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JP4285532B2 - バックライト制御装置、バックライト制御方法、および液晶表示装置 - Google Patents
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バックライト制御装置、バックライト制御方法、および液晶表示装置 Download PDF

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Description

本発明は、バックライト制御装置、バックライト制御方法、および液晶表示装置に関し、特に、斜め方向から見たときの輝度ムラを防止することができるようにするバックライト制御装置、バックライト制御方法、および液晶表示装置に関する。
液晶表示装置（LCD: Liquid crystal display）は、赤色、緑色、および青色の着色がされているカラーフィルタ基板や液晶層などを有する液晶パネルと、その背面側に配置されるバックライトなどにより構成される。
液晶表示装置では、電圧を変化させることにより液晶層の液晶分子のねじれが制御され、液晶分子のねじれに応じて液晶層を透過してきたバックライトの白色光が赤色、緑色、または青色のカラーフィルタを通過することにより赤色、緑色、または青色の光となって、画像が表示される。
なお、以下では、電圧を変化させることにより液晶分子のねじれを制御して光の透過率を変更することを、液晶開口率の制御という。また、光源であるバックライトから出射され、液晶層に入射される光の輝度を「バックライト輝度」と称し、液晶表示装置に表示された画像を視認する視聴者が感じる光の強度である、液晶パネルの前面から出射された光の輝度を「表示輝度」と称する。
従来、液晶表示装置においては、バックライトが液晶パネルの画面全体を均一かつ最大の明るさで照明し、液晶パネルの各画素の液晶開口率のみを制御することによって、画面の各画素において必要な表示輝度を得るような制御が行われていた。従って、例えば、画面全体が暗い場合においても、バックライトは最大のバックライト輝度で発光するので、消費電力が大きい、およびコントラスト比が低いという問題があった。
この問題に対して、例えば、画面を複数の領域に分割し、その分割された領域単位でバックライト輝度を制御することが提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。
このようなバックライト分割制御について、図１乃至図３を参照して説明する。
図１は、液晶表示装置に表示させる原画像P１を示している。原画像P１は、略中央部に楕円形状の最も暗い領域R１があり、領域R１から外周側になるほど徐々に明るい画像となっている。但し、暗い領域R１から外周方向に対する輝度の変化率は図面下方向よりも図面上方向の方が大きい。
図２は、バックライトの構造を簡略化して示した図である。
図２に示されるバックライトでは、点灯領域が、水平方向（横方向）に４分割、垂直方向（縦方向）に６分割されることにより、２４分割されている。
バックライトが原画像P１に対応する発光を行う場合、バックライトは、原画像P１の領域R1の輝度に応じて、網掛けされている２つの領域のバックライト輝度を抑制して点灯する（減光する）。
その結果、図３に示すように、バックライト全体では、図１の原画像P１に対して、点灯領域の略中央部が最も暗く、外周方向にいくに従って均一に明るくなる輝度分布を得ることができる。このように、バックライトの一部を減光することにより、消費電力を低減するとともに、表示輝度のダイナミックレンジを拡大することができる。
なお、点灯領域の分割数は、通常、液晶パネルの画素数よりも少ないので、図１の原画像P１の輝度分布と図３のバックライト輝度分布とが一致することはなく、例えば、図３のＱＱ’線上の画素のように、原画像P１の輝度が一定でもバックライト輝度が異なる画素が多々発生する。ＱＱ’線上の画素に対して、バックライト分割制御では、液晶開口率がバックライト分割制御をしないときのそれよりも大きく、より光を透過するように設定される。このように、液晶開口率をバックライト分割制御しない時の設定から変更することによって、バックライト輝度の抑制した分を補った、いわば液晶開口率制御によって見かけ上発光させた輝度を、液晶補正輝度という。
