JPWO2003075257A1 - 表示装置 - Google Patents

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Abstract

液晶パネル（９）とバックライト（８）とバックライト点灯回路（６）と、液晶駆動回路（７）と、一定期間毎のピークレベルを検出するピークレベル検出回路（１）と、ピークレベルから光出力ゲインを出力する光出力ゲイン算出回路（２）と、光出力ゲインと通常ランプ制御信号との積を伸長して、光出力レベル伸長信号Ｌｏｕｔを出力する光出力制御回路（４）と、明るいシーンではシーンの明るさの変化に応じて白ピーク輝度を向上させるようにランプ制御信号を調整してバックライト点灯回路（６）に出力する一方、暗いシーンでは映像信号の振幅を調整するための映像振幅ゲインを算出して出力する白ピーク向上回路（５）と、映像振幅ゲインと映像信号を乗算して液晶駆動回路（７）に出力するゲイン可変増幅回路（３）が設けられた表示装置。

Description

技術分野
本発明は、液晶パネル等の表示パネルの表示品質を向上させるため、暗いシーンでのコントラストを向上させるとともに、白ピーク輝度を向上させる表示装置に関するものである。
背景技術
近年、液晶カラーディスプレイが各種開発され、市販されている中、液晶ディスプレイの表示品質を向上させるために、明るいシーンでの白ピークの向上と、暗いシーンでのコントラストの向上とが重要な課題とされている。
従来、暗いシーンでのコントラストを向上させる方法として、例えば、日本国公開特許公報「特開平６−１０２４８４号公報（公開日１９９４年４月１５日）、特開平１１−１０９３１７号公報（公開日１９９９年４月２３日）及び特開平１１−６５５２８号公報（公開日１９９９年３月９日）」に開示されているように、所定期間における映像信号のピークレベルからゲインを算出し、そのゲインに応じてバックライトの光出力レベルを暗くすると同時に、映像信号の振幅を拡長するという方法がある。この方法により、映像の明るさは変えない状態で、暗いシーンでのコントラストを向上させることができる。
上記従来の暗いシーンのコントラストを向上させた液晶表示装置は、例えば、図１３に示すように、ピークレベル検出回路２０１、ゲイン算出回路２０２、振幅変調回路２０３、光出力制御回路２０４、バックライト点灯回路２０５、液晶駆動回路２０６、バックライト２０７、及び液晶パネル２０８から構成される。
上記ピークレベル検出回路２０１には映像信号が入力され、ピークレベルが出力される。ゲイン算出回路２０２にはピークレベル検出回路２０１の出力であるピークレベルが入力され、ゲインが出力される。
ゲイン算出回路２０２から出力されたゲインは、振幅変調回路２０３と光出力制御回路２０４とにそれぞれ入力される。振幅変調回路２０３では、ゲイン算出回路２０２から出力されたゲインと映像信号とが入力され、振幅を変調した映像信号が出力され、液晶駆動回路２０６を通して液晶パネル２０８に駆動表示される。一方、光出力制御回路２０４は、ゲイン算出回路２０２から出力されたゲインを入力して、バックライト２０７の明るさを制御するためのバックライト制御信号を出力し、バックライト点灯回路２０５を通してバックライト２０７を点灯させる。
上記液晶表示装置において、暗いシーンにおけるコントラストを向上させる場合の動作例を示す。
まず、入力された映像信号に対して、ピークレベル検出回路２０１にて、例えば１垂直同期期間等のある一定期間のピークレベルを検出し、各期間におけるピークレベルを出力し、次いで、ゲイン算出回路２０２にてゲイン値を算出する。
例えば、映像のピーク値が１００ＩＲＥの半分（５０ＩＲＥ）であった時ゲイン値は０．５になり、映像のピーク値が１００ＩＲＥであった時ゲイン値は１．０になる。ゲイン算出回路２０２で算出されたゲイン値は、振幅変調回路２０３と光出力制御回路２０４とに入力され、振幅変調回路２０３では映像信号の振幅をゲイン値で除算する一方、光出力制御回路２０４ではバックライト２０７を点灯させる通常の制御信号にゲイン値を乗算し、新たなバックライト２０７の制御信号を算出する。なお、１００ＩＲＥとは、映像が白の場合の入力信号をいう。したがって、映像のピーク値が１００ＩＲＥであるとは、入力された映像信号の、一定期間におけるピーク値が白の最高階調であることを意味する。
以上の方法により、例えば、映像信号のピークが５０ＩＲＥであったとき、映像の振幅は２倍に伸長され、バックライト２０７の明るさは半分になる。その結果、映像の明るさは変わらないまま、映像信号を構成する階調は２倍になり、暗いシーンのコントラストを向上させることができる。
すなわち、上記の方法では、バックライト２０７の制御信号とゲイン値とを乗算する一方、映像信号をゲイン値で除算しているため、総合的な映像の明るさは変わらない。
一方、雑誌記事「光源の輝度を制御し、液晶パネルを高画質に」（日経エレクトロニクス１９９９．１１．１５，ＮＯ．７５７，Ｐ．１３９−１４６）には、バックライトの最大輝度が通常点灯時の輝度ではなく、バックライトの定格を超えない範囲で出力できる最大の輝度となるようにバックライトの制御信号を伸長し、総合的に映像を明るくすることによって、白ピーク輝度を向上させることができる旨記載されている。しかしながら、上記従来の雑誌に記載された方法において、例えばバックライトの制御信号を一様に伸長して白ピーク輝度を向上させる方法を用いた場合には、最大輝度を通常通りにした場合に比べて、暗いシーンにおいて出力映像が入力映像よりも明るくなるという問題点を有している。
例えば、バックライトの制御信号を１．２倍に伸長する場合、最大輝度は通常の表示の１．２倍になり、白ピーク輝度の向上は実現されるが、最低輝度も同様に１．２倍になり、このため、黒浮きが発生する。つまり、黒が明るくなる現象が現れる。
また、このように、ピーク輝度を向上させる処理を施しても、最低輝度も同じ割合で明るくなれば、ピーク輝度を向上させない場合と比べてダイナミックレンジは変わらない。
ここで、暗いシーンにおいてはゲイン値を伸長しない場合の最低輝度を表示し、明るいシーンにおいてはゲイン値を伸長した場合のピーク輝度を表示すれば、ダイナミックレンジをさらに広く取ることができる。
また、上記のように、バックライトの制御信号と乗算するゲイン値を伸長した場合、バックライトに流れる電流が大きくなり、消費電力も増加することになる。さらに、白ピーク輝度を向上させるためには、映像の明るさを通常の表示よりも明るくするような処理を施す必要がある。
ここで、前記図１３に示す従来技術では、例えば映像の振幅を２倍にしてバックライトの明るさを半分にする等、コントラストを向上させる処理を施しても映像の明るさは変わらないため、表示品質が悪くなることはないが、上記文献の場合では、ピーク輝度を向上させるために、映像の明るさを入力映像よりも明るくするような処理をする必要がある。つまり、ピーク輝度を向上させる処理を施した結果、映像の明るさが元の映像から変わることになるため、入力映像に比べて表示品質が悪くなってしまうことも考えられる。
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、明るいシーンにおいてピーク輝度を向上させ、暗いシーンにおいて黒浮きを抑えることによってダイナミックレンジを広くとり、さらに消費電力の増加を抑制し得る表示装置を提供することにある。
発明の開示
