WO2013084261A1 - 映像表示装置及びバックライトの制御方法 - Google Patents

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WO2013084261A1
WO2013084261A1 PCT/JP2011/006840 JP2011006840W WO2013084261A1 WO 2013084261 A1 WO2013084261 A1 WO 2013084261A1 JP 2011006840 W JP2011006840 W JP 2011006840W WO 2013084261 A1 WO2013084261 A1 WO 2013084261A1
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area
backlight
video
light
light sources
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PCT/JP2011/006840
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田中　和彦
都留　康隆
佑哉 大木
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日立コンシューマエレクトロニクス株式会社
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    • G09G2330/021—Power management, e.g. power saving

Definitions

  • the present invention relates to an image display device configured to spatially modulate light from a backlight with a liquid crystal panel to form an image, and in particular, to adjust the light emission intensity (light quantity) of a light source of the backlight for each of a plurality of regions.
  • the present invention relates to a video display device capable of individually controlled area control (local dimming).
  • the power consumption of the backlight is the video display device.
  • the power consumption of the backlight is the video display device.
  • reducing the power consumption of the backlight is the key to reducing the power consumption of the entire video display device.
  • the screen is divided into small areas (areas), and light sources corresponding to the respective areas are prepared.
  • a technique called area control or local dimming (hereinafter collectively referred to as “area control”) for controlling the brightness of the backlight for each area by making the emission intensity controllable independently is known.
  • area control the emission intensity of the corresponding light source is determined for each area based on the pixel value in the area (for example, the pixel value having the maximum luminance). By performing this for all areas in the screen, the emission intensity of all light sources is determined. Using these values, each light source is controlled and each pixel value of the input image is corrected.
  • the amplitude of the image signal is increased so that the light amount of the area is increased, and for an area having a dark image, the light amount of the area is decreased and the decrease in the light amount is compensated. Increase.
  • the area control the light emission intensity in the dark video area can be lowered, so that so-called “black float” caused by light leakage from the liquid crystal panel can be reduced, and the contrast can be improved.
  • the power consumption can be reduced as the number of areas constituting the backlight is increased within a range not exceeding the number of pixels of the liquid crystal panel.
  • a circuit for lighting each light source in accordance with a specified dimming value that is, a backlight driving circuit is required. For this reason, when the number of areas to be controlled is increased, the circuit scale and the number of backlight drive circuits are increased accordingly, and the product cost is increased accordingly.
  • the product cost and the power saving effect by area control are in a trade-off relationship, and in order to provide an inexpensive video display device, it is necessary to reduce the number of areas when performing area control. If the number of areas is reduced, the product cost can be reduced, but there is a problem that the power saving effect cannot be increased so much.
  • the present invention has been made in view of the above problems of the prior art.
  • the present invention provides a technique for enabling power saving and / or high image quality while suppressing an increase in cost in a display device including a backlight capable of area control.
  • the backlight for irradiating light from the back side of the liquid crystal panel is divided into a plurality of areas, and the light amount of the light source corresponding to each area is individually controlled according to the video signal of each area.
  • the boundary position of the area is changed in units of video frames.
  • the circuit scale of the backlight drive circuit can be kept substantially equal to the case where the present invention is not applied.
  • the effective number of areas can be increased without increasing the number of areas per frame, power saving and / or high image quality can be achieved while suppressing an increase in cost.
  • FIG. 1 is a block diagram of a video display apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • Figure showing a configuration example of a liquid crystal module The figure which shows an example of the cross section of a liquid crystal module The figure which shows the example of the area division
  • the figure which shows the example of the backlight lighting pattern which concerns on 1st Example The figure which shows an example of the area division
  • the video display apparatus includes a liquid crystal module 5 including a liquid crystal panel 5 and a backlight module 3 including a plurality of light sources for irradiating the liquid crystal panel 5 with light, and a timing signal (for example, horizontal / Vertical synchronization signal) 10 and video signal 11 are inputted, and a light control value 12 for controlling the light emission intensity (light quantity) of the light source of the backlight module 3 and a corrected video signal 16 for driving the liquid crystal panel 5 are supplied.
  • a timing signal for example, horizontal / Vertical synchronization signal
  • a light control value 12 for controlling the light emission intensity (light quantity) of the light source of the backlight module 3 and a corrected video signal 16 for driving the liquid crystal panel 5 are supplied.
  • the area control circuit 1 that generates and outputs, the backlight drive circuit 2 that drives the light source of the backlight module 3 based on the dimming value 12 from the area control circuit 1, and the corrected video signal 16 from the area control circuit 1 And a liquid crystal panel driving circuit 4 for driving the liquid crystal panel 5.
  • the area control circuit 1 is composed of, for example, an IC and analyzes the input video 11 to calculate a dimming value 12 for controlling the light emission intensity of a plurality of light sources (for example, LEDs) included in the backlight module 3.
  • the dimming value determination circuit 20 is generated.
  • the light irradiation surface of the backlight module 3 is divided into a plurality of regions (areas) in a matrix, and each area is provided with one or a plurality of light sources. .
  • the dimming value determination circuit 20 determines the dimming value 20 for each area based on the video signal 11 supplied to the display area of the liquid crystal panel 5 corresponding to each area.
  • the light emission intensity of the light source corresponding to the area is set to the maximum (for example, 100% light emission output), and the maximum luminance is obtained.
  • the light emission intensity of the light source corresponding to the area is set to half the maximum light emission output.
  • the dimming value 12 generated by the area control circuit 1 is supplied to, for example, a backlight driving circuit 2 configured by one or a plurality of ICs different from the area control circuit 1.
  • the backlight drive circuit 2 generates a light source drive signal (for example, a PWM signal) corresponding to the magnitude or level of the dimming value 12 from the area control circuit 1 and supplies it to a plurality of light sources in the backlight module 3.
  • a light source drive signal for example, a PWM signal
  • the duty of the PWM signal becomes large, and when it has a small level, the duty of the PWM signal becomes small.
  • the light source corresponding to each area of the backlight module 3 is adaptively dimmed by the luminance of the video signal 11 of each area.
  • the area control circuit 1 includes a video correction circuit 24 for correcting the video signal 11 based on the light control value determined by the light control value determination circuit 20.
  • the video correction circuit 24 performs a video correction process on the video signal 11 to cancel out the dimming due to the dimming of the backlight, thereby generating a corrected video signal 16.
  • the video correction processing for canceling the dimming amount includes, for example, an object having half the maximum luminance in the display area of the liquid crystal panel 5 corresponding to a certain area, and the light source corresponding to the area. This is a process of amplifying the amplitude of the video signal and doubling the transmittance of the liquid crystal panel 5 when the emission intensity is half of the maximum emission output. As a result, when the light emission intensity of the light source is reduced, the brightness of the video is reduced. The reduction is compensated by amplifying the video signal, and the video with the desired brightness of the input video signal 11 is obtained. Can be expressed.
  • the amplification process of the video signal 11 by the video correction circuit 24 is performed based on the correction magnification 15 indicating the amplification degree of the video signal.
  • the correction magnification 15 is calculated based on the spatial distribution of the backlight dimming rate 25 calculated by the backlight luminance distribution prediction circuit 21 using the dimming value 12 from the dimming value determination circuit 20. It is determined by the circuit 22.
  • the corrected video signal 16 corrected by the video correction circuit 24 is input to the liquid crystal panel drive circuit 4.
  • the liquid crystal panel drive circuit 4 drives each pixel of the liquid crystal panel 5 in accordance with the input corrected video signal 16 (controls the transmittance of each pixel).
  • the area control circuit 1 is based on a timing signal 10 such as a horizontal / vertical synchronization signal, and an even / odd signal 18 used to change the boundary position of the area described later, and a timing control signal to each part such as the liquid crystal panel drive circuit 4 Is provided with a timing generation circuit 29.
  • a timing signal 10 such as a horizontal / vertical synchronization signal
  • an even / odd signal 18 used to change the boundary position of the area described later
  • a timing control signal to each part such as the liquid crystal panel drive circuit 4 Is provided with a timing generation circuit 29.
  • the liquid crystal module 9 is configured by stacking the backlight module 3 and the liquid crystal panel 5 as shown in FIG.
  • FIG. 3 shows a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
  • the liquid crystal module 9 includes a liquid crystal panel 5 that changes the transmittance of each pixel in accordance with the input corrected video signal 16, and a backlight module 3 for irradiating the liquid crystal panel 5 with light.