図４は、バックライト分割制御におけるバックライト輝度と液晶補正輝度の関係を示す概念図である。
バックライト分割制御のバックライト制御部は、所定の領域において同一の表示輝度Ｔ0を実現するために、バックライト輝度分布ＭBLに対して、液晶補正輝度分布ＭCLが逆の分布となるように、液晶開口率を制御する。このとき、液晶開口率をいくつに設定すると液晶補正輝度がどれだけになるかは、図５に示す液晶の透過率特性によって決定される。
なお、通常、液晶の透過率特性は、液晶表示装置の画面を正面から見たときを基準にするので、図５に示す透過率特性も、画面を正面から見たとき（以下、０度の方向ともいう）のものであり、予め評価および決定された特性である。
特開２００４−２１２５０３号公報 特開２００４−２４６１１７号公報
ところで、液晶表示装置の画面に表示された画像を、ユーザは常に正面から見るとは限らないので、斜めから見たときについて考えてみると、液晶には視野角特性があるので、当然ながら、画面を見るときの角度（視野角）によって液晶の透過率特性は異なる。液晶表示装置の正面から水平方向に移動し、画面を４５度の方向から見たときの透過率特性を、図５に示した０度の方向の透過率特性に重ねた図を図６に示す。
図６の横軸は、液晶の透過率を設定する８ビットの設定値である設定階調を表し、縦軸は、所定のバックライト輝度における各設定階調の輝度を表す。また、図７は、図６の０度の方向と４５度の方向の輝度を比較するための、４５度の方向から見たときの輝度を０度の方向から見たときの輝度で除算して得られる、０度と４５度との輝度比を示している。
図６および図７を参照して分かるように、α点より低い設定階調では、０度よりも４５度から見た方が輝度（透過率）が高くなり、１階調変化するごとの輝度比の変化率も大きい。一方、α点より高い設定階調では、逆に４５度よりも０度から見た方が輝度が高くなり、１階調変化するごとの輝度比の変化率は、低階調側よりも小さい。なお、液晶の透過率特性は、VA（Vertical Alignment）、IPS（In-Plane-Switching）などの液晶モードによっても異なるので、図６および図７に示す特性がすべてではない。
図４に示したバックライト輝度と液晶補正輝度の関係は、通常、画面を０度の方向から見たときの液晶の透過率特性を基準に計算されている。そこで、図６に点線で示した４５度の方向の液晶の透過率特性に基づいて、４５度の方向から見た場合の液晶補正輝度分布ＭCL’を求めると、図８に示すようになる。
図８において、液晶補正輝度が最小な画素（バックライト輝度が最大の画素）は、図６および図７において０度と４５度のいずれの方向から見ても輝度差がないα点に対応する画素ｘαであり、そのときのバックライト輝度がＢＬα、液晶補正輝度がＬＣαである。また、画素ｘα以外の画素の設定階調は、α点の設定階調よりも大きい値が設定されているものとする。
この場合、画素ｘα以外の画素では、４５度の液晶補正輝度分布ＭCL’は、０度の液晶補正輝度分布ＭCLよりも低くなる。その結果、４５度の方向から見たときの表示輝度は、太線の点線で示されるように、画素ｘα以外の画素で、液晶補正輝度分布ＭCLと液晶補正輝度分布ＭCL’との差だけ、目標の表示輝度Ｔ0よりも異なる。
即ち、同一の表示輝度Ｔ0となるように制御しているにもかかわらず、ユーザが４５度の方向から画面を見たときには、画素ｘα以外の画素において、バックライト輝度の輝度分布ＭBLに応じた表示輝度の差が発生し、その差の最大値ΔＴと表示輝度Ｔ0との比ΔＴ／Ｔ0が大きい場合には、輝度ムラとして見えるようになる。
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、斜め方向から見たときの輝度ムラを防止することができるようにするものである。