本発明の表示装置は、上記目的を達成するために、表示パネルと、入力された映像信号に可変係数を乗算することにより増幅映像信号を求めて上記表示パネルを駆動する係数可変駆動手段と、上記表示パネルを照明するランプをランプ制御信号に基いて点灯させる点灯手段と、上記ランプを点灯させるための予め設定した光出力レベルを、入力される映像信号から求まる光出力ゲイン及びランプの出力ピーク値に基いて伸張して光出力レベル伸長信号を出力するレベル伸張信号算出手段と、上記光出力レベル伸長信号を入力するとともに、通常の明るさよりも明るいシーンではシーンの明るさの変化に応じて白ピーク輝度を向上させるように調整したランプ制御信号を点灯手段に出力する一方、通常の明るさのシーンでは映像信号の振幅を調整するための映像振幅ゲインを算出してゲイン可変駆動手段に係数として出力する白ピーク向上手段とを含んでいることを特徴としている。
また、本発明の表示装置は、上記記載の表示装置において、前記係数可変駆動手段は、前記白ピーク向上手段にて算出された係数としての映像振幅ゲインと前記入力された映像信号とを乗算して映像振幅を増幅し、駆動手段に出力するゲイン可変増幅手段と、上記増幅された映像振幅に基いて表示パネルを駆動する駆動手段とを含んでいることを特徴としている。
また、本発明の表示装置は、上記記載の表示装置において、前記レベル伸張信号算出手段は、入力された映像信号から一定期間毎のピークレベルを検出するピークレベル検出手段と、上記ピークレベル検出手段にて検出されたピークレベルから光出力ゲインを算出して出力する光出力ゲイン算出手段と、上記光出力ゲイン算出手段にて出力された光出力ゲインと前記ランプを点灯させるための予め設定した光出力レベルとの積の最大値が上記ランプのピーク値と一致するように光出力レベル伸長信号を出力する光出力制御手段とを含んでいることを特徴としている。
本発明では、従来の表示装置に白ピーク向上手段を加え、変調手段である振幅変調回路をゲイン可変増幅手段に置き換えた表示装置を構成する。
ここで、白ピーク向上手段は、レベル伸張信号算出手段における光出力制御手段の光出力レベル伸長信号を入力し、白ピーク輝度が向上するように光出力レベル伸長信号を変調し、ランプ制御信号を点灯手段に出力する。また、白ピーク向上手段は、映像振幅を増幅させるための係数である映像振幅ゲインを算出し、係数可変駆動手段のゲイン可変増幅手段に出力する。ゲイン可変増幅手段においては、入力された映像振幅ゲインに基づいて映像信号を増幅し、駆動手段に増幅した映像信号を供給する。
この結果、入力映像が通常の明るさよりも明るいシーンの映像であった場合に、映像信号のピークレベルの時間的な変化からシーンの明るさの変化を検出し、シーンの明るさの変化に応じて瞬間的に照明灯の出力光を制御し、視覚的に白ピーク輝度を向上させることができる。
したがって、従来のコントラスト向上回路に、白ピーク向上手段を追加することによって、明るいシーンにおいてピーク輝度を向上させ、暗いシーンにおいて黒浮きを抑えることによってダイナミックレンジを広くとり、さらに消費電力の増加を抑制し得る表示装置を提供することができる。
また、本発明の表示装置は、上記記載の表示装置において、前記白ピーク向上手段は、明るさの変化成分を検出して、明るさの変化を強調させるようにランプ制御信号の補正信号を算出する変化成分検出ブロックと、前記ランプ制御信号の基準信号と前記映像振幅ゲインとを算出する基準信号・映像振幅ゲイン算出ブロックと、上記変化成分検出ブロックの出力と上記ランプ制御信号の基準信号とを加算して上記ランプ制御信号として出力する加算手段とを含んでいることを特徴としている。
上記の発明によれば、白ピーク向上手段は、変化成分検出ブロックと、基準信号・映像振幅ゲイン算出ブロックと、上記変化成分検出ブロックの出力と上記ランプ制御信号の基準信号とを加算して上記ランプ制御信号として出力する加算手段とから構成される。そして、変化成分検出ブロックは、明るさの変化成分を検出して、明るさの変化を強調させるようにランプ制御信号の補正信号を算出する。また、基準信号・映像振幅ゲイン算出ブロックは、ランプ制御信号の基準信号と映像振幅ゲインとを算出する。
したがって、明るいシーンの映像が入力された場合に、ピークレベルが高く変化した場合は瞬間的にランプの明るさを上げ、ピークレベルが低く変化した場合は瞬間的にランプの明るさを下げることによって、明るさの変化を強調し、視覚的に白ピーク輝度が向上する。また、入力映像が明るいシーンであるか通常の明るさのシーンであるかによってランプの制御方法を変えており、暗いレベルでシーンの明るさが変わっても、ランプの明るさは瞬間的に変わらないため、暗いシーンでは安定した黒が表示され、黒浮きを抑えることができる。
また、本発明の表示装置は、上記記載の表示装置において、前記変化成分検出ブロックは、前記光出力制御手段から出力される光出力レベル伸長信号から予め設定したしきい値を減算し、減算結果の正成分を出力するレベル変換回路と、上記レベル変換回路の出力信号をある時定数で微分する微分回路と、上記微分回路からの出力に対し、正成分又は負成分に応じて、それぞれ予め設定した係数を乗算して、点灯手段の光量を制御する信号を算出する輝度適応変換回路と、上記輝度適応変換回路の出力における変化成分の上限をクリップすることによって、ランプ制御信号がランプのピークを越えた信号を出力しないようにするクリップ回路とを含んでいることを特徴としている。
上記の発明によれば、変化成分検出ブロックは、レベル変換回路、微分回路、輝度適応変換回路、及びクリップ回路から構成され、入力された映像信号が比較的明るいシーンの映像である場合における、ピークレベルの時間の経過に伴う変化成分を検出し、比較的明るいシーンの映像が入力された場合に映像の明るさの変化を強調するよう、ランプ制御信号の補正信号を算出する。
すなわち、レベル変換回路は、光出力制御手段からの光出力レベル伸長信号をしきい値で減算し、減算結果の正成分のみを抽出することによって、比較的明るい映像シーンにおける光出力レベル伸長信号の波形を抽出することができる。
したがって、白ピーク向上手段において、入力映像が比較的明るいシーンであるか通常の明るさのシーンであるかを判別し、明るいシーンである場合にピークレベルの明るさの変化を強調する処理を施すことができる。
また、微分回路は、レベル変換回路の出力をある時定数で微分し、比較的明るい映像シーンにおける光出力レベル伸長信号の変化成分を検出する回路である。また、微分回路において、時定数を適切な値に設定することによって、時間の経過に伴うランプの変化が、視覚的に違和感の無くなるように制御する。したがって、白ピーク向上手段において、入力映像が明るいシーンである場合のピークレベルの変化成分を抽出することができる。また、時定数を適切に設定することによって、時間の経過に伴うランプの変化が視覚的に違和感のないよう設定することができる。
さらに、輝度適応変換回路は、微分回路から出力されたピークレベルの変化成分に、係数を乗算することによって、ランプの変化量が、視覚的に違和感の無くなるように制御する回路である。また、輝度適応変換回路においては、変化成分の正成分に対して乗算する係数と、負成分に対して乗算する係数を互いに独立になるよう設定し、シーンが明るく変化した場合の明るさの変化を強調する度合いと、シーンが暗く変化した場合の明るさの変化を強調する度合いそれぞれが視覚的に違和感の無いよう制御し、例えば負成分に対して乗算する係数を０とすることによって、シーンが暗く変わった場合には明るさの変化を強調しないように設定することができる。