  • the backlight module 3 is disposed on the back side of the liquid crystal panel 5 (on the opposite side of the video viewing side) and overlapped with the liquid crystal panel 5.
  • the backlight module 3 includes an LED 301 as a light source, a plurality of the LEDs 301 arranged in a two-dimensional array, an LED substrate 310 for supplying current to the LED 301, and an optical sheet group arranged on the light emitting side of the LED 301. 320 or the like.
  • Light emitted from the LED 301 is irradiated to the liquid crystal panel 5 through the optical sheet group 320.
  • the optical sheet group 320 includes a diffusion sheet, a prism sheet, and / or a brightness enhancement film, and the like, diffuses the light emitted from the LED 301 and increases the amount of light in the direction toward the liquid crystal panel 5. It has a function. Thereby, the spatial uniformity of light irradiated to the liquid crystal panel 5 and the utilization efficiency of light are improved.
  • a backlight having a light source arranged directly under the liquid crystal panel 5 is called a direct type, but the present invention is not limited to a direct type backlight.
  • the present invention can be applied to other types of backlights such as edge light type and tandem type backlights using a light guide plate for converting a point light source such as an LED into a surface light source.
  • the light source of the backlight module is a combination of a predetermined number (for example, 2 to 4) of light sources whose emission intensity is controlled by the same dimming value. It is divided (grouped) into light source groups to be configured, and driven and controlled in units of the light source groups. Each light source group corresponds to an area when performing area control. More precisely, a range irradiated by a plurality of LEDs belonging to one light source group corresponds to one area, and when obtaining a maximum pixel value of a video signal in an area described later, a plurality of LEDs belonging to one light source group are used. The maximum pixel value is obtained from the video signal supplied to the range of the irradiated liquid crystal panel.
  • the present embodiment is characterized in that the grouping of a large number of LEDs 301 in the backlight module 3 is changed at a predetermined cycle.
  • FIG. 1 for realizing area control based on the configuration of FIG. 4A in which the area boundary is constant regardless of time will be described.
  • Each component will be described, and then the operation when the area boundary is dynamically changed will be described with reference to FIGS. 4 (2) and 4 (3).
  • the dimming value determination circuit 20 is a circuit that analyzes the input video signal 11 and determines the light emission intensity of the light source in each area.
  • the light emission intensity determined here is output to the backlight drive circuit 2 as a dimming value 12.
  • the maximum pixel value among the pixels belonging to the display area of the display panel 5 corresponding to each area is obtained and stored in a memory (not shown) in advance.
  • the dimming value 12 corresponding to the maximum pixel value is obtained by referring to the stored pixel value-dimming value conversion table.
  • the present invention is not limited to this calculation method, and other calculation methods may be used. Also, various methods can be employed for obtaining the maximum pixel value of each area.
  • a pixel value histogram indicating the frequency of appearance of a pixel for each pixel value is generated, pixels belonging to the top 1 to 3% of pixel values are deleted from the pixel value histogram, and the maximum pixel value is obtained from the remaining pixels. Also good.
  • the boundary position of the area is defined as shown in FIG. Of the two LEDs that make up an area and the LEDs that make up the area adjacent to it, choose the objects that are closest to each other, and draw a straight line drawn between them to be equidistant from these two areas. Boundary line.
  • a line obtained by directly projecting the boundary line onto the liquid crystal panel 5 is an area boundary line in the liquid crystal panel 5.
  • the liquid crystal panel 5 is a color liquid crystal panel in which one pixel is composed of RGB sub-pixels, the LED 301 is a white LED, and the video signal is a signal having three RGB components for each pixel.
  • the largest value of the RGB components included in the video signal 11 is set as the representative value of the pixel, and the maximum representative value among the pixels included in each area (display area) of the liquid crystal panel 5 is evaluated for the area. Value.
  • the dimming value can be obtained by referring to the pixel value-dimming value conversion table described above using this evaluation value as an index.
  • the area boundary is defined as shown in FIG. 4 (2), and the dimming value of each area is determined by the maximum value method.
  • a video correction process to be described later is performed using the correction magnification 15 of each pixel position in accordance with the dimming value 12 of each area.
  • the area boundary is defined as shown in FIG. 4 (3), and the dimming value of each area is determined by the maximum value method. Also in this case, as shown in FIG. 1, a video correction process to be described later is performed using the correction magnification 15 of each pixel position in accordance with the dimming value of each area.
  • the light control value 12 is also referred to when calculating a correction magnification (video signal amplification factor) for video correction processing.
  • image correction processing is performed by adjusting the light emission intensity of each light source of the backlight module 3 so that the light emission intensity of the backlight area including a certain pixel position is reduced to 1 / N (N> 1). This is a process of maintaining the apparent brightness by multiplying the transmittance of the liquid crystal element at the position by N times.
  • the backlight luminance distribution prediction circuit 21 In order to calculate the correction magnification, it is necessary to obtain the backlight dimming rate at each pixel position. This is performed by the backlight luminance distribution prediction circuit 21.
  • the product of the backlight luminance distribution when only the light source included in a single area is lit at 100% emission intensity and the dimming value 12 corresponding to that area is used.
  • the product of the backlight luminance distribution when only the light source included in a single area is lit at 100% emission intensity and the dimming value 12 corresponding to that area is used.
  • the luminance distribution after dimming calculating the luminance distribution for all areas, and adding the post-dimming luminance distribution of each area sequentially.
  • the correction magnification calculation circuit 22 is a circuit that calculates a correction magnification 15 necessary for correcting the amount of light reduction in the backlight area at each pixel position (coordinates). For example, the backlight magnification reduction stored in a memory (not shown). With reference to the rate-correction magnification table, the correction magnification 15 corresponding to the backlight dimming rate 25 at each pixel position obtained by the backlight luminance distribution prediction circuit 21 is obtained.
  • the video correction circuit 24 is a circuit that generates and outputs a corrected video signal 16 by multiplying the input video signal 11 and the correction magnification 15 for each pixel. That is, the video correction circuit 24 amplifies the amplitude or level of the video signal 11 using the correction magnification 15.
  • the backlight luminance distribution prediction circuit 21 and the video correction circuit 24 are separate circuits. However, the above operation may be performed as the same circuit, or the backlight luminance distribution prediction circuit 21 Some functions may be provided to the video correction circuit 24.
  • the timing generation circuit 29 is necessary when operating the internal circuit of the area control circuit 1 from the timing signal 10 such as a horizontal synchronization signal, a vertical synchronization signal, a blank, a dot clock, etc. that are input in addition to the input video signal 11. Is a circuit that generates an internal timing signal.
  • FIGS. 4 (2) and 4 (3) Examples of area division at the time of area boundary switching are shown in FIGS. 4 (2) and 4 (3).
  • the LEDs 301 are used by one more row in the horizontal direction than in FIG. That is, when the number of areas in the horizontal direction is 8 and the number of LEDs per area is 2, in FIG. 4 (1), a total of 96 LEDs of 16 horizontal and 6 vertical are used.
  • a total of 102 LEDs of 17 horizontal and 6 vertical are used.
  • even frames and odd frames are alternately displayed.
  • a light source group that is, an area
  • the rightmost row of LEDs is turned off.
  • an odd frame is displayed, as shown in FIG. 4 (3), two LEDs from the right side are grouped together to form a light source group (that is, an area), and the leftmost row of LEDs is turned off.
  • the area boundary position may be switched not every frame but, for example, every two frames.
  • FIGS. 5 and 6 are excerpts of circuits corresponding to the upper left three areas (areas 0 to 2) of FIGS. 4 (2) and 4 (3).
  • the backlight drive circuit 2 connects each LED channel (here, a set of LEDs belonging to one light source group (two in this embodiment)) according to a given dimming value 12.
  • This is a backlight luminance adjusting unit that adjusts the light emission intensity of two LEDs connected to a system including the above-described circuit as one channel.
  • dimming value 12 dimming values corresponding to the light sources in the respective areas may be transmitted in parallel, or may be transmitted in a time division manner using a single path.
  • the transmission method of the dimming value 12 is not limited to these methods.
  • the LED connected to each channel is driven with a constant current by a PWM signal, and the emission intensity of the light source is adjusted by adjusting the duty of the PWM signal.
  • the present invention is not limited to this driving method, and other methods such as a method of changing the current value may be used.
  • the switch group 41 is an aggregate of switches that perform switching of signals by switching elements such as transistors. These switches are switched by an even / odd signal 18 from the timing generation circuit 29.