本発明の第１の側面のバックライト制御装置は、液晶表示装置に使用されるバックライトであって、点灯領域が複数のブロックに分割され、分割された前記ブロックそれぞれでバックライト輝度を個別に変えることが可能なバックライトを制御するバックライト制御装置において、隣接する前記ブロックどうしの前記バックライト設定値の比であるバックライト点灯比から１を引いた差の絶対値が第１の値以下となるように、各ブロックの前記バックライト輝度を算出し、算出された前記バックライト輝度となるように前記バックライトを制御するバックライト制御手段を備え、前記バックライト点灯比の臨界値である第１の値は、前記点灯領域上において輝度の差を比較するため予め設定された所定の間隔離れた画素どうしの前記バックライト輝度の比から１を引いた差の絶対値が、第２の値以下であるという条件から算出され、前記所定の間隔離れた画素どうしの前記バックライト輝度の比の臨界値である第２の値は、予め設定された最大隣接輝度比から１を引いた差の絶対値であり、前記最大隣接輝度比は、人間の視覚特性により前記所定の間隔離れた画素どうしの輝度差を認識できないという条件を満たす値である。
前記所定の間隔離れた第１の画素x1と第２の画素x2に対して、前記第１の画素x1のバックライト輝度BLx1と液晶開口率LCx1の乗算値から、前記第２の画素x2のバックライト輝度BLx2と液晶開口率LCx2の乗算値を引いた差を、前記バックライト輝度BLx1と液晶開口率LCx1の乗算値で除算した値の絶対値で求められるエラー率の前記点灯領域内の最大値と、前記人間が前記所定の間隔離れた画素どうしで輝度差があると認識してしまう最低の輝度比である認知可能最低輝度変化レベルとの乗算結果以下となる値とすることができる。
本発明の第１の側面のバックライト制御方法は、液晶表示装置に使用されるバックライトであって、点灯領域が複数のブロックに分割され、分割された前記ブロックそれぞれでバックライト輝度を個別に変えることが可能なバックライトを制御するバックライト制御処理を行うバックライト制御方法において、隣接する前記ブロックどうしの前記バックライトの設定値の比であるバックライト点灯比から１を引いた差の絶対値が第１の値以下となるように、各ブロックの前記バックライト輝度を算出し、算出された前記バックライト輝度となるように前記バックライトを制御するステップを含み、前記バックライト点灯比の臨界値である第１の値は、前記点灯領域上において輝度の差を比較するため予め設定された所定の間隔離れた画素どうしの前記バックライト輝度の比から１を引いた差の絶対値が、第２の値以下であるという条件から算出され、前記所定の間隔離れた画素どうしの前記バックライト輝度の比の臨界値である第２の値は、予め設定された最大隣接輝度比から１を引いた差の絶対値であり、前記最大隣接輝度比は、人間の視覚特性により前記所定の間隔離れた画素どうしの輝度差を認識できないという条件を満たす値である。
本発明の第２の側面の液晶表示装置は、点灯領域が複数のブロックに分割され、分割された前記ブロックそれぞれでバックライト輝度を個別に変えることが可能なバックライトと、隣接する前記ブロックどうしの前記バックライトの設定値の比であるバックライト点灯比から１を引いた差の絶対値が第１の値以下となるように、各ブロックの前記バックライト輝度を算出し、算出された前記バックライト輝度となるように前記バックライトを制御するバックライト制御手段とを備え、前記バックライト点灯比の臨界値である第１の値は、前記点灯領域上において輝度の差を比較するため予め設定された所定の間隔離れた画素どうしの前記バックライト輝度の比から１を引いた差の絶対値が、第２の値以下であるという条件から算出され、前記所定の間隔離れた画素どうしの前記バックライト輝度の比の臨界値である第２の値は、予め設定された最大隣接輝度比から１を引いた差の絶対値であり、前記最大隣接輝度比は、人間の視覚特性により前記所定の間隔離れた画素どうしの輝度差を認識できないという条件を満たす値である。
本発明の第１および第２の側面においては、隣接するブロックどうしのバックライトの設定値の比であるバックライト点灯比から１を引いた差の絶対値が第１の値以下となるように、各ブロックのバックライト輝度が算出され、その算出されたバックライト輝度となるようにバックライトが制御される。ここで、バックライト点灯比の臨界値である第１の値は、点灯領域上において輝度の差を比較するため予め設定された所定の間隔離れた画素どうしのバックライト輝度の比から１を引いた差の絶対値が、第２の値以下であるという条件から算出され、所定の間隔離れた画素どうしのバックライト輝度の比の臨界値である第２の値は、予め設定された最大隣接輝度比から１を引いた差の絶対値であり、最大隣接輝度比は、人間の視覚特性により所定の間隔離れた画素どうしの輝度差を認識できないという条件を満たす値である。