また、クリップ回路は、ランプの制御信号を補正した結果、ランプに流れる電流が定格を超えないよう、上限、下限をクリップする回路である。
以上の回路を通すことによって、変化成分検出ブロックにおいて、映像の明るさの変化を強調するよう、ランプ制御信号の補正信号を算出する。
したがって、変化成分検出ブロックの各具体的回路によって、確実に、比較的明るいシーンの映像が入力された場合に映像の明るさの変化を強調するよう、ランプ制御信号の補正信号を算出することができる。
また、本発明の表示装置は、上記記載の表示装置において、前記基準信号・映像振幅ゲイン算出ブロックは、前記光出力制御手段から出力される光出力レベル伸長信号を予め設定したしきい値にてクリップし、ランプ制御信号の基準信号として出力する波形制限回路と、上記波形制限回路の出力信号を正規化し、逆数を取ることにより、映像振幅ゲインを算出する映像振幅ゲイン算出回路とを含んでいることを特徴としている。
また、本発明の表示装置は、上記記載の表示装置において、前記波形制限回路は、前記レベル変換回路のしきい値と同一のしきい値にて光出力レベル伸長信号をクリップすることを特徴としている。
上記の発明によれば、基準信号・映像振幅ゲイン算出ブロックは、波形制限回路と映像振幅ゲイン算出回路とから構成され、ランプ制御信号の基準信号と、映像振幅ゲインとを算出する。
したがって、ランプと映像信号とを制御する信号を算出することができ、出力映像の明るさに違和感が無いようにランプの制御及び映像振幅の制御をすることができる。
すなわち、上記波形制限回路は、光出力制御回路からの光出力レベル伸長信号をしきい値にてクリップし、ランプ制御信号の基準信号を算出する回路である。ここで用いるしきい値は、変化成分検出ブロックのレベル変化回路にて用いたしきい値と同一のものが好ましい。これにより、白ピーク向上手段において、入力映像が比較的明るいシーンであるか通常の明るさのシーンであるかを判別し、通常のシーンである場合には明るさの変化を強調しないよう制御することによって、暗いシーンにおける黒浮きを抑えることができる。
なお、ランプ制御信号の基準信号とは、映像シーンの明るさの変化を強調する補正分を除いたランプ制御信号を意味する。
上記映像振幅ゲイン算出回路は、ランプ制御信号の基準信号に対応して映像信号を増幅させる係数を算出する回路である。したがって、ランプ制御信号の基準信号に対応して、映像信号の振幅を調整する係数を算出することによって、出力映像の明るさに違和感が無いように映像振幅を制御することができる。
次に、変化成分検出ブロックにおいて算出したランプ制御信号の補正信号と、ランプ制御信号の基準信号とを前記加算手段にて加算し、ランプ制御信号を出力し、映像の明るさの変化を強調してピークレベルを向上させるように、点灯手段にてランプの制御を行う。また、映像振幅ゲインは、ゲイン可変増幅手段に入力され、映像信号と映像振幅ゲインとを乗算して映像信号を増幅し、駆動手段に映像信号を供給する。
以上の方法によって、明るいシーンにおいてはシーンの明るさの変化によりランプの制御信号を調整し、暗いシーンでは黒コントラストを向上させる従来の制御信号を用いることによって、暗いシーンで黒浮きをさせず、明るいシーンで白ピークを向上させることができる。
また、表示装置に表示できる最低輝度は、従来法において白ピーク輝度を向上させない場合の最低輝度と等しく、表示装置に表示できる最高輝度は、従来法において白ピーク輝度を向上させた場合の最高輝度と等しいため、従来法に比べてダイナミックレンジを広く取ることができる。
さらに、従来法において白ピーク輝度を向上させた場合、明るいシーンでは常にピーク輝度を向上させるようにランプを通常以上に明るく点灯させているが、本発明では、映像信号のピークレベルが明るく変化した場合に瞬間的にランプを明るくしているだけであるため、従来法において白ピークを向上させた場合と比べて、消費電力を減らすことができる。
また、本発明の表示装置は、上記記載の表示装置において、前記変化成分検出ブロックは、前記光出力制御手段から出力される光出力レベル伸長信号から予め設定したしきい値を減算し、減算結果の正成分を出力するレベル変換回路と、上記レベル変換回路の出力信号をある時定数で微分する微分回路と、上記微分回路からの出力に対し、正成分に予め設定した係数を乗算し、負成分をクリップすることにより、点灯手段の光量を制御する信号を算出する輝度適応変換回路と、上記輝度適応変換回路の出力における変化成分の上限をクリップすることによって、ランプ制御信号がランプのピークを越えた信号を出力しないようにするクリップ回路とを含んでいることを特徴としている。
上記の発明によれば、白ピーク向上回路の変化成分検出ブロックにおいて、微分回路から出力されたピークレベルの変化成分の振幅を調整することにより、明るさの変化を強調して瞬間的にランプの明るさを変える処理において、ピークレベルが明るく変化したときには明るさの変化量に違和感が無く、また、ピークレベルが暗く変化したときには、ランプが瞬間的に暗くなった分だけ映像振幅を瞬間的に増幅することにより、ピークレベルが変化しても瞬間的に画面が暗くならないように制御することができる。
したがって、白ピーク向上手段において、微分回路から出力されたピークレベルの変化成分の正成分と負成分との各振幅をそれぞれ独立してレベル変換することによって、明るさの変化を強調して瞬間的にランプの明るさを変える処理において、明るさの変化量に違和感が無くなるよう設定することができる。
また、本発明の表示装置は、上記記載の表示装置において、前記基準信号・映像振幅ゲイン算出ブロックは、前記光出力制御手段から出力される光出力レベル伸長信号を予め設定したしきい値にてクリップし、ランプ制御信号の基準信号として出力する波形制限回路と、前記輝度適応変換回路の出力における負成分との加算結果を正規化し、逆数を取ることにより、映像振幅ゲインを算出する映像振幅ゲイン算出回路とを含んでいることを特徴としている。
上記の発明によれば、ランプの制御信号と前記輝度適応変換回路の出力の負成分との加算結果に対応して、映像信号の振幅を調整するために適切な係数を算出することによって、出力映像の明るさに違和感が無いように映像振幅を調制御することができる。また、前記算出された係数は、ピークレベルが暗く変化した場合には明るさの変化を強調しないように映像振幅を制御することができる。
また、本発明の表示装置は、上記記載の表示装置において、前記明るさとは、信号形式（ＹＰｂＰｒ、ＹＵＶ、ＲＧＢ等）に係わらず、映像を構成する画素情報から計算される、映像フレームの明るさを示すパラメータを意味することを特徴としている。
したがって、例えば、前記明るさは、明るさを示すパラメータである映像フレーム内の輝度（Ｙ）における最大値、平均値、又は最小値を基準とすることが好ましい。
また、前記明るさは、明るさを示すパラメータであるＲＧＢの値を組み合わせたものを基準とし、映像フレーム内で最も明るい画素の明るさを映像フレームの明るさとすることが好ましい。
また、前記明るさは、映像フレーム内で前記明るさを示すパラメータのヒストグラムを作成し、上位から例えば１０％等の所定％に当る画素の明るさとすることが好ましい。
また、前記明るさは、１つの映像フレーム内だけの情報で前記明るさを決定するのではなく、前映像フレームの情報を考慮して決定することが好ましい。
また、通常の明るさと通常の明るさよりも明るいシーンとは、しきい値によって区別されることが好ましい。