  • the even / odd signal 18 is a signal for alternately outputting 1 or 0 for each frame.
  • even frames are represented by 1 and odd frames are represented by 0.
  • each light source of the backlight module 3 is driven and controlled by assignment such as LED 301a and 301b by channel 0 of the backlight drive circuit 2, LED 301c and 301d by channel 1, and LEDs 301e and 301f by channel 2. become.
  • the actual area division configuration and area boundary position are configured such that LED 301a and 301b constitute area 0, LED 301c and 301d constitute area 1, LED 301e and 301f constitute area 2, and LED 301b.
  • 301c is the boundary position between area 0 and area 1
  • between LED 301d and 301e is the boundary position between area 1 and area 2.
  • each light source of the backlight module 3 is driven and controlled by the assignment of the LEDs 301b and 301c by the channel 0 of the backlight driving circuit 2 and the LEDs 301d and 301e by the channel 1.
  • the LED 301a is not driven and is turned off.
  • the actual area division configuration and the area boundary position are configured such that LED 301b and 301c are area 0 ′, LEDs 301d and 301e are area 1 ′, and LEDs 301f and 301g are area 2 ′.
  • LED 301b and 301c is the boundary position between area 0 'and area 1'
  • between LED 301d and 301e is the boundary position between area 1 'and area 2'.
  • the position of the area on the backlight or the boundary position of the area is periodically changed in units of frames.
  • one row of LEDs at the left and right ends in the horizontal direction is always in an off state in, for example, an odd frame, and the other row of LEDs is in an off state in an even frame.
  • another system drive channel may be prepared and always lighted.
  • the position of the area or the area of the area is set so that a part of the plurality of light sources belonging to a certain area and a part of the plurality of light sources belonging to another area overlap at least between two consecutive frames. Since the division position (boundary position between areas) is configured to be switched periodically in units of frames, the effective number of control areas can be made larger than the number of channels of the backlight drive circuit. This will be described with reference to FIG.
  • the first two lines show the dimming values of each area in each of the even and odd frames. This can be considered to be almost equivalent to the backlight luminance of each area in each odd-even frame.
  • the third line is a luminance distribution when the backlight luminance is averaged over two even and odd frames. If the frame rate is sufficiently high, this average luminance will be recognized as the actual backlight luminance by human eyes. Actually, these are all two-dimensional data, but in order to make the explanation easier to understand, only one horizontal line is extracted from the two-dimensionally arranged areas and illustrated as one-dimensional data. .
  • FIG. 7 (1) shows a case where only one area (for example, area 1 in FIG. 5 (2)) is turned on with 100% luminance in an even frame and all areas are turned off in an odd frame.
  • the area corresponding to the area that has been lit in the even frame is in a state of being lit with 50% luminance. Therefore, the width of the region that is lit at 100% is equal to 0 area.
  • FIG. 7 (2) shows that only one area (for example, area 1 in FIG. 5 (2)) is lit at 100% luminance in even frames, and only one area (for example, area 1 ′ in FIG. 6 (2)) is also used in odd frames.
  • luminance of 100% is shown. If both are averaged, the area that is lit only in even or odd frames, that is, the area where area 1 and area 1 'do not overlap between frames is lit at 50% brightness, and both even and odd frames are lit. Area, that is, the area where area 1 and area 1 ′ overlap between frames is in a state of being lit with 100% luminance. Therefore, the width of the region illuminated at 100% is 0.5 area.
  • FIG. 7 (3) two areas (for example, area 1 and area 2 in FIG. 5 (2)) are turned on in the even frame, and one area (for example, FIG. 6 (2) in the odd frame is 100%. )
  • Area 1 ′ shows a case where it is lit. In this case, the width of the region that is lit at 100% is equivalent to 1.0 area in which area 1 and area 2 overlap with area 1 'between frames.
  • FIG. 7 (4) shows that two areas, for example, area 1 and area 2 in FIG. 5 (2) are lit at 100% luminance for even frames, and two areas (for example, FIG. 6 (2)) are 100% luminance even for odd frames.
  • the area 1 ′ and the area 2 ′) are turned on.
  • the width of the region that is lit at 100% is 1.5 areas where area 1 and area 2 overlap with area 1 ′ and area 2 ′ between frames. It becomes.
  • the width of the area lit at 100% can be adjusted in increments of 0.5 area. That is, the area control can be performed with a fineness about twice the number of channels that can be controlled by the backlight drive circuit 2.
  • the present embodiment can be applied to display an image having a frame rate of 60 Hz, which is a frame rate of normal television broadcasting.
  • the frame rate is doubled to 120 Hz or 4 times by a known frame rate conversion process. This is particularly useful when displaying an image converted to 240 Hz.
  • the number of LEDs per area is two.
  • the number of LEDs is not limited to this, and may be three, for example.
  • the width of the lighting region can be adjusted in 1/3 increments, and area control can be performed with three times the fineness.
  • the number may be four.
  • the LED grouping may be shifted by one LED for each frame, or by two LEDs. In the former case, it is possible to perform area control with four times the fineness, and in the latter case, it is possible to perform area control with twice the fineness as in the example shown in FIG.
  • the area position or the boundary position of the area is changed at a predetermined time period. Therefore, an area having an effective area number larger than the number of areas that the backlight drive circuit 2 can originally control. Control can be performed. Therefore, according to the present embodiment, the effective number of areas can be increased without increasing the circuit scale and number of backlight driving circuits. It is possible to display an image.
  • the present invention is not limited to this.
  • the area boundary may be moved in the vertical direction.
  • the circuit configuration for realizing this is substantially the same as that shown in FIGS. 5 and 6, and the channel selected by the switch group 41 may be the channel of each LED arranged in the vertical direction.
  • one row of LEDs at the upper end portion or the lower end portion is always turned off or lit in an odd frame or an even frame.
  • the area boundaries are alternately switched between even and odd two frames, but the present embodiment is not limited to switching between two frames.
  • FIG. 9 it is possible to adopt a configuration in which four types of area boundary positions are switched at a cycle of four frames.
  • each area includes four LEDs, and the even / odd signal 18 takes four values from 0 to 3.
  • the dimming value determination circuit 20, the backlight luminance distribution prediction circuit 21, the correction magnification calculation circuit 22, the video correction circuit 24, and the backlight driving circuit 2 are configured to operate according to the above four types of even / odd signals 18.
  • the backlight drive circuit 2 In the switch group 41 the area 10 is configured by selecting a total of four LEDs in the first and second rows and the first and second columns as one light source group.
  • the dimming value determination circuit 20 detects the pixel value of the display area corresponding to the area 10 in the same manner as in the first embodiment, and determines the dimming values 12 of the four LEDs in the area 10 to drive the backlight.
  • the four LEDs are caused to emit light with a light emission intensity corresponding to the dimming value 12 via the circuit 2.
  • the backlight luminance distribution prediction circuit 21, the correction magnification calculation circuit 22, and the video correction circuit 24 calculate the backlight luminance distribution and correction magnification by referring to the dimming value 12, and calculate the area 10 as in the first embodiment.
  • the video signal in the display area corresponding to is corrected.
  • the switch group 41 selects a total of four LEDs in the second and third rows, and the first and second columns as one light source group, and the area 11 Configure.
  • the area 12 is configured by selecting a total of four LEDs in the second and third rows and the first and second columns as one light source group.
  • the even / odd signal 18 is “3” (frame 3)
  • the area 13 is formed by selecting a total of four LEDs in the second and third rows and the second and third columns as one light source group. .
  • the operations of the backlight drive circuit 2, the dimming value determination circuit 20, the luminance distribution prediction circuit 21, the correction magnification calculation circuit 22, and the video correction circuit 24 for each area 11 to 13 are the same as those in the area 10.
  • the width and height of the lighting region can be adjusted in half steps, and the fineness is about four times the number of channels that the backlight drive circuit 2 can control.
  • area control can be performed. Therefore, according to the present embodiment, the area control can be performed more finely.
  • the even / odd signal is switched in units of video frames as shown in FIG. 10A, but this can be switched at a higher speed. That is, in this embodiment, the period for displaying one video frame is divided into two subframes, and the boundary position of the area described above is changed between the subframes. For example, in the first half of the display period of one video frame, for example, the backlight may be turned on at the area boundary position of the even frame described above, and the backlight may be turned on at the area boundary position of the odd frame described above. That is, in this embodiment, the backlight lighting (control) cycle is shorter than one frame cycle of video (in this example, 1/2).