本発明の第１および第２の側面によれば、消費電力を低減するとともに、表示輝度のダイナミックレンジを拡大することができる。
また、本発明の第１および第２の側面によれば、斜め方向から見たときの輝度ムラを防止することができる。
以下に本発明の実施の形態を説明するが、本発明の構成要件と、明細書又は図面に記載の実施の形態との対応関係を例示すると、次のようになる。この記載は、本発明をサポートする実施の形態が、明細書又は図面に記載されていることを確認するためのものである。従って、明細書又は図面中には記載されているが、本発明の構成要件に対応する実施の形態として、ここには記載されていない実施の形態があったとしても、そのことは、その実施の形態が、その構成要件に対応するものではないことを意味するものではない。逆に、実施の形態が構成要件に対応するものとしてここに記載されていたとしても、そのことは、その実施の形態が、その構成要件以外の構成要件には対応しないものであることを意味するものでもない。
本発明の第１の側面のバックライト制御装置は、液晶表示装置に使用されるバックライトであって、点灯領域が複数のブロックに分割され、分割された前記ブロックそれぞれでバックライト輝度を個別に変えることが可能なバックライトを制御するバックライト制御装置（例えば、図９の制御部１３）において、隣接する前記ブロックどうしの前記バックライト設定値の比であるバックライト点灯比から１を引いた差の絶対値が第１の値以下となるように、各ブロックの前記バックライト輝度を算出し、算出された前記バックライト輝度となるように前記バックライトを制御するバックライト制御手段（例えば、図９の光源制御部３２）を備え、前記バックライト点灯比の臨界値である第１の値は、前記点灯領域上において輝度の差を比較するため予め設定された所定の間隔離れた画素どうしの前記バックライト輝度の比から１を引いた差の絶対値が、第２の値以下であるという条件から算出され、前記所定の間隔離れた画素どうしの前記バックライト輝度の比の臨界値である第２の値は、予め設定された最大隣接輝度比から１を引いた差の絶対値であり、前記最大隣接輝度比は、人間の視覚特性により前記所定の間隔離れた画素どうしの輝度差を認識できないという条件を満たす値である。
本発明の第１の側面のバックライト制御方法は、液晶表示装置に使用されるバックライトであって、点灯領域が複数のブロックに分割され、分割された前記ブロックそれぞれでバックライト輝度を個別に変えることが可能なバックライトを制御するバックライト制御処理を行うバックライト制御方法において、隣接する前記ブロックどうしの前記バックライトの設定値の比であるバックライト点灯比から１を引いた差の絶対値が所定の値以下となるように、各ブロックの前記バックライト輝度を算出し（例えば、図１９のステップＳ１３）、算出された前記バックライト輝度となるように前記バックライトを制御する（例えば、図１９のステップＳ１６）ステップを含み、前記バックライト点灯比の臨界値である第１の値は、前記点灯領域上において輝度の差を比較するため予め設定された所定の間隔離れた画素どうしの前記バックライト輝度の比から１を引いた差の絶対値が、第２の値以下であるという条件から算出され、前記所定の間隔離れた画素どうしの前記バックライト輝度の比の臨界値である第２の値は、予め設定された最大隣接輝度比から１を引いた差の絶対値であり、前記最大隣接輝度比は、人間の視覚特性により前記所定の間隔離れた画素どうしの輝度差を認識できないという条件を満たす値である。
以下、図を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図９は、本発明を適用した液晶表示装置の一実施の形態の構成例を示している。
図９の液晶表示装置１は、赤色、緑色、および青色の着色がされているカラーフィルタ基板、液晶層などを有する液晶パネル１１、液晶パネル１１の背面側に配置されるバックライト１２、並びに、液晶パネル１１およびバックライト１２を制御する制御部１３により構成されている。
液晶表示装置１は、入力される画像信号に対応する原画像を所定の表示領域（表示部２１）に表示する。なお、液晶表示装置１に入力される画像信号は、例えば、６０Hzのフレームレートの画像（以下、フィールド画像という）に対応する。