本発明のさらに他の目的、特徴、および優れた点は、以下に示す記載によって十分わかるであろう。また、本発明の利益は、添付図面を参照した次の説明で明白になるであろう。
発明を実施するための最良の形態
以下、実施例および比較例により、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらにより何ら限定されるものではない。
〔実施例１〕
本発明の実施の一形態について図１ないし図１０に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態では、表示装置としての液晶表示装置について説明する。また、液晶表示装置は、液晶表示パネルに限らず、投射型の液晶プロジェクタ等に適用が可能である。
本実施の形態の液晶表示装置は、図１に示すように、表示パネルとしての液晶パネル９と、係数可変駆動手段としてのゲイン可変液晶駆動回路１０と、上記液晶パネル９を照明するランプとしてのバックライト８をランプ制御信号としてのバックライト制御信号に基いて点灯させる点灯手段としてのバックライト点灯回路６と、伸張信号算出手段としてのレベル伸張信号算出回路１１と、白ピーク向上手段としての白ピーク向上回路５とを備えている。
上記ゲイン可変液晶駆動回路１０は、ゲイン可変増幅回路３及び液晶駆動回路７からなっている。また、レベル伸張信号算出回路１１は、ピークレベル検出回路１、光出力ゲイン算出回路２及び光出力制御回路４からなっている。
上記液晶表示装置では、ピークレベル検出回路１は入力された映像信号からある一定期間毎のピークレベルを検出し、出力する。光出力ゲイン算出回路２には、ピークレベル検出回路１から出力されたピークレベルが入力され、バックライト８の出力光を制御するゲイン値を算出し、光出力制御回路４へ光出力ゲイン値Ｇｓを供給する。光出力制御回路４には光出力ゲイン算出回路２から出力された光出力ゲイン値Ｇｓが入力され、この光出力ゲイン値Ｇｓに基づいてバックライト８の制御信号を算出し、白ピーク向上回路５へ光出力制御信号を出力する。
白ピーク向上回路５では入力されたバックライトの制御信号の変化に応じて白ピーク輝度を向上させるようにバックライトの制御信号を調整すると共に、映像の振幅を調整する映像振幅ゲイン値を算出し、それぞれを出力する。ランプ制御信号としてのバックライト制御信号はバックライト点灯回路６へ入力され、映像振幅ゲイン値はゲイン可変増幅回路３に入力される。
バックライト点灯回路６は、バックライトの制御信号からバックライト８の出力光を調整する。ゲイン可変増幅回路３は、入力された映像信号と映像振幅ゲインを乗算して映像振幅を変調し、液晶駆動回路７に変調した映像信号を供給する。液晶駆動回路７においては、振幅変調された映像信号を元に液晶パネル９を動作させる。ピークレベル検出回路１のピークレベル検出の動作は従来技術で用いられている公知の技術であるため、詳細な説明は省略する。また、光出力ゲイン算出回路２の回路についても、従来技術では求めたゲインを光出力制御回路と振幅変調回路の両方に出力しているのに対し、本発明では光出力制御回路のみに出力しているという違いはあるが、ゲインを計算する方法については従来技術と同じであるため、光出力ゲイン算出回路２の動作についても詳細な説明は省略する。
次に、上記光出力制御回路４及び白ピーク向上回路５の構成及び動作について図２及び図３（ａ）〜図３（ｉ）に基づいて、詳細に説明する。
光出力制御回路４は、図２に示すように、乗算器４１とレベル伸長器４２とを有している。また、白ピーク向上回路５は、波形制限回路５１及び映像振幅ゲイン算出回路５２からなる基準信号・映像振幅ゲイン算出ブロック５３と、レベル変換回路５４、微分回路６０、輝度適応変換回路７０、及びクリップ回路８０からなる変化成分検出ブロック５８と加算手段としての加算器５９とからなっている。
上記光出力制御回路４では、まず、前記光出力ゲイン算出回路２から出力された光出力ゲインＧｓが乗算器４１に入力される。ここで、入力されるゲイン値は、図３（ａ）に示されるような波形であるとする。
先ず、乗算器４１において、通常のランプ制御信号である予め設定した光出力レベルとしての通常ランプ制御信号Ｌ０と光出力ゲイン値Ｇｓとを乗算し、図３（ｂ）に示すような乗算ランプ制御信号Ｌｓを求める。この通常ランプ制御信号Ｌ０は、従来技術のように黒コントラスト改善のために暗いシーンでバックライト８を暗くしたり、本実施の形態のように映像の明るさの変化に応じてバックライト８の明るさを変えたりしない、一定の明るさで点灯する通常のバックライト８の制御信号であり、使用するランプの定格等によって決定するパラメータである。
次に、制御信号の最大値がランプのピーク値と一致するように乗算ランプ制御信号Ｌｓを伸長し、図３（ｃ）に示すような波形の光出力伸長信号Ｌｏｕｔを得る。これは、映像シーンの明るさの変化に伴ってバックライト８の明るさを変化させる処理を行った結果、明るいシーンにおけるバックライト８の制御信号の基準値を通常ランプ制御信号Ｌ０と一致させることと、ピーク輝度を上げた結果、バックライト８に定格限界までの電流を流すことによって表示できる最大の明るさを出力させ、白ピーク輝度の向上の効果を最大まで引き出すことを目的とした処理である。
次に、乗算ランプ制御信号Ｌｓを伸長して求めたバックライト８の光出力レベル伸長信号Ｌｏｕｔを、白ピーク向上回路５に入力する。
白ピーク向上回路５においては、明るいシーンにおける信号と通常の明るさのシーンにおける信号とに分けて処理するため、光出力レベル伸長信号Ｌｏｕｔを波形制限回路５１とレベル変換回路５４とのそれぞれに入力する。ここで、光出力レベル伸長信号Ｌｏｕｔを明るいシーンにおける信号と通常の明るさのシーンにおける信号とに判別するしきい値をＬ１とする。後述するように、明るいシーンにおいてピークレベルの変化がある場合、制御信号はここで用いるしきい値Ｌ１を基準に上下に変動することになるため、ここで用いるしきい値Ｌ１は、通常のバックライト８の制御信号にするのが好ましい。つまり、しきい値Ｌ１＝通常ランプ制御信号Ｌ０にするのが好ましい。
波形制限回路５１では、光出力レベル伸長信号Ｌｏｕｔをしきい値Ｌ１でクリップし、バックライト制御信号の基準信号を得る。図３（ｄ）に、しきい値Ｌ１＝通常ランプ制御信号Ｌ０とした場合の波形制限回路５１の出力波形を示す。
一方、レベル変換回路５４では、光出力レベル伸長信号Ｌｏｕｔからしきい値Ｌ１を引き、減算結果の正の成分だけを抽出し、明るい映像シーンにおける制御信号の波形を得る。図３（ｅ）に、しきい値Ｌ１＝通常ランプ制御信号Ｌ０とした場合のレベル変換回路５４の出力波形を示す。
次に、レベル変換回路５４の出力を微分回路６０においてある時定数で微分し、図３（ｆ）に示すように、明るい映像シーンにおける制御信号のレベル変化量を求める。
ここで、微分回路６０は、例えば、図４に示すように、複数の遅延回路６１・６２・６３、加算器６４・６５・６６・６７・６８及び乗算器６９から構成される。
上記の遅延回路６１・６２・６３は、例えば１垂直同期期間等のある一定期間のデータを保存する。レベル変換回路５４の出力ＬＥＶを遅延回路６１に入力し、遅延回路６１の出力Ｄ１を遅延回路６２に入力し、さらに遅延回路６２の出力Ｄ２を遅延回路３６に入力して出力Ｄ３を得る。
上記加算器６４・６５・６６では、レベル変換回路５４の出力ＬＥＶと、出力Ｄ１・Ｄ２・Ｄ３それぞれとの差分を計算し、さらに加算器６７・６８において、それぞれの差分結果を足し合わせることによって、差分の合計値Ｓを得る。次に、乗算器６９において、合計値Ｓと係数α１とを乗算し出力ＤＩＦを得る。