  • the backlight brightness of area 0 necessary for the video display of frame 0 is, for example, 50% of the full lighting (maximum light emission output). This shows a case where the backlight luminance is 80% of full lighting (maximum light emission output), and the desired luminance is realized by pulse width modulation of each light source.
  • the configuration is such that the blinking speed of the LED is faster than the period of the video frame (in this example, twice the speed). This is shown in FIG. In this example, the even / odd signal is changed at twice the speed of one frame of video, and the period of the LED PWM control signal is halved in conjunction with this change. By doing this. It is possible to increase the blinking speed of the LED and make it difficult to see the flicker even when the frame rate of the video is low (for example, 60 Hz).
  • two subframes are assigned to one video frame.
  • the configuration of the third embodiment is applied.
  • the correction magnification calculation process based on the backlight luminance distribution is performed for each frame.
  • a moving image has a high correlation between frames (the luminance distribution of consecutive frames is similar).
  • these processes can be performed for several frames. By doing so, the required computing performance and memory bandwidth may be reduced.
  • FIG. 11 (1) shows the video correction process of the first to fourth embodiments.
  • the backlight luminance distribution 25 and the correction magnification 15 are calculated for each frame and multiplied by the video signal 11, thereby correcting the corrected video.
  • a signal 24 is generated.
  • the average backlight luminance distribution 25a is obtained by averaging the backlight luminance distribution 25 of each frame for several frames (two frames in this example).
  • the necessary processing amount is reduced. Since the calculation processing of the correction magnification tends to increase the required calculation performance as the number of areas constituting the backlight increases, in the backlight unit or the video display device having a large number of divisions, the processing method of this embodiment is This is effective in reducing the circuit scale and power consumption in the circuit portion.
  • the present invention can be applied to an image display apparatus capable of area control in which the light emission intensity of a backlight light source that irradiates light to a liquid crystal panel is individually controlled for each of a plurality of regions.

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Abstract

　エリア制御が可能なバックライトを備えた表示装置において、コストの上昇を抑えつつも省電力化及び／または高画質化を可能とするための技術を提供する。　本発明に係る映像表示装置は、複数のエリアを含むバックライトモジュール(3)と、該バックライトモジュールからの光を入力映像信号に応じて画素毎に変調することにより映像を表示する液晶パネル(5)と、入力映像信号に応じて前記バックライトの各エリアに対応する複数のＬＥＤ(301)の光強度を個別に制御するエリア制御回路(1)とを備えている。そしてエリア制御回路(1)は、バックライトの各エリアの位置またはエリアの境界位置を、例えば１フレーム毎に変更することで実効的なエリア数を増加させることを特徴とする。

Description

映像表示装置及びバックライトの制御方法
　本発明は、バックライトからの光を液晶パネルで空間的に変調して映像を形成するように構成された映像表示装置に関し、特にバックライトの光源の発光強度（光量）を複数の領域毎に個別に制御するエリア制御（ローカルディミング）が可能な映像表示装置に関する。
　バックライトからの光を非自発光の液晶パネルで空間的に変調して映像を形成するように構成された、例えば液晶表示装置のような映像表示装置では、バックライトの消費電力が映像表示装置の消費電力の大半を占めるケースが多い。この場合、バックライトの消費電力削減が映像表示装置全体の消費電力削減の鍵となる。
　バックライトの消費電力を削減するための技術として、例えば特許文献１に記載のように、画面を小さな領域（エリア）に分割し、各エリアと一対一に対応した光源を用意し、各光源の発光強度を独立に制御可能とすることで、エリア毎にバックライトの明るさを制御するエリア制御またはローカルディミング（以下ではこれらを纏めて「エリア制御」と呼ぶことする）と呼ばれる技術が知られている。かかるエリア制御では、エリア毎に、そのエリア中の画素値（例えば最大輝度を持つ画素値）に基づき、対応する光源の発光強度を決定する。これを画面内の全てのエリアに対して行うことで、全光源の発光強度を決定する。これらの値を用いて、各光源を制御すると共に入力画像の各画素値を補正する。例えば、明るい映像（例えば輝点）を有するエリアについてはそのエリアの光量を多くし、暗い映像を有するエリアについてはそのエリアの光量を少なくしつつ該光量減少を補償するように当該映像信号の振幅を増加させる。これにより、映像の明るさを維持したまま消費電力を削減することが可能となる。また、エリア制御では暗い映像エリアの発光強度を低くできるので、液晶パネルからの光漏れによって生じる、いわゆる「黒浮き」を低減でき、コントラストを向上させることができる。
特開２００２－９９２５０号公報
　上述したエリア制御において、エリアの数を増やしていくと、バックライト輝度の空間分布をより細かく制御することができる。すなわちエリア数を増加すると、より多く光量を低減させることができるため、消費電力削減の観点からはエリア数は多いほど有利となる。原理的には、液晶パネルの画素数を上回らない範囲内ではバックライトを構成するエリアの数を増やすほど、消費電力を低減することが可能である。
