JP6013249B2

JP6013249B2 - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP6013249B2
Application number: JP2013065469A
Authority: JP
Inventors: 松雄亀井; 賢司渡辺; 秀人八木澤; 洋二白谷; 亮介新妻; 仁孝松井
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2013-03-27
Filing date: 2013-03-27
Publication date: 2016-10-25
Anticipated expiration: 2033-03-27
Also published as: JP2014191131A

Description

本発明は、液晶表示装置に係り、特にバックライトの輝度制御を行う液晶表示装置に関する。

液晶表示装置にあっては、近年、画面明るさを向上させるために、反射偏光シート（DBEF）が用いられる傾向にある。この反射偏光シートは、バックライト光源のＬＥＤ化に伴い、輝度向上要望が強まり、液晶テレビなどにおける採用が拡大している。テレビ以外にも、省電力ニーズの強いスマートフォン向けパネルなどでも使用が拡大している。

ところで、ユーザの認識する画面明るさを向上させる技術として従来より各種のものが提案されている。例えば、サブフィールド法により画像表示するＰＤＰ表示装置において、動画映像入力時には静止画表示に比し輝度を上げるようにする技術がある（例えば、特許文献１参照）。

また、映像の状態や種類に応じて使用者が予め用意された輝度特性データの中から任意に選択できるような装置が提案されている（例えば特許文献２参照）。

さらに、すでに製品に投入されている技術として、図１３に示すように、映像のＡＰＬ（平均輝度）を算出し、バックライトの輝度を動的に変化させる技術がある。

特開２００１−３５０４４８号公報特開平０９−２８１９４３号公報

ところで、近年の表示装置においては、表示品位を確保しつつ、消費電力が低減された製品が要望されている。表示品位の向上、特に明るさに関しては上述のように各種の技術が提案され製品に搭載されるようになっている。しかしながら、反射偏光シート(DBEF)は高額部材でありコスト抑制の為、市場競争力の観点から全ての製品に搭載することは現実でなく、反射偏光シートを用いない場合であっても、所望の画面明るさを確保できる技術が求められていた。また、上述のように、消費電力低減の観点から、単純にバックライトの輝度を上げるといった対応はできなかった。当然に、反射偏光シートに用いた場合であっても、画面明るさの確保と消費電力低減の実現は重要な課題であった。また、図１３に示した技術では、ＡＰＬは映像全体の平均輝度であるため、背景が黒のＷＩＮＤＯＷパターン（後述の図３（ａ）参照）のように低ＡＰＬで高階調が多く存在する映像に対して、バックライトを低下させる処理が働いて、必要以上に暗くなってしまうことがあり別の技術が必要とされていた。

本発明はこのような状況に鑑みなされたものであって、上記課題を解決する技術を提供することを目的とする。

本発明の液晶表示装置は、表示するべきコンテンツの入力ソースが所定のソースであるか判断するソース確認部と、前記所定の入力ソースである場合に、表示出力設定がスタンダードモードであるか判断し、前記所定のソースのコンテンツが動画である場合に、静止画である場合と比較してバックライトの輝度を下げる制御を実行する表示制御部と、を備える。
前記表示制御部は、前記コンテンツの映像データの輝度レベルを取得し、ヒストグラムを算出し、輝度の高いデータの検出量が少ない場合に、輝度を下げる制御を実行してもよい。
また、前記表示制御部は、輝度を下げる制御に対応して、前記コンテンツの映像データを補正して輝度低下分を補完する処理を実行してもよい。

本発明の液晶表示装置は、表示するべきコンテンツの入力ソースがチューナーであるか判断するソース確認部と、前記入力ソースが前記チューナーである場合に、表示出力設定があらかじめ標準的なモードとして設定されているスタンダードモードであるか判断し、前記スタンダードモードである場合は、前記チューナーのコンテンツが動画である場合に、前記コンテンツのＡＰＬ、ＰＬ、又は、映像データのヒストグラムに基づいてバックライトの輝度制御のための特性パラメータを切り替えて、静止画である場合と比較して前記バックライトの輝度を下げる輝度制御を実行し、前記スタンダードモード以外のモードの場合には、前記輝度制御を実行しない表示制御部とを備える。
前記表示制御部は、前記コンテンツの映像データの輝度レベルを取得し、ヒストグラムを算出し、所定の輝度レベル閾値より大きい前記輝度レベルのデータの検出量が所定の検出量閾値より少ない場合に、前記バックライトの輝度を下げる制御を実行してもよい。
また、前記表示制御部は、輝度を下げる前記輝度制御に対応して、前記コンテンツの映像データを補正して輝度低下分を補完する処理を実行してもよい。