ここでは、例として遅延回路６１・６２・６３を３個用いているが、実際にはもっと多くの遅延回路を用いたほうが好ましい。例えば、一秒間データ保存できる遅延回路を１０個用いた場合、１０秒前までのピークレベルの変化が反映されることになる。ピークレベルの変化に応じて変化させたバックライト８の明るさが時間の経過と共に通常の明るさに戻るまでに、視覚的には数秒から数１０秒が好ましいため、遅延回路においてデータを保存する期間と遅延回路の個数とによって、バックライト８の変化が最適になるよう調整すればよい。
ここで、同図において、係数α１＝０．３とした場合に、図５（ａ）に示すような入力波形に対して微分を行うと、図５（ｂ）に示すよような波形になり、映像の明るさが変化する地点（Ｃ）において変化が強調され、地点（Ｄ）、地点（Ｅ）、地点（Ｆ）と順次、時間の経過に伴い徐々に元の明るさに戻るような処理が施されていることが分かる。
この微分回路６０の出力レベルに応じてランプの光出力量を変えることによって、シーンが明るくなった時に一時的にランプを明るくする処理ができ、白ピークレベルを上げることができる。しかし、この変化量はシーンが明るくなった時だけでなく、明るいシーンから暗いシーンに変わったときにも同様に処理される。
ここで、シーンが明るくなった時とシーンが暗くなった時とで、同じレベルで出力光を変えると、明るくなった時よりも暗くなったときの方が変化の大きさが目につき、品質の悪い映像になるという問題がある。そこで、前記輝度適応変換回路７０においては、ランプの出力光変化量が、図３（ｇ）に示すように、適切なレベルになるよう、微分回路６０の微分結果に対して正成分及び負成分それぞれに係数を設定し、乗算してレベル変換し、次のクリップ回路８０において変化成分の上限をクリップすることによって、図３（ｈ）に示すように、制御信号がランプのピークを越えた信号を出力しないようにする。ここで、図３（ｇ）は、正成分に１．５を乗算し、負成分に０．６を乗算した波形である。
ここで、輝度適応変換回路７０について詳細に説明する。
輝度適応変換回路７０は、図６に示すように、正成分抽出部７１と負成分抽出部７２と乗算器７３・７４と加算器７５とを有している。
上記輝度適応変換回路７０では、まず、正成分抽出部７１及び負成分抽出部７２にて、前記微分回路６０からの出力ＤＩＦの正成分及び負成分をそれぞれ抽出し、正成分Ｂ１及び負成分Ｂ２を出力する。次に、乗算器７３にて正成分Ｂ１と係数αｐとを乗算し、乗算器７４において負成分Ｂ２と係数αｍとを乗算し、出力Ｂ３・Ｂ４をそれぞれ得る。次に、加算器７５にて出力Ｂ３・Ｂ４を加算し、出力ＢＲＴを得る。
上記輝度適応変換回路７０において、係数αｐ＝１．２、係数αｍ＝０．６とした場合の回路の効果は、図７（ａ）〜図７（ｄ）に示すようになる。ここで、瞬間的に明るさを変える処理において、瞬間的に明るくする場合と瞬間的に暗くする場合とを比べると、同じレベルで明るさを変えた場合には、瞬間的に暗くした場合の信号の方が目立ち易い。なぜなら、例えば輝度が１００ｃｄ／ｍ２から５０ｃｄ／ｍ２上がって１５０ｃｄ／ｍ２になった場合と、１００ｃｄ／ｍ２から５０ｃｄ／ｍ２下がって５０ｃｄ／ｍ２になった場合とでは、明るさの比率を考えると前者は輝度比が３：２であるのに対し、後者は輝度比が２：１になる。このように瞬間的にバックライトの明るさを変化させるには、正方向への変化と負方向への変化において、正方向への変化に重みをもたせるように輝度適応変換するのが望ましい。
このように、微分回路６０の出力ＤＩＦを正成分及び負成分それぞれ独立に処理することによって、より視覚的に違和感の無い輝度適応変換をすることができる。
次に、前記図２に示す加算器５９において、波形制限回路５１の出力である基準信号Ａとクリップ回路８０における上限クリップの出力ＣＬＰとを加算し、図３（ｉ）に示すようなバックライト制御信号として出力し、図１のバックライト点灯回路６に入力し、ランプ輝度を調整する。
ここで、前記クリップ回路８０について詳細に説明する。
上記クリップ回路８０は、図８に示すように、上限クリップ回路８１と下限クリップ回路８２とを直列に有している。
上記クリップ回路８０では、まず、輝度適応変換回路７０の出力ＢＲＴは、上限クリップ回路８１に入力され、しきい値ＴＨｐよりも大きい信号がクリップされ、出力Ｃ１を出力する。上記出力Ｃ１は、下限クリップ回路８２に入力され、この下限クリップ回路８２にてしきい値ＴＨｍよりも小さい信号がクリップされ、出力ＣＬＰを得る。
その結果、例えば、しきい値ＴＨｐ＝１０、しきい値ＴＨｍ＝−１０とした場合、図９（ａ）に示す波形が、図９（ｂ）に示すようにクリップされる。
一方、図２に示す映像振幅ゲイン算出回路５２において、波形制限回路５１にて上限をクリップされた基準信号Ａを基に、映像振幅を調整するゲイン値を算出し、図１に示すゲイン可変増幅回路３に供給する。なお、同図に示すバックライト点灯回路６、液晶駆動回路７、バックライト８、及び液晶パネル９のそれぞれの動作については、公知の技術であるため説明を省略する。
図１に示すように、白ピーク向上回路５から出力される上記光出力制御信号を、バックライト点灯回路６に入力することによって、バックライト８の輝度を調整し、暗いシーンにおけるコントラストと明るいシーンにおける白ピーク輝度との両方を向上させた品質の高い表示を得る。
ここで、映像のピークレベルが暗く変わった場合には明るさの変化を強調する処理を行いたくなければ、図６に示す輝度適応変換回路７０において、係数αｍ＝０として処理を行えばよい。このように、係数αｍ＝０とした場合の光出力制御信号の波形は、図１０（ａ）〜図１０（ｉ）のように示される。なお、同図の構成は図３（ａ）〜図３（ｉ）と同じであるため、説明は省略するが、図１０（ａ）〜図１０（ｉ）において、負方向への明るさの変化が強調されなくなるのがわかる。
また、本実施の形態の映像振幅ゲインを用いた場合の、入力に対する表示に対する表示画面の明るさは、表１のようになる。なお、ちなみに、従来技術のゲインを用いた場合の、入力に対する表示に対する表示画面の明るさは、表２のようになる。
Figure 2003075257
Figure 2003075257
このように、本実施の形態の液晶表示装置では、従来の液晶表示装置に白ピーク向上回路５を加え、変調手段である振幅変調回路をゲイン可変増幅回路３に置き換えた液晶表示装置を構成する。
ここで、白ピーク向上回路５は、レベル伸張信号算出回路１１における光出力制御回路４の光出力レベル伸長信号Ｌｏｕｔを入力し、白ピーク輝度が向上するように光出力レベル伸長信号Ｌｏｕｔを変調し、バックライト制御信号をバックライト点灯回路６に出力する。また、白ピーク向上回路５は、映像振幅を増幅させるための係数である映像振幅ゲインを算出し、ゲイン可変液晶駆動回路１０のゲイン可変増幅回路３に出力する。ゲイン可変増幅回路３においては、入力された映像振幅ゲインに基づい
この結果、入力映像が通常の明るさよりも明るいシーンの映像であった場合に、映像信号のピークレベルの時間的な変化からシーンの明るさの変化を検出し、シーンの明るさの変化に応じて瞬間的に照明灯の出力光を制御し、視覚的に白ピーク輝度を向上させることができる。
したがって、従来のコントラスト向上回路に、白ピーク向上回路５を追加することによって、明るいシーンにおいてピーク輝度を向上させ、暗いシーンにおいて黒浮きを抑えることによってダイナミックレンジを広くとり、さらに消費電力の増加を抑制し得る液晶表示装置を提供することができる。