　各エリアに含まれる光源の発光強度（光量）をエリア毎に独立に調整するためには、それぞれの光源を指定した調光値に応じて点灯させる回路、すなわちバックライト駆動回路が必要である。このため、制御するエリア数を増やすと、それに従ってバックライト駆動回路の回路規模や個数も増加することとなり、これに伴い製品コストも上昇する。
　すなわち、製品コストとエリア制御による省電力効果はトレードオフの関係となり、安価な映像表示装置を提供するためには、エリア制御を行う際のエリア数を少なめにする必要性が生じる。エリア数を少なくすると、製品コストを抑えることはできるが、省電力効果をあまり高めることができないという問題が発生する。
　また、エリア数と黒浮きの関係を見ると、エリア数が多いほど各エリアの面積が狭くなるため、黒浮きが発生する範囲を狭めることができ、コントラスト感が向上する。このため、画質面でも製品コストの間に同様のトレードオフが存在することになる。
　本発明は、上記従来技術の課題に鑑みて為されたものである。そして本発明は、エリア制御が可能なバックライトを備えた表示装置において、コストの上昇を抑えつつも省電力化及び／または高画質化を可能とするための技術を提供するものである。
　本発明は、液晶パネルの背面側から光を照射するためのバックライトを複数のエリアに分割し、各エリアに対応する光源の光量を、各エリアの映像信号に応じて個別に制御するように構成された映像表示装置において、映像のフレーム単位で、エリアの境界位置を変更することを特徴とするものである。
　人間の目には残像効果があり、バックライトの輝度を高速に変化させた場合には、時間方向に平均化された輝度として認識されるため、エリア境界位置を時分割で変化することにより、実効的な制御エリア数を増やすことが可能となる。
　この場合、単一フレーム内で見ると、制御するエリア数は増えていないため、バックライト駆動回路の回路規模は本発明を適用しない場合とほぼ同等に保つことが可能である。
　本発明によれば、１フレーム当たりのエリア数を増加させること無く実効的なエリア数を増やすことができるため、コストの上昇を抑制しつつ省電力化及び／または高画質化が可能となる。
本発明の第１の実施例に係る映像表示装置のブロック図 液晶モジュールの構成例を示す図 液晶モジュールの断面の一例を示す図 第１実施例におけるエリア分割の例を示す図 第１実施例に係る偶数フレームにおける光源制御を示す図 第１実施例に係る奇数フレームにおける光源制御を示す図 第１実施例に係るバックライト点灯パターンの例を示す図 第２実施例におけるエリア分割の一例を示す図 第３実施例におけるエリア分割の一例を示す図 第４実施例における光源駆動の一例を示す図 第５実施例における平均バックライト輝度分布を用いた映像補正の一例を示す図
　以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。尚、各図または各実施例において、同一の構成、機能または作用を有する要素には同じ番号を付し、重複した説明を省略するものとする。
　本発明の第１の実施例について図１を用いて説明する。図１において、本実施例に係る映像表示装置は、液晶パネル５及び該液晶パネル５に光を照射するための複数の光源を含むバックライトモジュール３を含む液晶モジュール９と、タイミング信号（例えば水平／垂直同期信号）１０及び映像信号１１を入力してバックライトモジュール３が有する光源の発光強度（光量）を制御するための調光値１２及び液晶パネル５を駆動するための補正映像信号１６を生成して出力するエリア制御回路１と、エリア制御回路１からの調光値１２に基づきバックライトモジュール３の光源を駆動するバックライト駆動回路２と、エリア制御回路１からの補正映像信号１６に基づき液晶パネル５を駆動する液晶パネル駆動回路４とを備えて構成されている。
　ここで、図１に示した本実施例に係る映像表示装置の構成、動作の概要について説明する。
　エリア制御回路１は、例えばＩＣで構成されており、入力映像１１を解析して、バックライトモジュール３が有する複数個の光源（例えばＬＥＤ）の発光強度を制御するための調光値１２を算出して生成する調光値決定回路２０を有している。ここで、バックライトモジュール３は、後述のようにその光照射面が複数の領域（エリア）にマトリクス状に分割されており、各エリアには１または複数の光源が対応して設けられている。調光値決定回路２０は、各エリアに対応する液晶パネル５の表示領域に供給される映像信号１１に基づき、各エリアの調光値２０を決定する。例えばあるエリアに対応する液晶パネル５の表示領域が最大輝度（白色）を有する物体を含む場合は、当該エリアに対応する光源の発光強度を最大（例えば１００％の発光出力）とし、最大輝度の半分の輝度（例えばグレー）を有する物体を含む場合は、当該エリアに対応する光源の発光強度を最大発光出力の半分とする。
　エリア制御回路１で生成された調光値１２は、例えばエリア制御回路１とは別の１または複数のＩＣで構成されたバックライト駆動回路２に供給される。バックライト駆動回路２は、エリア制御回路１からの調光値１２の大きさ或いはレベルに応じた光源駆動信号（例えばＰＷＭ信号）を生成してバックライトモジュール３内の複数の光源へ供給する。例えば、光源駆動信号は、調光値１２が光源を明るく発光させるように大きなレベルを有する場合はＰＷＭ信号のデューティは大きくなり、小さなレベルを有する場合はＰＷＭ信号のデューティは小さくなる。これにより、バックライトモジュール３の各エリアに対応する光源は、各エリアの映像信号１１の輝度により適応的に調光される。
　さらに、エリア制御回路１は、調光値決定回路２０により決定された調光値に基づいて映像信号１１を補正するための映像補正回路２４を備えている。該映像補正回路２４は、映像信号１１に対して、バックライトを調光することによる減光分を相殺するための映像補正処理を行って補正映像信号１６を生成する。ここで、上記減光分を相殺するための映像補正処理は、例えば、あるエリアに対応する液晶パネル５の表示領域に最大輝度の半分の輝度を有する物体があり、当該エリアに対応する光源の発光強度を最大発光出力の半分とした場合において、当該映像信号の振幅を増幅し、液晶パネル５の透過率を２倍にする処理である。これにより、光源の発光強度を減少させた場合に映像の明るさが低下するが、その低下分を映像信号を増幅することで補償し、入力された映像信号１１が持つ所望の明るさで映像を表現することができる。
　上記映像補正回路２４による映像信号１１の増幅処理は、映像信号の増幅度を示す補正倍率１５に基づいて行われる。この補正倍率１５は、調光値決定回路２０からの調光値１２を用いてバックライト輝度分布予測回路２１で算出されたバックライト減光率２５の空間的な分布に基づいて、補正倍率算出回路２２により求められる。
　映像補正回路２４で補正された補正映像信号１６は、液晶パネル駆動回路4に入力される。液晶パネル駆動回路４は、入力された補正映像信号１６に従って液晶パネル５の各画素を駆動（各画素の透過率を制御）する。
　またエリア制御回路１は、水平／垂直同期信号などのタイミング信号１０に基づき、後述するエリアの境界位置を変更するために用いられる偶奇信号１８と、液晶パネル駆動回路４等各部へのタイミング制御信号を生成するタイミング生成回路２９を備えている。
　それぞれの具体的な処理内容については後述するものとする。
　続いて、本実施例に適用される液晶モジュール９及びバックライトモジュール３の一構成例について図２及び図３を参照して以下に説明する。
　図２に示されるように、液晶モジュール９は、バックライトモジュール３と液晶パネル５が図２のように重ね合わせられて構成される。液晶モジュール９の構造をさらに説明するため、図２のＡ－Ａ断面における断面図を図３に示す。図３に示されるように、液晶モジュール９は、入力された補正映像信号１６に応じて各画素の透過率を変更する液晶パネル５と、液晶パネル５に光を照射するためのバックライトモジュール３とを備えており、バックライトモジュール３は液晶パネル５の背面側（映像観察側の反対側）に配置されて液晶パネル５と重ね合わされている。バックライトモジュール３は、光源としてのＬＥＤ３０１と、該ＬＥＤ３０１が二次元アレイ状に複数個配置され、ＬＥＤ３０１に電流を供給するためのＬＥＤ基板３１０と、ＬＥＤ３０１の光出射側に配置された光学シート群３２０などを有している。ＬＥＤ３０１からの出射光は、光学シート群３２０を介して液晶パネル５に照射される。ここで、光学シート群３２０は、拡散シートやプリズムシート、及び／または輝度向上フィルム等を含んでおり、ＬＥＤ３０１からの出射光を拡散し、かつ液晶パネル５へ向かう方向の光の光量を増加させる機能を有している。これにより、液晶パネル５に照射され光の空間的な均一性及び光の利用効率を向上させている。
　このように、液晶パネル５の直下に光源を配置した構造のバックライトは直下型と呼ばれるが、本発明は直下型のバックライトに限定されるものではない。例えば、ＬＥＤ等の点光源を面光源に変換するための導光板を利用したエッジライト型やタンデム型のバックライトなど他の方式のバックライトにも本発明を適用することが可能である。
