２に出力する。

制御部１２は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１２１、ＣＰＵ１２１のワークエリアとして用いられるＲＡＭ（Random Access Memory）１２２、データの書換え及び消去が可能なＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ROM）からなる閾値記憶部１２３、ＣＰＵ１２１によって実行される各種プログラムを格納するＲＯＭ１２５（Read Only Memory）等を備えて構成される。

ＣＰＵ１２１は、液晶表示装置１００の各部から入力される入力信号に応じて、ＲＯＭ１２５に格納された各種プログラムを実行するとともに、実行にかかるプログラムに基づいて各部に出力信号を出力することにより、液晶表示装置１００の動作全般を統括制御する。

閾値記憶部１２３は、閾値記憶手段として、後述する補正プログラム１２５ｃの実行において、液晶パネル５の各画素の輝度を補正する際の基準となる閾値である、画像の輝度に関する高輝度閾値と低輝度閾値を記憶する。
具体的には、例えば、パネル輝度５００［ｃｄ／ｍ^２］、視聴環境５００［ｌｕｘ］、８ｂｉｔの回路の場合、高輝度閾値（Ｂ）は「４０」、低輝度閾値（Ａ）は「１０」と記憶されている。

ＲＯＭ１２５は、プログラム格納エリア内に、例えば、算出プログラム１２５ａ、発光制御プログラム１２５ｂ、補正プログラム１２５ｃ、閾値変更プログラム１２５ｄ等を備えている。

算出プログラム１２５ａは、例えば、ＣＰＵ１２１に、光源Ｌ毎に対応するサブ表示領域Ｓ内の画素の画像信号から、光源Ｌの必要とする光量を算出する機能を実現させるためのプログラムである。
具体的には、ＣＰＵ１２１は、光量算出部９において、１フレーム分の画像信号を分割した各サブ表示領域Ｓ内の画素の画像信号から、対応する光源Ｌに必要な光量を算出する。
ＣＰＵ１２１は、かかる算出プログラム１２５ａを実行することにより、光量算出部９とともに光量算出手段として機能する。

発光制御プログラム１２５ｂは、例えば、ＣＰＵ１２１に、算出手段（ＣＰＵ１２１、光量算出部９）により決定された光量となるように、光源Ｌ毎のＬＥＤを発光させる機能を実現させるためのプログラムである。
ＣＰＵ１２１は、かかる発光制御プログラム１２５ｂを実行することにより、発光制御手段として機能する。

補正プログラム１２５ｃは、例えば、ＣＰＵ１２１に、サブ表示領域Ｓ内の画素毎に、各サブ表示領域Ｓに対応する光源Ｌの発光量に応じて、各画素の輝度を補正する機能を実現させるためのプログラムである。
具体的には、ＣＰＵ１２１は、補正部１１において、サブ表示領域Ｓ内の各画素の輝度値を補正する。
ＣＰＵ１２１は、かかる補正プログラム１２５ｃを実行することにより、輝度補正手段として機能する。