実施形態に係る、液晶テレビの機能ブロックを示す図である。実施形態に係る、画像表示制御部の機能ブロックを示す図である。実施形態に係る、表示制御を施す映像例を示す図である。実施形態に係る、ＡＰＬヒストグラムを用いた輝度制御の例を示す図である。実施形態に係る、所定の動画の輝度のヒストグラムの例を示す図である。実施形態に係る、所定の静止画（ＷＩＮＯＤＷパターン）、その輝度のヒストグラム及び処理（特性パラメータ）を示す図である。実施形態に係る、所定の動画、その輝度のヒストグラム及び処理（特性パラメータ）を示す図である。実施形態に係る、所定の静止画（ＷＩＮＯＤＷパターン）及び変形例の処理（特性パラメータ）を示す図である。実施形態に係る、所定の動画及び変形例の処理（特性パラメータ）を示す図である。実施形態に係る、表示制御を示すフローチャートである。実施形態に係る、図１０の処理１を示すフローチャートである。実施形態に係る、図１０の処理２を示すフローチャートである。背景技術に係る、ＡＰＬを用いた輝度制御の例を示す図である。

次に、本発明を実施するための形態（以下、単に「実施形態」という）を、図面を参照して具体的に説明する。

まず、本実施形態において特徴的な表示制御の概要は次の通りである。すなわち、次の処理（１）〜（４）を実行して、静止画では高輝度、動画では輝度確保しつつ消費電力を抑制する制御を行う。

処理（１）：
入力ソースがチューナー部３０（デジタル放送用チューナー３２又はアナログ放送用チューナー３４）であるかを判別する。入力ソースがチューナー部３０の場合、放送コンテンツがそれほど映像品位が高くない場合がある。つまり、解像度が高くない場合が多く、したがって、そのようなコンテンツに対して液晶テレビ１０の処理能力を品位向上にフルで発揮しても、無駄になる可能性がある。一方で、ＤＶＤレコーダ等の外部機器のコンテンツの再生映像等を外部入力する場合には、非常に高品位な表示品位が求められることが多く、また、ユーザが独自に表示設定を行うことがある。そこで、液晶テレビ１０（画像表示制御部５０）は、チューナー部３０からのコンテンツに対しては、所望の表示品位は維持しつつも消費電力低減を重視した表示制御を行う。

処理（２）：
表示モード（表示出力設定）がスタンダードか否かを判別する。液晶テレビ１０の表示モードとして、例えば、液晶テレビ１０の製造会社が予め標準的なモードとして設定するスタンダードモードや、明るさを重視したダイナミックモード、映画等のコンテンツに最適化されたムービーモード、ゲームの映像に最適化されたゲームモード等がある。さらに、番組ジャンルに応じた映像調整モードがある。液晶テレビ１０に設定されている表示モードが、スタンダードモード以外の表示モードでは、ユーザがそれぞれ好みの表示制御を選択しているので、その選択を優先する。そして、スタンダードモードが設定されている場合は、本実施形態で特徴的な処理である表示制御を行う。

処理（３）：
処理（１）及び（２）の判定を踏まえ、信号タイプが静止画か動画かの判別を行う。じっくりと見ることが多い静止画に比べ、スタンダードモードにおける動画は多少暗くなっても、視聴に悪影響が少ないと想定されるため、動画時にだけ輝度を下げる制御を行う。

処理（４）：
ＰＬ（Peak Level）を所望に設定し、明るい画素のある映像では、バックライトを暗くせずに明るく点灯することで、違和感のない映像を表示する。また、映像のノイズによるＰＬの誤検出を防ぐためヒストグラムを使用する。

図１は本実施形態に係る液晶テレビ１０の概略構成を示す機能ブロックズ図であって、特に、表示制御（映像処理及び輝度制御）に着目して示している。

図示のように、液晶テレビ１０は、主制御部１２と、電源部１４と、ソース部２０と、コンテンツ制御部４０と、画像表示制御部５０と、表示部７０と、を備える。

主制御部１２は、液晶テレビ１０の各構成要素を統括的に制御する。電源部１４は、商用外部電源を取得して各構成要素に直流電力を供給する。

ソース部２０は、チューナー部３０と、内蔵録画再生部２２と、外部入出力部２４とを備える。内蔵録画再生部２２は、例えば内蔵ＨＤＤ（Hard disk drive）等である。外部入出力部２４は、外部機器１６等接続し外部からコンテンツを取得する。