　一般に、エリア制御では、図４の（１）に示されるように、バックライトモジュールの光源が同一の調光値により発光強度が制御される所定個数（例えば２～４個）の光源の組合せで構成される光源グループに分割（グルーピング）され、この光源グループ単位で駆動・制御される。それぞれの光源グループがエリア制御を行う際のエリアに対応する。より正確には、１光源グループに属する複数のＬＥＤで照射される範囲が１エリアに対応し、後述するエリア内の映像信号の最大画素値を求める場合は、１光源グループに属する複数のＬＥＤで照射される液晶パネルの範囲に供給される映像信号から最大画素値を求めることとなる。この図の例では、横８個、縦６個、合計４８個のエリアでエリア制御を行うことになる。各エリアには光源としてＬＥＤ３０１が２個ずつ存在しているため、バックライトモジュール３は全体で４８×２＝９６個のＬＥＤ３０１が搭載されていることになる。この図の例では、エリアの境界位置は時間によらず固定されている。
　一方、本実施例では、例えば図４（２）及び（３）に示されるように、各光源グループに含まれる或いは属するＬＥＤ３０１を所定時間（例えば１映像フレームの期間）周期で切り替えることにより、エリア境界を動的に変化させる。換言すれば、本実施例は、バックライトモジュール３における多数のＬＥＤ３０１のグループ分けを、所定の周期で変化させることを特徴とするものである。
　ここでは説明をわかりやすくするため、最初に、エリア境界が時間によらず一定である図４（１）の構成をもとにエリア制御を実現するための図１に示された映像表示装置の各構成要素の説明を行い、その後に図４（２）及び（３）を参照してエリア境界を動的に変化させる場合の動作を説明することとする。
　まず、図４（１）のようにエリア境界位置が固定されている場合について、図１のエリア制御回路１の内部動作を説明する。この場合には、エリア境界位置を切り替える必要が無いため、偶奇信号１８は使用しない。
　調光値決定回路２０は入力された映像信号１１を解析し、各エリアの光源の発光強度を決定する回路である。ここで決定した発光強度は調光値１２としてバックライト駆動回路２へ出力される。調光値１２の算出方法には様々な方法が考えられるが、ここでは、各エリアに対応する表示パネル５の表示領域に属する画素の中で最大の画素値を求め、図示しないメモリ等に予め格納された画素値－調光値変換テーブルを参照することで、最大画素値に対応した調光値１２を求めるものとする。ただし、本発明はこの算出方法に限定されるものではなくで、他の算出方法を用いてもよい。また、各エリアの最大画素値の求め方についても様々な方法を採用することができる。例えば、画素値毎の画素の出現頻度を示す画素値ヒストグラムを生成し、この画素値ヒストグラムから画素値上位１～３％に属する画素を削除し、残りの画素から最大画素値を求めるようにしてもよい。
　ここで、本実施例における各エリアの調光値の決定方法の一例を説明する。調光値の決定処理はさまざまな方法が考えられるが、比較的簡単な方法としては、各エリア内の最大画素成分を元に調光値を決定する方法がある。これを最大値法と呼ぶこととする。この方法を説明するため、まず図３のようにエリアの境界位置を定義する。あるエリアを構成する複数のＬＥＤと、これに隣接するエリアを構成する複数のＬＥＤのうち、互いに最も近い物同士を選び、両者から等距離になるように引いた直線をこれらの２つのエリアの境界線とする。この境界線を液晶パネル５にそのまま投射した線が、液晶パネル５におけるエリアの境界線である。このように定義することで、液晶パネル５を互いにオーバーラップしないエリアに区切ることが可能となる。エリア境界が定まれば、液晶パネル５の各画素の所属するパネル上のエリア（表示領域）が一意に定まることになる。
　続いて、上記のように定義された各エリアに含まれる画素の最大値を算出する構成について説明する。ここで、液晶パネル５がＲＧＢ三原色のサブピクセルで１画素を構成したカラー液晶パネル、ＬＥＤ３０１が白色ＬＥＤ、映像信号が画素毎にＲＧＢの３つの成分を有する信号であるものとする。映像信号１１に含まれるＲＧＢの成分の値のうち最大のものをその画素の代表値とし、液晶パネル５の各エリア（表示領域）に含まれる画素の中で最大の代表値をそのエリアの評価値とする。次に、この評価値をインデックスとして上述した画素値－調光値変換テーブルを参照することで調光値を求めることが出来る。このテーブルの構成方法としては様々な形態が考えられるが、ここでは一例として、液晶パネル５のガンマ値をＧとした場合、「調光値＝（評価値／２５５）＾Ｇ」という式を使うこととする。ここで、各画素成分は８ビット幅で０～２５５の範囲の値を取りうるものとし、「＾」はべき乗を意味するものとする。
　この最大値法を本実施例に適用すると次のようになる。
　まず、偶数フレームではエリア境界を図４（２）のように定義して、最大値法によってそれぞれのエリアの調光値を決定する。この場合、図１に示すように、各エリアの調光値１２に応じて、それぞれの画素位置の補正倍率１５を用いて後述の映像補正処理を行う。
　同様に、奇数フレームではエリア境界を図４（３）のように定義して、最大値法によってそれぞれのエリアの調光値を決定する。この場合も、図１に示すように、各エリアの調光値に応じて、それぞれの画素位置の補正倍率１５を用いて後述の映像補正処理を行う。
　調光値１２は、映像補正処理のための補正倍率（映像信号の増幅率）を算出する際にも参照される。かかる映像補正処理は、バックライトモジュール３の各光源の発光強度を調整することにより、ある画素位置を含むバックライトのエリアの発光強度が１／Ｎ（Ｎ＞１）に下がったとき、その画素位置の液晶素子の透過率をＮ倍することで、見た目の明るさを維持する処理である。補正倍率を算出するためには、それぞれの画素位置のバックライト減光率を求める必要がある。これを行うのが、バックライト輝度分布予測回路２１である。バックライト輝度分布予測回路２１では、単一のエリアに含まれる光源のみを１００％の発光強度で点灯させた時のバックライト輝度分布とそのエリアに対応する調光値１２との積によりエリア毎の調光後輝度分布を算出し、これを全てのエリアについて求め、各エリアの調光後輝度分布を順次加算する所謂畳み込み演算により、全てのエリアをそれぞれの調光値１２に従って点灯させたときのバックライト輝度分布を求める。これを全エリアを１００％の発光強度で点灯させた時のバックライト輝度分布と比較して差分を求めることで、バックライト減光率２５の空間的な分布（つまり各画素毎のバックライト減光率）を得る。補正倍率算出回路２２は、各画素位置（座標）におけるバックライトのエリアの減光量を補正するために必要な補正倍率１５を算出する回路であり、例えば図示しないメモリに格納されたバックライト減光率－補正倍率のテーブルを参照して、上記バックライト輝度分布予測回路２１で求められたそれぞれの画素位置におけるバックライト減光率２５に対応する補正倍率１５を得る。
　映像補正回路２４は入力された映像信号１１と補正倍率１５を画素毎に乗算することにより、補正映像信号１６を生成して出力する回路である。すなわち映像補正回路２４は、補正倍率１５を用いて映像信号１１の振幅或いはレベルを増幅するものである。
　尚、上記の説明においてはバックライト輝度分布予測回路２１と映像補正回路２４とを別の回路としたが、同一の回路として上述の動作を行ってもよいし、バックライト輝度分布予測回路２１の一部の機能を映像補正回路２４に持たせるようにしてもよい。
　タイミング生成回路２９は、入力された映像信号１１に付帯して入力される水平同期信号、垂直同期信号、ブランク、ドットクロック等のタイミング信号１０からエリア制御回路１の内部回路を動作させる際に必要となる内部タイミング信号を生成する回路である。
　次に、本実施例の特徴であるエリアの境界を所定時間周期、例えば映像のフレーム単位で切り替える構成について説明する。エリア境界切り替え時のエリア分割の例を図4（２）及び（３）に示す。この例では、図４（１）に比べて横方向に１列多くＬＥＤ３０１を使用する。すなわち、横方向のエリア数が８で１エリアあたりのＬＥＤ数が２個の場合、図４（１）では横１６個、縦６個の合計９６個のＬＥＤを使用していたが、図４（２）（３）の構成では、横１７個、縦６個の合計１０２個のＬＥＤを使用する。
　映像を表示する場合には、偶数フレームと奇数フレームを交互に表示することになるが、偶数フレームを表示する際には、例えば図４（２）のように各ＬＥＤを左側から２個ずつ組にして光源グループ（すなわちエリア）を構成し、一番右側の１列のＬＥＤを消灯させる。奇数フレームを表示する際には、図４（３）のように各ＬＥＤを右側から２個ずつ組にして光源グループ（すなわちエリア）を構成し、一番左側の１列のＬＥＤを消灯させる。このようにＬＥＤとエリアの対応関係を１フレーム毎に切り替えることで、フレーム毎のエリア境界の位置を切り替えることが可能となる。エリア境界位置の切り替えは、１フレーム毎ではなく例えば２フレーム毎に行ってもよい。
　このエリア境界位置の切り替えを実現するための回路の一例を図５及び６を用いて説明する。
　図５及び６は、図４（２）及び（３）の左上の３エリア（エリア０～２）に相当する回路を抜粋した図である。これらの図に示されるように、バックライト駆動回路２は、与えられた調光値１２応じてＬＥＤの各チャネル（ここでは１光源グループに属するＬＥＤの組（本実施例では２個）が接続された回路を含む系統を１つのチャネルとする）に接続された２つのＬＥＤの発光強度を調整するバックライト輝度調整部である。ここでは調光値１２は各エリアの光源に対応した調光値を並列に伝送しても良いし、単一のパスを用いて時分割で伝送してもよい。調光値１２の伝送方法はこれらの方式に限定されるものではない。