また、本実施の形態の液晶表示装置では、白ピーク向上回路５は、変化成分検出ブロック５８と、基準信号・映像振幅ゲイン算出ブロック５３と、変化成分検出ブロック５８の出力とバックライト制御信号の基準信号Ａとを加算してバックライト制御信号として出力する加算器５９とから構成される。そして、変化成分検出ブロック５８は、明るさの変化成分を検出して、明るさの変化を強調させるようにバックライト制御信号の補正信号を算出する。また、基準信号・映像振幅ゲイン算出ブロック５３は、バックライト制御信号の基準信号Ａと映像振幅ゲインとを算出する。
したがって、明るいシーンの映像が入力された場合に、ピークレベルが高く変化した場合は瞬間的にバックライト８の明るさを上げ、ピークレベルが低く変化した場合は瞬間的にバックライト８の明るさを下げることによって、明るさの変化を強調し、視覚的に白ピーク輝度が向上する。また、入力映像が明るいシーンであるか通常の明るさのシーンであるかによってバックライト８の制御方法を変えており、暗いレベルでシーンの明るさが変わっても、バックライト８の明るさは瞬間的に変わらないため、暗いシーンでは安定した黒が表示され、黒浮きを抑えることができる。
また、本実施の形態の液晶表示装置では、変化成分検出ブロック５８は、レベル変換回路５４、微分回路６０、輝度適応変換回路７０、及びクリップ回路８０から構成され、入力された映像信号が比較的明るいシーンの映像である場合における、ピークレベルの時間の経過に伴う変化成分を検出し、比較的明るいシーンの映像が入力された場合に映像の明るさの変化を強調するよう、バックライト制御信号の補正信号を算出する。
すなわち、レベル変換回路５４は、光出力制御回路４からの光出力レベル伸長信号Ｌｏｕｔをしきい値で減算し、減算結果の正成分のみを抽出することによって、比較的明るい映像シーンにおける光出力レベル伸長信号Ｌｏｕｔの波形を抽出することができる。
したがって、白ピーク向上回路５において、入力映像が比較的明るいシーンであるか通常の明るさのシーンであるかを判別し、明るいシーンである場合にピークレベルの明るさの変化を強調する処理を施すことができる。
また、微分回路６０は、レベル変換回路５４の出力をある時定数で微分し、比較的明るい映像シーンにおける光出力レベル伸長信号Ｌｏｕｔの変化成分を検出する回路である。また、微分回路６０において、時定数を適切な値に設定することによって、時間の経過に伴うバックライト８の変化が、視覚的に違和感の無くなるように制御する。したがって、白ピーク向上回路５において、入力映像が明るいシーンである場合のピークレベルの変化成分を抽出することができる。また、時定数を適切に設定することによって、時間の経過に伴うバックライト８の変化が視覚的に違和感のないよう設定することができる。
さらに、輝度適応変換回路７０は、微分回路６０から出力されたピークレベルの変化成分に、係数を乗算することによって、バックライト８の変化量が、視覚的に違和感の無くなるように制御する回路である。また、輝度適応変換回路７０においては、変化成分の正成分に対して乗算する係数と、負成分に対して乗算する係数を互いに独立になるよう設定し、シーンが明るく変化した場合の明るさの変化を強調する度合いと、シーンが暗く変化した場合の明るさの変化を強調する度合いそれぞれが視覚的に違和感の無いよう制御し、例えば負成分に対して乗算する係数を０とすることによって、シーンが暗く変わった場合には明るさの変化を強調しないように設定することができる。
また、クリップ回路８０は、バックライト８の制御信号を補正した結果、バックライト８に流れる電流が定格を超えないよう、上限、下限をクリップする回路である。
以上の回路を通すことによって、変化成分検出ブロック５８において、映像の明るさの変化を強調するよう、バックライト制御信号の補正信号を算出する。
したがって、変化成分検出ブロック５８の各具体的回路によって、確実に、比較的明るいシーンの映像が入力された場合に映像の明るさの変化を強調するよう、バックライト制御信号の補正信号を算出することができる。
また、本実施の形態の液晶表示装置では、基準信号・映像振幅ゲイン算出ブロック５３は、波形制限回路５１と映像振幅ゲイン算出回路５２とから構成され、バックライト制御信号の基準信号Ａと、映像振幅ゲインとを算出する。
したがって、バックライト８と映像信号とを制御する信号を算出することができ、出力映像の明るさに違和感が無いようにバックライト８の制御及び映像振幅の制御をすることができる。
すなわち、波形制限回路５１は、光出力制御回路４からの光出力レベル伸長信号Ｌｏｕｔをしきい値Ｌ１にてクリップし、バックライト制御信号の基準信号Ａを算出する回路である。ここで用いるしきい値Ｌ１は、変化成分検出ブロック５８のレベル変換回路５４にて用いたしきい値Ｌ１と同一のものが好ましい。これにより、白ピーク向上回路５において、入力映像が比較的明るいシーンであるか通常の明るさのシーンであるかを判別し、通常のシーンである場合には明るさの変化を強調しないよう制御することによって、暗いシーンにおける黒浮きを抑えることができる。
なお、バックライト制御信号の基準信号Ａとは、映像シーンの明るさの変化を強調する補正分を除いたバックライト制御信号を意味する。
上記映像振幅ゲイン算出回路５２は、バックライト制御信号の基準信号に対応して映像信号を増幅させる係数を算出する回路である。したがって、バックライト制御信号の基準信号に対応して、映像信号の振幅を調整する係数を算出することによって、出力映像の明るさに違和感が無いように映像振幅を制御することができる。
次に、変化成分検出ブロック５８において算出したバックライト制御信号の補正信号と、バックライト制御信号の基準信号Ａとを加算器５９にて加算し、バックライト制御信号を出力し、映像の明るさの変化を強調してピークレベルを向上させるように、バックライト点灯回路６にてバックライト８の制御を行う。また、映像振幅ゲインは、ゲイン可変増幅回路３に入力され、映像信号と映像振幅ゲインとを乗算して映像信号を増幅し、液晶駆動回路７に映像信号を供給する。
以上の方法によって、明るいシーンにおいてはシーンの明るさの変化によりランプの制御信号を調整し、暗いシーンでは黒コントラストを向上させる従来の制御信号を用いることによって、暗いシーンで黒浮きをさせず、明るいシーンで白ピークを向上させることができる。
また、液晶表示装置に表示できる最低輝度は、従来法において白ピーク輝度を向上させない場合の最低輝度と等しく、液晶表示装置に表示できる最高輝度は、従来法において白ピーク輝度を向上させた場合の最高輝度と等しいため、従来法に比べてダイナミックレンジを広く取ることができる。
さらに、従来法において白ピーク輝度を向上させた場合、明るいシーンでは常にピーク輝度を向上させるようにランプを通常以上に明るく点灯させているが、本実施の形態では、映像信号のピークレベルが明るく変化した場合に瞬間的にバックライト８を明るくしているだけであるため、従来法において白ピークを向上させた場合と比べて、消費電力を減らすことができる。
また、本実施の形態の表示装置は、明るさとは、信号形式に係わらず、映像を構成する画素情報から計算される、映像フレームの明るさを示すパラメータを意味する。
したがって、例えば、前記明るさは、明るさを示すパラメータである映像フレーム内の輝度（Ｙ）における最大値、平均値、又は最小値を基準とすることが好ましい。
また、前記明るさは、明るさを示すパラメータであるＲＧＢの値を組み合わせたものを基準とし、映像フレーム内で最も明るい画素の明るさを映像フレームの明るさとすることが好ましい。