チューナー部３０は、デジタル放送用チューナー３２とアナログ放送用チューナー３４とを備えている。

デジタル放送用チューナー３２は、例えば、地上波デジタル放送を受信し、ＤｅＭｕｘ処理等を行い、ＭＰＥＧ−２ビデオ形式（ＭＰＥＧ動画データ）のコンテンツデータを抽出し、コンテンツ制御部４０に出力する。アナログ放送用チューナー３４は、ＮＴＳＣ方式の地上波アナログ放送を受信・復調し、コンテンツ制御部４０に出力する。

コンテンツ制御部４０は、ソース部２０から取得したコンテンツデータがＭＰＥＧ動画データ等の符号化データである場合、その符号化データを復号する。また、コンテンツ制御部４０は、必要に応じて、動画像にデータ放送画面を重畳させたり、設定されている表示設定内容に対応して、表示部７０において表示すべき映像データを生成する。

画像表示制御部５０は、ユーザの指定や初期設定等に基づき、表示すべき映像の表示設定を行う。例えば、明るさ設定や色温度の設定等があり、更に、消費電力に関する設定も含まれる。画像表示制御部５０の詳細構成は図２で後述する。

表示部７０は、液晶パネル及びその駆動回路を備えた表示パネル部７２と、ＬＥＤ等の光源とその駆動回路を備えたバックライト部７４とを備える。

図２に画像表示制御部５０の機能ブロック図を示す。画像表示制御部５０は、コンテンツ処理部５２と、バックライト制御部５４と、コンテンツ解析部５６と、パラメータ保持部５８とを備える。

コンテンツ処理部５２は、表示部７０に出力する表示データを生成するとともに、その際に表示設定に基づいた各種処理を施す。例えば、コントラスト設定や明るさ設定（輝度設定）、ガンマ設定などがある。さらに、後述のコンテンツ解析部５６の処理にもとづいて、バックライト制御部５４と協働し、ターゲット輝度変調処理やアドバンスド輝度変調処理等のアクティブバックライト制御を行う。

ここでターゲット輝度変調処理とは、映像のＡＰＬを取得し、ＡＰＬに応じてバックライト部７４を動的に変化させる機能であり、例えば特開２００７−４７７３３号公報に開示されている。また、アドバンスド輝度変調処理とは、例えば特許５０９１９５５号に開示されている技術である。具体的には、アドバンスト輝度変調処理は、省電力化を図りつつ目標とするコントラスト比（ターゲットＣＲ）に近づけるように、バックライト光源の発光輝度を抑え、それと連動させて、映像信号のゲインを設定しそのゲイン設定を用いて映像信号を伸張することで、バックライト光源の発光輝度の低下分を映像信号の液晶パネルへの出力値で補償する。

バックライト制御部５４は、コンテンツ解析部５６の解析結果に基づいてコンテンツ処理部５２と協働しバックライト部７４を制御する。その際に、バックライト制御部５４は必要に応じてパラメータ保持部５８を参照する。

コンテンツ解析部５６は、コンテンツ制御部４０を介してソース部２０から取得したコンテンツを解析する。具体的には、コンテンツ解析部５６は、取得したコンテンツが静止画であるか動画であるかを判別したり、信号タイプが２Ｄか３Ｄかを判別したりする。さらに、図４に示すように、映像が動画である場合において（図４（ａ））、映像（コンテンツ）のＡＰＬのヒストグラムを算出する（図４（ｂ））。更に、コンテンツ解析部５６は、算出したヒストグラムから所定の範囲の輝度、ここでは特に所定階調値以上の画素数（図４（ｃ）の領域Ｗ１）を算出する。

パラメータ保持部５８は、表示設定に関する各種の特性パラメータを保持する。ここで、図４（ｄ）に示すように、本実施形態に特徴的な処理を実行するために、パラメータ保持部５８は、ＡＰＬと輝度Ｄｕｔｙとの対応が記述されたパラメータとして、白検出量が大きい場合の特性パラメータと、白検出量が小さい場合の特性パラメータとの２種類を備える。当然に、さらに細分化して３種類以上の特性パラメータが備わってもよい。さらに、通常（ノーマル）動作やエコモード動作をする場合に参照する各種のテーブル（バックライト輝度テーブル、ガンマテーブル、コントラストテーブル、ターゲット輝度変調テーブル、アドバンスド輝度変調テーブル等）が保持されている。

ここで、本実施形態に特徴的な処理の詳細について図３〜図９を参照して説明する。図３は本実施形態における表示制御処理において適用する画像に関して便宜的に示す静止画（図３（ａ））と動画（図３（ｂ））である。図３（ａ）の静止画は９点ＷＩＮＤＯＷパターンの画像である。この種の画像では、高階調（白）の映像が多いがＡＰＬは低くなる傾向がある。そのため従来行っていたターゲット輝度変調では、バックライト部７４の輝度を下げる処理を行う。そのため、白のＷＩＮＤＯＷパターンが暗くなってしまう。なお、図示では、ＷＩＮＤＯＷサイズ合計１７％であるので、全画面が白の場合のＡＰＬを１００％とすると、この９点ＷＩＮＤＯＷパターンのＡＰＬは１７％となる。