　本実施例では各チャネルに接続されたＬＥＤをＰＷＭ信号により定電流駆動し、当該ＰＷＭ信号のデューディを調整することで光源の発光強度を調整することとする。ただし、本発明はこの駆動方式に限定されるものではなく、他の方法、例えば電流値を変える方式などであってもよい。
　スイッチ群４１は、例えばトランジスタなどのスイッチ素子によって信号の切り替えを行うスイッチの集合体である。これらのスイッチは、タイミング生成回路２９からの偶奇信号１８によって切り替えられる。偶奇信号１８は、１フレーム毎に１または０を交互に出力する信号である。ここでは、偶数フレームを１、奇数フレームを０で表すものとする。
　偶数フレームでは、スイッチ群４１は図５（１）のように接続されている。この場合、バックライト駆動回路２のチャネル０によりＬＥＤ３０１ａ及び３０１ｂが、チャネル１によりＬＥＤ３０１ｃ及び３０１ｄが、チャネル２によりＬＥＤ３０１ｅ及び３０１ｆが、といった割り当てでバックライトモジュール３の各光源が駆動・制御されることになる。この結果、実際のエリア分割の構成及びエリア境界位置は図５（２）に示されるように、ＬＥＤ３０１ａ及び３０１ｂがエリア０、ＬＥＤ３０１ｃ及び３０１ｄがエリア１、ＬＥＤ３０１ｅ及び３０１ｆがエリア２を構成し、ＬＥＤ３０１ｂと３０１ｃとの間がエリア０とエリア１の境界位置となり、ＬＥＤ３０１ｄと３０１ｅとの間がエリア１とエリア２の境界位置となる。
　一方、奇数フレームでは、スイッチ群４１は図６（１）のように接続されている。この場合、バックライト駆動回路２のチャネル０によりＬＥＤ３０１ｂ及び３０１ｃが、チャネル１によりＬＥＤ３０１ｄ及び３０１ｅが、といった割り当てでバックライトモジュール３の各光源が駆動・制御されることになる。このとき、ＬＥＤ３０１ａは駆動されず消灯状態となる。この結果、実際のエリア分割の構成及びエリア境界位置は図６（２）のように、ＬＥＤ３０１ｂ及び３０１ｃがエリア０’、ＬＥＤ３０１ｄ及び３０１ｅがエリア１’、ＬＥＤ３０１ｆ及び３０１ｇがエリア２’を構成し、ＬＥＤ３０１ｂと３０１ｃとの間がエリア０’とエリア１’の境界位置となり、ＬＥＤ３０１ｄと３０１ｅとの間がエリア１’とエリア２’の境界位置となる。
　このように本実施例では、バックライト上のエリアの位置またはエリアの境界位置をフレーム単位で周期的に変更するようにしている。
　この実施例では、ＬＥＤ３０１ａのように、水平方向の左右両端のいずれか一方の１列のＬＥＤが例えば奇数フレームでは常に消灯状態とし、他方の１列のＬＥＤが偶数フレームでは常に消灯状態としているが、もう一系統駆動チャネルを用意して常に点灯させるようにしてもよい。
　このように本実施例では、少なくとも連続する２つのフレーム間で、あるエリアに属する複数の光源の一部と他のエリアに属する複数光源の一部とが重複するようにエリアの位置またはエリアの分割位置（エリア間の境界位置）をフレーム単位で周期的に切り替えるように構成しているので、実効的な制御エリア数をバックライト駆動回路のチャネル数よりも多くすることが可能である。これを図７を用いて説明する。
　図７の（１）～（４）のそれぞれの図において、最初の２行は偶奇それぞれのフレームにおける各エリアの調光値を示している。これは偶奇それぞれのフレームにおける各エリアのバックライト輝度とほぼ等価と考えることができる。３行目は、バックライト輝度を偶奇２フレームで平均した時の輝度分布である。フレームレートが十分に高ければ、人間の目には、この平均輝度が実際のバックライト輝度として認識されることになる。なお実際にはこれらは全て二次元のデータであるが、説明をわかりやすくするため、二次元上に配置されたエリアのうち、横１行分だけを抜粋し、一次元データとして図示している。
　図７（１）は、偶数フレームでは１エリア（例えば図５（２）のエリア１）のみ１００％の輝度で点灯させ、奇数フレームでは全エリア消灯した場合を示している。両者を平均すると、偶数フレームで点灯させていたエリアに相当する領域が、５０％の輝度で点灯している状態となる。よって、１００％で点灯している領域の幅は０エリア分となる。
　図７（２）は、偶数フレームでは１エリア（例えば図５（２）のエリア１）のみ１００％の輝度で点灯させ、奇数フレームでも１エリア（例えば図６（２）のエリア１’）のみ１００％の輝度で点灯させた場合を示している。両者を平均すると、偶数または奇数フレームでのみ点灯している領域、すなわちフレーム間でエリア１とエリア１’が重なっていない領域が５０％の輝度で点灯し、偶数と奇数フレームの両方とも点灯している領域、すなわちフレーム間でエリア１とエリア１’が重なっている領域が１００％の輝度で点灯している状態となる。よって、１００％で点灯している領域の幅は０．５エリア分となる。
　図７（３）は、偶数フレームでは１００％の輝度で２エリア（例えば図５（２）のエリア１及びエリア２）点灯させ、奇数フレームでは１００％の輝度で１エリア（例えば図６（２）のエリア１’）点灯させた場合を示している。この場合、、１００％で点灯している領域の幅は、フレーム間でエリア１及びエリア２とエリア１’とが重なる１．０エリア分となる。
　図７（４）は、偶数フレームでは１００％の輝度で２エリア例えば図５（２）のエリア１及びエリア２点灯させ、奇数フレームでも１００％の輝度で２エリア（例えば図６（２）のエリア１’及びエリア２’）点灯させた場合を示している。図7(2)と同様に考えると、この場合、１００％で点灯している領域の幅は、フレーム間でエリア１及びエリア２とエリア１’及びエリア２’とが重なる１．５エリア分となる。
　このように、それぞれのフレームで点灯させるエリアを適宜選択することで、１００％で点灯している領域の幅を０．５エリア刻みで調整することが可能となる。すなわち、バックライト駆動回路２が制御可能なチャネル数の約２倍の細かさでエリア制御を行うことが可能となる。
　本実施例は、通常のテレビジョン放送のフレームレートである６０Ｈｚのフレームレートを有する映像を表示する場合に適用可能であるが、周知のフレームレート変換処理によりフレームレートを２倍の１２０Ｈｚや４倍の２４０Ｈｚに変換した映像を表示する場合に特に有用である。
　また、上述の実施例では、１エリア当たりのＬＥＤの個数を２つとしたが、これに限られるものではなく、例えば３つとしてもよい。この場合、１フレーム毎にＬＥＤのグループ分けを１ＬＥＤずつずらすことより、点灯領域の幅を１／３刻みで調整することができ、３倍の細かさでエリア制御を行うことが可能となる。当然４つとしてもよく、この場合は、１フレーム毎にＬＥＤのグループ分けを１ＬＥＤずつずらしてもよく、また２ＬＥＤずつずらしてもよい。前者の場合は４倍の細かさでエリア制御を行うことが可能となり、また後者の場合は図７で示した例と同様に２倍の細かさでエリア制御を行うことが可能となる。
　このように、本実施例によれば、エリアの位置或いはエリアの境界位置を所定時間周期で変更しているので、バックライト駆動回路２が本来制御可能なエリア数よりも多い実効エリア数によるエリア制御を行うことが可能となる。従って、本実施例によれば、バックライト駆動回路の回路規模や個数を増やすことなく実効的なエリア数を増加させることができるので、コストの増加を抑制しつつ消費電力の低減し、高画質な映像を表示することが可能なる。
　実施例１では、エリア境界が水平方向に移動する場合を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば図８に示すようにエリア境界を垂直方向に移動する構成とすることも可能である。これを実現するための回路構成は、図５や図６に示したものと略同様であり、スイッチ群４１が選択するチャネルを、垂直方向に並ぶ各ＬＥＤのチャネルとすればよい。本実施例の場合、上端部或いは下端部の１行のＬＥＤが奇数フレームまたは偶数フレームで常に消灯状態か点灯状態となる。
　この実施例でも、実施例１と同様な効果を得ることが可能となる。
　実施例１では、偶奇２フレーム間でエリア境界を交互に切り替えたが、本実施例は２フレーム間の切り替えに限定されるものではない。例えば、図９のように４フレーム周期で４種類のエリア境界位置を切り替える構成とすることも可能である。
　この場合は、各エリアは４個のＬＥＤを含み、偶奇信号１８は０～３の４通りの値を取るようにする。調光値決定回路２０、バックライト輝度分布予測回路２１、補正倍率算出回路２２、映像補正回路２４及びバックライト駆動回路２は、上記4種類の偶奇信号１８に従って動作するように構成する。
　例えば、図９において左上隅部における１～３行目、１～３列目の計９個のＬＥＤに着目すると、偶奇信号１８が「０」、すなわちフレーム０のときは、バックライト駆動回路２のスイッチ群４１は１行目と２行目及び１列目と２列目の計４つのＬＥＤを１つ光源グループとして選択してエリア１０を構成する。このとき、調光値決定回路２０は、エリア１０に対応する表示領域の画素値を実施例１と同様に検出してエリア１０の４個のＬＥＤの調光値１２を決定し、バックライト駆動回路２を介して調光値１２に対応した発光強度で当該４個のＬＥＤを発光させる。またバックライト輝度分布予測回路２１、補正倍率算出回路２２及び映像補正回路２４は、上記調光値１２を参照して実施例１と同様にバックライトの輝度分布、補正倍率を算出してエリア１０に対応する表示領域の映像信号を補正する。