さらに、前記明るさは、映像フレーム内で前記明るさを示すパラメータのヒストグラムを作成し、上位から例えば１０％等の所定％に当る画素の明るさとすることが好ましい。
また、前記明るさは、１つの映像フレーム内だけの情報で前記明るさを決定するのではなく、前映像フレームの情報を考慮して決定することが好ましい。
また、通常の明るさと通常の明るさよりも明るいシーンとは、しきい値によって区別されることが好ましい。
〔実施例２〕
本発明の他の実施の形態について図１１及び図１２に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、説明の便宜上、前記の実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
本実施の形態では、液晶表示装置の全体構成例は、前記実施の形態１における図１に示す通りであるが、光出力制御回路４及び白ピーク向上回路５において前述した実施の形態１とは異なる処理を行っている。すなわち、実施の形態１では、図６に示す輝度適応変換回路７０において、係数αｍ＝０にして、負方向への明るさの変化が強調されなくなるような処理を行っていたが、本実施の形態においても同様に、負方向への明るさの変化が強調されなくなるような処理を行うものとなっている。
まず、図１１に、本実施の形態の光出力制御回路１０４及び白ピーク向上回路１０５の構成例を示す。
すなわち、本実施の形態の光出力制御回路１０４では、前記実施の形態１の光出力制御回路４と比較すると、乗算器４１の手前にゲインレベル調整回路１４０が設けられている点が異なっている。
また、白ピーク向上回路１０５では、前記実施の形態１の白ピーク向上回路１０５と比較すると、基準信号・映像振幅ゲイン算出ブロック５３の映像振幅ゲイン算出回路１５０が負成分抽出回路１５１と加算器１５２と除算器１５３とからなっている点が異なっている。
上記の光出力制御回路１０４では、まず、この光出力制御回路１０４に、前記実施の形態１の図１に示す光出力ゲイン算出回路２から出力された光出力ゲイン値Ｇｓが入力される。この光出力ゲイン値Ｇｓはゲインレベル調整回路１４０に入力され、レベル変換された後、乗算器４１において通常ランプ制御信号Ｌ０と乗算される。乗算結果は、レベル伸長器４２に入力されてレベル伸長された後、白ピーク向上回路１０５における波形制限回路５１とレベル変換回路５４とに入力される。
レベル変換回路５４の出力は、微分回路６０にて微分された後、輝度適応変換回路７０に入力される。また、輝度適応変換回路７０の出力は、クリップ回路８０及び映像振幅ゲイン算出回路１５０の負成分抽出回路１５１にそれぞれ入力される。
上記クリップ回路８０の出力は、加算器５９において波形制限回路５１の出力と加算され、バックライト制御信号として出力される。また、負成分抽出回路１５１の出力は、加算器１５２において波形制限回路５１の出力と加算され、除算器１５３を通った後、映像振幅ゲインとして出力される。
以下に、上記光出力制御回路１０４及び白ピーク向上回路１０５の動作について、詳細に説明する。
まず、光出力制御回路１０４に入力された光出力ゲイン値は、ゲインレベル調整回路１４０においてレベル変換される。ここでゲインレベル調整回路１４０は、図１に示す光出力ゲイン算出回路２にて算出した光出力ゲイン値Ｇｓを１に近づけるような値に修正する回路であり、αは０＜α＜１．０を満たす係数である。
なお、乗算器４１、レベル伸長器４２、レベル変換回路５４、微分回路６０、輝度適応変換回路７０、及びクリップ回路８０は、前記図２のものとそれぞれ同じものであるため、説明は省略する。
映像振幅ゲイン算出回路１５０の負成分抽出回路１５１では、輝度適応変換回路７０の出力の正成分をクリップする。この負成分抽出回路１５１の出力は加算器１５２にて波形制限回路５１の出力と加算された後、除算器１５３に入力される。除算器１５３において、しきい値Ｌ１を加算器１５２の加算結果で除算し、映像振幅ゲインを出力する。なお、しきい値Ｌ１を加算器１５２の加算結果で除算するのは、加算器１５２の加算結果をしきい値Ｌ１で除算してその逆数をとるためである。この結果、上記の各回路からの出力は、図１２（ａ）〜図１２（ｄ）として表される。
このように、本実施の形態の液晶表示装置では、白ピーク向上回路１０５の変化成分検出ブロック５８において、微分回路６０から出力されたピークレベルの変化成分の振幅を調整することによって、明るさの変化を強調して瞬間的にバックライト８の明るさを変える処理において、ピークレベルが明るく変化したときには明るさの変化量に違和感が無く、また、ピークレベルが暗く変化したときには、バックライト８が瞬間的に暗くなった分だけ映像振幅を瞬間的に増幅することにより、ピークレベルが変化しても瞬間的に画面が暗くならないように制御することができる。
したがって、白ピーク向上回路１０５において、微分回路６０から出力されたピークレベルの変化成分の正成分と負成分との各振幅をそれぞれ独立してレベル変換することによって、明るさの変化を強調して瞬間的にバックライト８の明るさを変える処理において、明るさの変化量に違和感が無くなるよう設定することができる。
また、本実施の形態の液晶表示装置では、バックライト８の制御信号と輝度適応変換回路７０の出力の負成分との加算結果に対応して、映像信号の振幅を調整するために適切な係数を算出することによって、出力映像の明るさに違和感が無いように映像振幅を調制御することができる。また、前記算出された係数は、ピークレベルが暗く変化した場合には明るさの変化を強調しないように映像振幅を制御することができる。
なお、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的手段に含まれる。
また、発明を実施するための最良の形態の項においてなした具体的な実施態様または実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の精神と次に記載する特許請求の範囲内で、いろいろと変更して実施することができるものである。
産業上の利用の可能性
本発明は、明るいシーンにおいてピーク輝度を向上させ、暗いシーンにおいて黒浮きを抑えることによってダイナミックレンジを広くとり、さらに消費電力の増加を抑制し得る表示装置を提供する。
したがって、例えば、液晶表示装置、投射型の液晶プロジェクタ等の表示装置に適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明における液晶表示装置の実施の一形態を示すブロック図である。
図２は、上記液晶表示装置の光出力制御回路及び白ピーク向上回路における処理のブロック図である。
図３（ａ）〜図３（ｉ）は、上記光出力制御回路及び白ピーク向上回路において、光出力制御信号の波形がどのように変わるかを示す波形図である。
図４は、上記白ピーク向上回路における微分回路の構成を示すブロック図である。
図５（ａ）は白ピーク向上回路におけるレベル変換回路の出力を示す波形図であり、図５（ｂ）は白ピーク向上回路における微分回路の出力を示す波形図である。
図６は、上記白ピーク向上回路における輝度適応変換回路の構成を示すブロック図である。
図７（ａ）は白ピーク向上回路における微分回路の出力を示す波形図であり、図７（ｂ）は正成分を示す出力を示す波形図であり、図７（ｃ）は負成分を示す出力を示す波形図であり、図７（ｄ）は輝度適応変換回路の出力を示す波形図である。