具体的に、輝度補正手段としてのＣＰＵ１２１は、高輝度閾値よりも高い輝度の画素に対し、光源Ｌの最大発光量を光量算出手段により算出された発光量で除算して得られる第１の補正量を乗算する補正を行う。この第１の補正量「Ｒ_１」は、
Ｒ_１＝（光源Ｌの最大発光量）／（各サブ表示領域Ｓに対応する光源Ｌの発光量）
であるので、「補正後の画素の輝度」＝「補正前の画素の輝度」×Ｒ_１とする補正が行われる。
つまり、光源Ｌの最大発光量を、光量算出手段（ＣＰＵ１２１）により算出された発光量で除算して得られる第１の補正量を「Ｒ _１ 」、補正前の画素の輝度を「Ｘ」とした場合、輝度補正手段としてのＣＰＵ１２１は、下記の式（１）に基づく補正量「Ｒ」を補正前の画素の輝度「Ｘ」に乗算する補正を行う。
Ｒ＝Ｒ _１ ・・・（１）
また、輝度補正手段としてのＣＰＵ１２１は、低輝度閾値以上、高輝度閾値以下の輝度の画素の場合であって、光源Ｌの最大発光量を光量算出手段（ＣＰＵ１２１）により算出された発光量で除算して得られる第１の補正量を「Ｒ _１ 」、高輝度閾値を「Ｂ」、低輝度閾値を「Ａ」、補正前の画素の輝度を「Ｘ」とした場合、輝度補正手段としてのＣＰＵ１２１は、下記の式（２）に基づく補正量「Ｒ」を補正前の画素の輝度「Ｘ」に乗算する補正を行う。
Ｒ＝（Ｘ−Ａ）×（Ｒ _１ −１）／（Ｂ−Ａ）＋１ ・・・（２）
また、輝度補正手段としてのＣＰＵ１２１は、低輝度閾値よりも低い輝度の画素の場合、補正を行わない処理を行う。換言すれば、輝度補正手段としてのＣＰＵ１２１は、下記の式（３）に基づく補正量「Ｒ」を補正前の画素の輝度「Ｘ」に乗算する補正を行う。
Ｒ＝１ ・・・（３）
つまり、図３に示すように、高輝度閾値Ｂよりも高い輝度の画素に対しては真の補正量での補正を行い、低輝度閾値Ａよりも低い輝度の画素に対しては補正を行わず、低輝度閾値Ａ以上高輝度閾値Ｂ以下の輝度である画素に対しては、そのＡ−Ｂ間を補完するように、真の補正量を各画素の輝度に応じて比例配分する補正を行うようになっている。

閾値変更プログラム１２５ｄは、例えば、ＣＰＵ１２１に、明度センサ１３が検出した明度データに応じて、高輝度閾値と低輝度閾値を変更する機能を実現させるためのプログラムである。
ＣＰＵ１２１は、かかる閾値変更プログラム１２５ｄを実行することにより、閾値変更手段として機能する。
具体的に、閾値変更手段としてＣＰＵ１２１は、明度センサ１３が検出した明度が所定値よりも明るい場合に、高輝度閾値と低輝度閾値の値を所定量下げ、明度センサ１３が検出した明度が所定値よりも暗い場合に、高輝度閾値と低輝度閾値の値を所定量上げる処理を行う。

次に、図４のフローチャートを参照しながら、本実施形態の液晶表示装置１００において行われる発光制御処理の流れについて説明する。

まず、ＣＰＵ１２１は、光量算出部９により、サブ表示領域Ｓの画素毎に対向する位置にある光源Ｌを特定し、サブ表示領域Ｓ内の画素の画像信号から、光源Ｌ毎に必要な光量を算出する（ステップＳ１）。
次いで、ＣＰＵ１２１は、光量算出部９により算出された光量による発光がなされるように、光源Ｌ毎に発光させるＬＥＤを決定する（ステップＳ２）。
次いで、ＣＰＵ１２１は、補正部１１により、サブ表示領域Ｓ内の各画素の輝度を補正する（ステップＳ３）。
次いで、ＣＰＵ１２１は、液晶パネル５の走査と同期して、バックライト制御部１０によりＬＥＤを発光させ、各サブ表示領域Ｓ内の画素の画像信号に基づき算出された光量で各光源Ｌを発光させ（ステップＳ４）、本処理を終了する。
このように、算出された光量による光源Ｌの発光と、補正された輝度の画素によって、好適な画像表示が行われるようになる。

以上のように、この液晶表示装置１００においては、高輝度閾値と低輝度閾値の２つの閾値を基準にして、サブ表示領域Ｓ内における画素の輝度の補正を行う範囲と、補正を行わない範囲を区分するように設定することができ、特に高輝度閾値と低輝度閾値の間に対応する輝度については、各画素の輝度に応じて比例配分する補正を行うようになっているので、閾値を挟んだ前後での画像表示に色調差は生じにくく、好適な画像表示を行うことができる。
また、輝度が高い画像に比べて、輝度が低い画像では、その画像の明るさや色相の差が人の視覚において認識され易いものであるので、高輝度の画像と低輝度の画像に対して同じ補正処理を施した場合に、低輝度の画像における補正が顕著に感じられて色調変化として認識されてしまうことがあるので、高輝度閾値以上の範囲での補正を低輝度閾値まで段階的に抑えて、低輝度閾値以下の範囲では補正を行わないようにすることで、より良好な画像表示を行うことが可能になる。
こうして、液晶表示装置１００において、コントラスト感のよい画像表示が可能になる。