本実施形態では、このような画像、つまり、低ＡＰＬで白の割合が高い場合はバックライト部７４（輝度）を低下させず、一般放送で表示されるような動画ではＡＰＬに応じてバックライト部７４（輝度）を変化させる。

図５は、所定の動画のＹ_{ｓｉｇｎａｌ}頻度分布とＡＳＬ／ＡＬＬの関係を示したグラフである。図５（ａ）は、ＡＳＬ／ＡＬＬの頻度を示し、図５（ｂ）はＹ_{ｓｉｇｎａｌ}の頻度分布を示している。

例えば、Ｙ_{ｓｉｇｎａｌ}の頻度分布では、頻度について上から１０％に対応するＹ_{ｓｉｇｎａｌ}は７４％である、上から２０％に対応するＹ_{ｓｉｇｎａｌ}は５５％である。したがって、白検出量を設定しても、動画の場合には検出量が小さくなる。

図６は、所定の静止画（ＷＩＮＯＤＷパターン）、そのヒストグラム及び処理（特性パラメータ）を示す図である。図６（ａ）に示す９点のＷＩＮＯＤＷパターンの静止画に関して、図６（ｂ）にＹ_{ｓｉｇｎａｌ}の輝度値を正規化して頻度を測定したグラフを示す。図示のように、輝度分布は、輝度１００％と０％とに分かれて現れる。そして、白検出量及びＡＰＬともに１７％である。このような場合、白検出量が「大」と判断し、上述のように、輝度を下げると暗くなり過ぎるおそれがあるので、図６（ｃ）の様に、特性パラメータとして、ＡＰＬが低いレンジにおいても輝度ＤＵＴＹを大幅に下げることはしない。

図７は、動画のヒストグラム及び処理を示す図である。図７（ａ）に示す動画に関して、図７（ｂ）にＹ_{ｓｉｇｎａｌ}の輝度値を正規化して頻度を測定したグラフを示す。図示のように、白検出量は０．５％であり、ＡＰＬは２５％である。このような場合、白検出量が「小」と判断し、特性パラメータを白検出量「大」の場合と比較して、ＡＰＬが低いレンジで輝度ＤＵＴＹを下げたものを適用する。

なお、図８は、静止画（ＷＩＮＯＤＷパターン）及び変形例の処理を示し、図９は動画及び変形例の処理を示す。図示のように、単に映像が静止画であるか動画であるかを判断して、それぞれの場合に専用の特性パラメータを適応してもよい。

以上の構成の液晶テレビ１０における表示制御について図１０〜図１２のフローチャートを参照して説明する。

画像表示制御部５０のコンテンツ解析部５６は、まず、コンテンツ（映像）の入力ソースがチューナー部３０であるか否かを判断する（Ｓ１０）。入力ソースがチューナー部３０でない場合（Ｓ１０のＮ）、後述する処理１が実行される（Ｓ２２）。

入力ソースがチューナー部３０の場合（Ｓ１０のＹ）、コンテンツ解析部５６はコンテンツが２Ｄ映像か３Ｄ映像かを判断する（Ｓ１２）。３Ｄ映像の場合（Ｓ１２のＮ）、後述する処理１が実行される（Ｓ２２）。

２Ｄ映像の場合（Ｓ１２のＹ）、コンテンツ解析部５６はコンテンツが動画であるか否かを判断する（Ｓ１４）。静止画である場合には（Ｓ１４のＮ）、後述する処理１が実行される（Ｓ２２）。

動画である場合には（Ｓ１４のＹ）、コンテンツ解析部５６はコンテンツのＰＬ（Peak Level）を取得する（Ｓ１６）。

つづいて、コンテンツ解析部５６は、現在の動作状況が消費電力低減用のエコモードであるか特に消費電力を考慮していないモードであるか否かを判断する（Ｓ１８）。

エコモードである場合（Ｓ１８のＹ）、コンテンツ解析部５６は取得したＰＬが所定の閾値Ｔｈ１より大きいか否かを判断する（Ｓ２０）。閾値Ｔｈ１より大きい場合（Ｓ２０のＹ）、後述する処理１が実行される（Ｓ２２）。閾値Ｔｈ１以下の場合（Ｓ２０のＮ）、特別な処理はなされず、本フローの処理は終了する。