図８は、上記白ピーク向上回路におけるクリップ回路の構成を示すブロック図である。
図９（ａ）は白ピーク向上回路における輝度適応変換回路の出力を示す波形図であり、図９（ｂ）は白ピーク向上回路におけるクリップ回路の出力を示す波形図である。
図１０（ａ）〜図１０（ｉ）は、本発明における液晶表示装置の他の実施の形態を示すものであり、光出力制御回路及び白ピーク向上回路において、光出力制御信号の波形がどのように変わるかを示す波形図である。
図１１は、上記液晶表示装置の他の実施の形態を示すものであり、光出力制御回路及び白ピーク向上回路における処理のブロック図である。
図１２（ａ）は光出力制御信号を示す波形図であり、図１２（ｂ）は映像振幅ゲインを示す出力を示す波形図であり、図１２（ｃ）は入力した映像信号のピークレベルを示す波形図であり、図１２（ｄ）は出力した映像信号のピークレベルを示す波形図である。
図１３は、従来の液晶表示装置の白ピーク向上回路を示すブロック図である。

Claims (15)

  1. 表示パネルと、
    入力された映像信号に可変係数を乗算することにより増幅映像信号を求めて上記表示パネルを駆動する係数可変駆動手段と、
    上記表示パネルを照明するランプをランプ制御信号に基いて点灯させる点灯手段と、
    上記ランプを点灯させるための予め設定した光出力レベルを、入力される映像信号から求まる光出力ゲイン及びランプの出力ピーク値に基いて伸張して光出力レベル伸長信号を出力するレベル伸張信号算出手段と、
    上記光出力レベル伸長信号を入力するとともに、通常の明るさよりも明るいシーンではシーンの明るさの変化に応じて白ピーク輝度を向上させるように調整したランプ制御信号を点灯手段に出力する一方、通常の明るさのシーンでは映像信号の振幅を調整するための映像振幅ゲインを算出してゲイン可変駆動手段に係数として出力する白ピーク向上手段とを含んでいることを特徴とする表示装置。
  2. 前記係数可変駆動手段は、
    前記白ピーク向上手段にて算出された係数としての映像振幅ゲインと前記入力された映像信号とを乗算して映像振幅を増幅し、駆動手段に出力するゲイン可変増幅手段と、
    上記増幅された映像振幅に基いて表示パネルを駆動する駆動手段とを含んでいることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
  3. 前記レベル伸張信号算出手段は、
    入力された映像信号から一定期間毎のピークレベルを検出するピークレベル検出手段と、
    上記ピークレベル検出手段にて検出されたピークレベルから光出力ゲインを算出して出力する光出力ゲイン算出手段と、
    上記光出力ゲイン算出手段にて出力された光出力ゲインと前記ランプを点灯させるための予め設定した光出力レベルとの積の最大値が、上記ランプのピーク値と一致するように光出力レベル伸長信号を出力する光出力制御手段とを含んでいることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
  4. 前記白ピーク向上手段は、
    明るさの変化成分を検出して、明るさの変化を強調させるようにランプ制御信号の補正信号を算出する変化成分検出ブロックと、
    前記ランプ制御信号の基準信号と前記映像振幅ゲインとを算出する基準信号・映像振幅ゲイン算出ブロックと、
    上記変化成分検出ブロックの出力と上記ランプ制御信号の基準信号とを加算して上記ランプ制御信号として出力する加算手段とを含んでいることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
  5. 前記変化成分検出ブロックは、
    前記光出力制御手段から出力される光出力レベル伸長信号から予め設定したしきい値を減算し、減算結果の正成分を出力するレベル変換回路と、
    上記レベル変換回路の出力信号をある時定数で微分する微分回路と、
    上記微分回路からの出力に対し、正成分又は負成分に応じて、それぞれ予め設定した係数を乗算して、点灯手段の光量を制御する信号を算出する輝度適応変換回路と、
    上記輝度適応変換回路の出力における変化成分の上限をクリップすることによって、ランプ制御信号がランプのピークを越えた信号を出力しないようにするクリップ回路とを含んでいることを特徴とする請求項４記載の表示装置。
  6. 前記基準信号・映像振幅ゲイン算出ブロックは、
    前記光出力制御手段から出力される光出力レベル伸長信号を予め設定したしきい値にてクリップし、ランプ制御信号の基準信号として出力する波形制限回路と、
    上記波形制限回路の出力信号を正規化し、逆数を取ることにより、映像振幅ゲインを算出する映像振幅ゲイン算出回路とを含んでいることを特徴とする請求項４記載の表示装置。
  7. 前記波形制限回路は、
    前記レベル変換回路のしきい値と同一のしきい値にて光出力レベル伸長信号をクリップすることを特徴とする請求項６記載の表示装置。
  8. 前記変化成分検出ブロックは、
    前記光出力制御手段から出力される光出力レベル伸長信号から予め設定したしきい値を減算し、減算結果の正成分を出力するレベル変換回路と、
    上記レベル変換回路の出力信号をある時定数で微分する微分回路と、
    上記微分回路からの出力に対し、正成分に予め設定した係数を乗算し、負成分をクリップすることにより、点灯手段の光量を制御する信号を算出する輝度適応変換回路と、
    上記輝度適応変換回路の出力における変化成分の上限をクリップすることによって、ランプ制御信号がランプのピークを越えた信号を出力しないようにするクリップ回路とを含んでいることを特徴とする請求項４記載の表示装置。
  9. 前記基準信号・映像振幅ゲイン算出ブロックは、
    前記光出力制御手段から出力される光出力レベル伸長信号を予め設定したしきい値にてクリップし、ランプ制御信号の基準信号として出力する波形制限回路と、
    前記輝度適応変換回路の出力における負成分との加算結果を正規化し、逆数を取ることにより、映像振幅ゲインを算出する映像振幅ゲイン算出回路とを含んでいることを特徴とする請求項５記載の表示装置。
  10. 前記明るさとは、信号形式に係わらず、映像を構成する画素情報から計算される、映像フレームの明るさを示すパラメータを意味することを特徴とする請求項１記載の表示装置。
  11. 前記明るさは、明るさを示すパラメータである映像フレーム内の輝度（Ｙ）における最大値、平均値、又は最小値を基準とすることを特徴とする請求項１０記載の表示装置。
  12. 前記明るさは、明るさを示すパラメータであるＲＧＢの値を組み合わせたものを基準とし、映像フレーム内で最も明るい画素の明るさを映像フレームの明るさとすることを特徴とする請求項１０記載の表示装置。
  13. 前記明るさは、映像フレーム内で前記明るさを示すパラメータのヒストグラムを作成し、上位から所定％に当る画素の明るさとすることを特徴とする請求項１０記載の表示装置。
  14. 前記明るさは、１つの映像フレーム内だけの情報で前記明るさを決定するのではなく、前映像フレームの情報を考慮して決定することを特徴とする請求項１０記載の表示装置。
  15. 通常の明るさと通常の明るさよりも明るいシーンとは、しきい値によって区別されることを特徴とする請求項１０記載の表示装置。
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