また、画素の輝度ばかりでなく、液晶表示装置１００の周囲の明るさに違いがあることでも、人の視覚における色調認識に影響が及ぶので、液晶表示装置１００の周囲の明るさに応じて、明るいときには閾値を下げ、暗いときには閾値を上げる処理を行うことによって、輝度補正による色調差を低減することができる。

なお、本発明の範囲は上記実施形態に限られることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の改良並びに設計の変更を行ってもよい。
例えば、サブ表示領域Ｓ及び光源Ｌの分割数及び分割方法は任意であり、少なくとも２つ以上の領域に分割されればよく、また、等分割でなくともよい。

本発明に係る液晶表示装置の要部構成を例示するブロック図である。 液晶パネルの表示領域を構成するサブ表示領域に関する説明図（ａ）と、各サブ表示領域に対応して設けられた光源に関する説明図（ｂ）である。 輝度補正処理における補正量についての説明図である。 液晶表示装置において行われる発光制御処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１ 信号入力部
２ 映像処理部
３ タイミング制御部
４ フレームメモリ
５ 液晶パネル
６ 走査線駆動部
７ 信号線駆動部
８ バックライト
９ 光量算出部
１０ バックライト制御部
１１ 補正部
１２ 制御部
１２１ ＣＰＵ
１２２ ＲＡＭ
１２３ 閾値記憶部（閾値記憶手段）
１２５ ＲＯＭ
１２５ａ 算出プログラム（光量算出手段）
１２５ｂ 発光制御プログラム（発光制御手段）
１２５ｃ 補正プログラム（輝度補正手段）
１２５ｄ 閾値変更プログラム（閾値変更手段）
１３ 明度センサ
１００ 液晶表示装置
Ｓ サブ表示領域
Ｌ 光源

Claims (2)

1. 複数のサブ表示領域を有する液晶パネルと、前記サブ表示領域の各々に対応する複数の光源から成るバックライトと、を備える液晶表示装置において、
   画像の輝度に関する高輝度閾値と低輝度閾値を記憶する閾値記憶手段と、
   前記光源毎に、対応する前記サブ表示領域内の画素の画像信号から当該光源の必要とする光量を算出する光量算出手段と、
   前記光量算出手段により前記光源毎に算出された光量で、各光源を発光させる発光制御手段と、
   前記サブ表示領域内の画素毎に、前記サブ表示領域に対応する前記光源の発光量に応じて、各画素の輝度を補正する輝度補正手段と、
   を備え、
   前記光源の最大発光量を前記光量算出手段により算出された光量で除算して得られる第１の補正量を「Ｒ _１ 」、前記高輝度閾値を「Ｂ」、前記低輝度閾値を「Ａ」、補正前の画素の輝度を「Ｘ」とした場合、
   前記輝度補正手段は、
   前記高輝度閾値よりも高い輝度の画素の場合、下記の式（１）に基づく補正量「Ｒ」を補正前の画素の輝度「Ｘ」に乗算する補正を行い、
   前記低輝度閾値以上、前記高輝度閾値以下の輝度の画素の場合、下記の式（２）に基づく補正量「Ｒ」を補正前の画素の輝度「Ｘ」に乗算する補正を行い、
   前記低輝度閾値よりも低い輝度の画素の場合、下記の式（３）に基づく補正量「Ｒ」を補正前の画素の輝度「Ｘ」に乗算する補正を行うことを特徴とする液晶表示装置。
   Ｒ＝Ｒ _１ ・・・（１）
   Ｒ＝（Ｘ−Ａ）×（Ｒ _１ −１）／（Ｂ−Ａ）＋１ ・・・（２）
   Ｒ＝１ ・・・（３）
2. 当該液晶表示装置の周囲の明るさを検出する明度センサと、
   前記明度センサが検出した明度に応じて前記高輝度閾値と前記低輝度閾値を変更する閾値変更手段と、
   を備え、
   前記閾値変更手段は、
   前記明度センサが検出した明度が所定値よりも明るい場合に、前記高輝度閾値と前記低輝度閾値の値を所定量下げ、
   前記明度センサが検出した明度が所定値よりも暗い場合に、前記高輝度閾値と前記低輝度閾値の値を所定量上げることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。

Images