Ｓ１８の処理でエコモードではない（Ｓ１８のＮ）、コンテンツ解析部５６はＰＬが第２の閾値Ｔｈ２以下であるか否かを判断する（Ｓ２４）。第２の閾値Ｔｈ２より大きい場合（Ｓ２４のＮ）、つまり、コンテンツが暗い場合、特別な処理はなされず、本フローの処理は終了する。

第２の閾値Ｔｈ２以下である場合（Ｓ２４のＹ）、つまり、コンテンツが明るい場合、後述する処理２が実行される（Ｓ２６）。

つぎに図１１のフローチャートを参照して処理１を具体的に説明する。まず、処理１が開始されると、コンテンツ処理部５２は、パラメータ保持部５８を参照して、参照バックライトテーブルをノーマルに設定し（Ｓ３０）、同じく、参照ガンマテーブルや参照コントラストテーブルをノーマルに設定する（Ｓ３２）。さらに、コンテンツ処理部５２は、参照ターゲット輝度変調テーブルをノーマルに設定し（Ｓ３４）、参照アドバンスド輝度変調テーブルをノーマルに設定する（Ｓ３６）。

つぎに図１２のフローチャートを参照して処理２を具体的に説明する。この処理２では、簡単に説明すると、バックライト部７４のＤＵＴＹ（輝度）を下げつつ、その下げた分をガンマ補正やコントラスト補正で補正することで、詳細に観察した場合には若干表示品位は低下するおそれはあるも一般的な視聴レベルでは十分の表示品位を確保しつつ、トータルの消費電力を削減しようとする処理である。

まず、処理２が開始されると、コンテンツ処理部５２は、パラメータ保持部５８を参照して、参照バックライトテーブルをエコに設定し（Ｓ４０）、同じく、参照ガンマテーブルや参照コントラストテーブルをエコに設定する（Ｓ４２）。さらに、コンテンツ処理部５２は、参照ターゲット輝度変調テーブルをエコに設定し（Ｓ４４）、参照アドバンスド輝度変調テーブルをエコに設定する（Ｓ４６）。なお、処理２において「エコ」とは、表示モードがエコモードに設定されている状態とは異なるものであって、あくまでも表示モードがスタンダードである場合においても、さらにコンテンツの特性に応じて輝度を下げつつ画像処理で補完する等の処理を行うことを示しているものである。

このような処理を行うことで、表示モードがエコモードで無い表示モード（一般にはスタンダードモード又はノーマルモード）、つまり消費電力低減を特別に意識した表示モードでないモードであり、所定の入力ソース（ここではチューナー部３０）のコンテンツを表示する場合であっても、一定の表示品位を維持しつつも消費電力を削減できる。特に、表示部７０に反射偏光板（DBEF）が用いられない構成においては、所望の品位を確保するためには、従来技術ではバックライト部７４の輝度を上げる必要があった。しかし、本実施形態を採用することで反射偏光板（DBEF）が無い場合でも、消費電力低減と表示品位の確保の両立が容易になる。

以上、本発明を実施形態をもとに説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせ等にいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

１０液晶テレビ
１２主制御部
２０ソース部
３０チューナー部
３２デジタル放送用チューナー
３４アナログ放送用チューナー
４０コンテンツ制御部
５０画像表示制御部
５２コンテンツ処理部
５４バックライト制御部
５６コンテンツ解析部
５８パラメータ保持部
７０表示部
７２表示パネル部
７４バックライト部

Claims

表示するべきコンテンツの入力ソースがチューナーであるか判断するソース確認部と、
前記入力ソースが前記チューナーである場合に、表示出力設定があらかじめ標準的なモードとして設定されているスタンダードモードであるか判断し、前記スタンダードモードである場合は、前記チューナーのコンテンツが動画である場合に、前記コンテンツのＡＰＬ、ＰＬ、又は、映像データのヒストグラムに基づいてバックライトの輝度制御のための特性パラメータを切り替えて、静止画である場合と比較して前記バックライトの輝度を下げる輝度制御を実行し、前記スタンダードモード以外のモードの場合には、前記輝度制御を実行しない表示制御部と
を備えることを特徴とする液晶表示装置。
前記表示制御部は、前記コンテンツの映像データの輝度レベルを取得し、ヒストグラムを算出し、所定の輝度レベル閾値より大きい前記輝度レベルのデータの検出量が所定の検出量閾値より少ない場合に、前記バックライトの輝度を下げる制御を実行することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
前記表示制御部は、輝度を下げる前記輝度制御に対応して、前記コンテンツの映像データを補正して輝度低下分を補完する処理を実行することを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。