　偶奇信号１８が「１」（フレーム１）のときは、スイッチ群４１は２行目と３行目及び１列目と２列目の計４つのＬＥＤを１つ光源グループとして選択してエリア１１を構成する。また偶奇信号１８が「２」（フレーム２）のときは、２行目と３行目及び１列目と２列目の計４つのＬＥＤを１つ光源グループとして選択してエリア１２を構成し、偶奇信号１８が「３」（フレーム３）のときは、２行目と３行目及び２列目と３列目の計４つのＬＥＤを１つ光源グループとして選択してエリア１３を構成する。各エリア１１～１３に対するバックライト駆動回路２、調光値決定回路２０、輝度分布予測回路２１、補正倍率算出回路２２及び映像補正回路２４の動作はエリア１０の場合と同様である。
　このように構成することによって、この例では、点灯領域の幅と高さをそれぞれ１／２刻みで調整することができ、バックライト駆動回路２が制御可能なチャネル数の約４倍の細かさでエリア制御を行うことが可能となる。よって、本実施例によれば、よりきめ細かくエリア制御を行うことできる。
　上述した実施例１～３では、図１０（１）に示すように偶奇信号を映像のフレーム単位で切り替えていたが、これをさらに高速に切り替えることも可能である。すなわち本実施例では、１つの映像フレームを表示する期間を２つのサブフレームに分割し、各サブフレーム間で上述したエリアの境界位置を変更するようにしてている。例えば、１映像フレームの表示期間の前半を、例えば、上述の偶数フレームによるエリア境界位置でバックライトを点灯させ、後半を上述の奇数フレームによるエリア境界位置でバックライトを点灯させてもよい。つまり本実施例では、バックライトの点灯（制御）周期を映像の１フレーム周期よりも短く（この例では１／２）とするものである。
　図１０（１）の例では、フレーム０の映像表示に必要なエリア０のバックライト輝度が例えば全点灯（最大発光出力）時の５０％であり、フレーム１の映像表示に必要なエリア０のバックライト輝度が全点灯（最大発光出力）時の８０％である場合を示しており、各光源をパルス幅変調することで、所望の輝度を実現している。
　このような制御を行う場合に、フレームレートが低いと、ＬＥＤの明滅がフリッカーとして視認されてしまう可能性がある。本実施例ではこれを軽減するために、ＬＥＤの明滅速度を映像フレームの周期よりも速くする（この例では２倍の速度）構成としている。これを図１０（２）に示す。この例では偶奇信号を映像１フレームの２倍の速度で変化させ、これに連動してＬＥＤのＰＷＭ制御信号の周期を１／２にしている。このようにすることで。ＬＥＤの明滅速度を速め、映像のフレームレートが低い（例えば６０Ｈｚ）場合であってもフリッカーを視認しにくくすることができる。
　この例では、エリアの境界位置の変更を実施例１または２の構成とすることで１映像フレームに２つのサブフレーム（バックライトの点灯周期）を割り当てたが、例えば実施例３の構成を適用することで１映像フレームに４つのサブフレームを割り当てる、つまりバックライトの点灯周期を映像１フレームの１／４とすることも可能である。
　上述の実施例では、バックライト輝度分布に基づく補正倍率の算出処理をフレーム毎に行ったが、動画像はフレーム間の相関が高い（連続したフレームの輝度分布は似ている）ことを利用して、これらの処理を数フレーム分まとめて行うことも可能である。このようにすることで、必要な演算性能やメモリバンド幅を削減できることがある。
　これを図１１を用いて説明する。図１１（１）は、実施例１～４の映像補正過程を示しており、フレーム毎にバックライト輝度分布２５や補正倍率１５を算出し、これを映像信号１１と掛け合わせることで、補正映像信号２４を生成している。
　一方、本実施例による図１１（２）の方式では、各フレームのバックライト輝度分布２５を数フレーム（この例では２フレーム）分平均化することで平均バックライト輝度分布２５ａを求めて、この平均バックライト輝度分布２５ａを元に補正倍率１５を算出することで、必要な処理量を削減している。補正倍率の算出処理は、バックライトを構成するエリア数が多くなるに従い必要な演算性能が増える傾向にあるので、分割数が多いバックライトユニットまたは映像表示装置では、本実施例の処理方式は、回路規模削減や、回路部分の電力削減に有効となる。
　本発明は、液晶パネルへ光を照射するバックライトの光源の発光強度を複数の領域毎に個別に制御するエリア制御が可能な映像表示装置に適用できる。
１：エリア制御回路、２：バックライト駆動回路、３：バックライトモジュール、４：液晶パネル駆動回路、５：液晶パネル、９：液晶モジュール、１０：タイミング信号、１１：タイミング生成回路、１２：調光値、１６：補正映像信号、１８：偶奇信号、２０：調光値決定回路、２１：バックライト輝度分布予測回路、２２：補正倍率算出回路、２４：補正倍率調整回路、２５：バックライト輝度分布、２６：補正倍率、４０：バックライト輝度調整部、４１：スイッチ群、３０１、３０１ａ－ｆ：ＬＥＤ、３１０：ＬＥＤ基板、３２０：光学シート群

Claims (14)

  1. 　複数のエリアを含むバックライトモジュールと、該バックライトモジュールからの光を入力映像信号に応じて画素毎に変調することにより映像を表示する液晶パネルと、入力映像信号に応じて前記バックライトモジュールの各エリアに対応する複数の光源の光強度を個別に制御する制御部とを備えた映像表示装置において、
    　前記制御部は、バックライトモジュールの各エリアの境界位置を所定時間周期で変更することを特徴とする映像表示装置。
  2. 　請求項１に記載の映像表示装置において、前記所定時間周期が映像の１フレーム単位の周期であることを特徴とする映像表示装置。
  3. 　請求項２に記載の映像表示装置において、前記制御部は、各エリアに対応する光源の組み合わせを前記映像の１フレーム単位で変化させることを特徴とする映像表示装置。
  4. 　請求項１に記載の映像表示装置において、前記所定時間周期が映像の１フレームよりも短い周期であるであることを特徴とする映像表示装置。
  5. 　請求項４に記載の映像表示装置において、各エリアを構成する光源の組み合わせを前記映像の１フレーム周期よりも短い周期で変化させることを特徴とする映像表示装置。
  6. 　請求項５に記載の映像表示装置において、前記映像の１フレーム周期よりも短い周期が前記映像１フレームの１／２または１／４の周期であることを特徴とする映像表示装置。
  7. 　請求項２に記載の映像表示装置において、前記制御部は、少なくとも連続する所定時間周期で、あるエリアに属する複数の光源の一部と他のエリアに属する複数光源の一部とが重複するように、前記各エリアの境界位置を変更することを特徴とする映像表示装置。
  8. 　請求項１に記載の映像表示装置において、前記制御部は、前記バックライトから照射される光の空間分布に応じて、前記入力映像信号に対して補正処理を行う映像補正回路を有することを特徴とする映像表示装置。
  9. 　請求項８に記載の映像表示装置において、前記映像補正回路で行われる前記補正処理は、所定時間周期毎のバックライト輝度分布に応じて行われることを特徴とする映像表示装置
  10. 　請求項８に記載の映像表示装置において、前記映像補正回路で行われる前記補正処理は、複数の前記所定時間周期ににおける平均バックライト輝度分布に基づいて行われることを特徴とする映像表示装置。
  11. 　液晶パネルに光を照射するための複数光源を含むエリアを複数備え、各エリアが有する複数の光源の発光強度を、該エリアに対応する液晶パネルの表示領域に供給される映像信号に基づいて個別に制御するバックライトの制御方法において、
    　前記バックライト上の前記各エリアの位置または各エリアの境界位置を、所定時間周期で変更することを特徴とするバックライトの制御方法。
  12. 　請求項１１に記載のバックライトの制御方法において、所定時間周期で前記エリアが有する複数光源の組合わせ、または前記エリアと複数光源との対応関係を変更することにより、前記バックライト上の前記各エリアの位置または各エリアの境界位置を変更することを特徴とするバックライトの制御方法。
  13. 　請求項１１に記載のバックライトの制御方法において、前記各エリアに対応する液晶パネルの表示領域に供給される映像信号の最大値を用いて各エリアの光源の発光強度を制御するようにしたことを特徴とするバックライトの制御方法。
  14. 　液晶パネルに光を照射するための複数の光源を、同一の調光値により発光強度がされる所定個数の光源の組み合わせから成る複数の光源グループにグルーピング、各光源グループ毎に発光強度を制御するバックライトの制御方法において、
    　前記光源グループを構成する前記所定個数の光源の組合せまたは前記光源のグルーピングを、所定時間周期で変更することを特徴とするバックライトの制御方法。
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