液晶パネル１１は、バックライト１２からの光を透過させる開口部が複数配列されている表示部２１、並びに、表示部２１の開口部それぞれに設けられている図示しないトランジスタ（TFT：Thin Film Transistor）に駆動信号を送出するソースドライバ２２およびゲートドライバ２３により構成されている。
なお、開口部を通過した光は、図示せぬカラーフィルタ基板上に形成されている赤色、緑色、または青色のカラーフィルタによって赤色、緑色、または青色の光に変換される。この赤色、緑色、および青色の光を発する３つの開口部からなる組が表示部２１の１画素に対応し、赤色、緑色、または青色の光を発する各開口部は、画素を構成する副画素となる。
バックライト１２は、表示部２１に対応する点灯領域において白色の光を発する。バックライト１２の点灯領域は複数のブロック（領域）に分割されており、分割された複数のブロックそれぞれについて個別に点灯が制御される。
本実施の形態では、バックライト１２の点灯領域は、水平方向および垂直方向のいずれにおいても２２分割され、全部で４８４ブロックに分割されていることとして説明する。なお、図９においては、紙面の制約上、水平方向に５分割、垂直方向に６分割したバックライト１２の例を示している。
ブロックＡi,jに配置されている光源LTi,jは、例えば、所定の順序で配列された赤色、緑色、および青色の光を発するLED（Light Emitting Diode：発光ダイオード）により構成される。光源LTi,jは、光源制御部３２から供給される制御信号に基づいて、赤色、緑色、および青色の混合により得られる白色の光を発する。
なお、ブロックＡi,jは、バックライト１２の点灯領域を、仕切り板等を用いて物理的に分割したものではなく、光源LTi,jに対応する領域として仮想的に分割したものである。従って、光源LTi,jから出射された光は、図示しない拡散板によって拡散されて、光源LTi,jの前面に配置するブロックＡi,jだけでなく、その周辺のブロックに対しても照射される。
制御部１３は、表示輝度算出部３１、光源制御部３２、および液晶パネル制御部３３により構成される。制御部１３は、液晶パネル１１を制御する液晶パネル制御装置、および、バックライト１２を制御するバックライト制御装置として機能する。
表示輝度算出部３１には、フィールド画像に対応する画像信号が他の装置から供給される。表示輝度算出部３１は、供給された画像信号からフィールド画像の輝度分布を求め、さらにフィールド画像の輝度分布から、ブロックＡi,jで必要な表示輝度PNi,jを算出する。算出された表示輝度PNi,jは、光源制御部３２および液晶パネル制御部３３に供給される。
光源制御部３２は、表示輝度算出部３１から供給されたブロックＡi,jの表示輝度PNi,jから、バックライト輝度BLi,jを決定する。光源制御部３２は、バックライト輝度BLi,jを決定する際、表示部２１の各画素において、自身（画素x1とする）のバックライト輝度BLx1と所定の間隔DSだけ離れた画素x2のバックライト輝度BLx2（≦BLx1）の比（隣接輝度比）ｃ＝BLx1／BLx2（≧１）が最大隣接輝度比Ｃmax以下となるように、バックライト輝度BLi,jを算出し、液晶パネル制御部３３に供給する。
ここで、最大隣接輝度比Ｃmaxは、「最大隣接輝度比Ｃmax ≦ 最大エラー率εmax×認知可能最低輝度変化レベル」という、輝度ムラが、例えば、斜め方向から見るなどしても、ユーザ（人間）の視覚特性で認知できないレベルに抑えるための条件に基づいて算出された値である。
また、「最大エラー率εmax」は、バックライト１２の点灯領域内の上述の画素x1とx2の液晶開口率をそれぞれLCx1およびLCx2としたとき、｜（BLx1×LCx1−BLx2×LCx2）／（BLx1×LCx1）｜で求められるエラー率εの最大値である。「最大エラー率εmax」の要因としては、１）液晶の視野角特性、２）液晶と拡散板との間の間隔による視差、３）演算精度、等があり、それらのうちの最大のものによって「最大エラー率εmax」が支配される。
「認知可能最低輝度変化レベル」は、官能評価によって得られた、ユーザ（人間の目）が輝度に差がある（輝度ムラがある）と認識してしまう輝度比である。人間の視覚などの知覚が刺激値の「差」ではなく「比」で応答することはウェーバーの法則にもあるように自明であり、また、図１０において点線で示されるように、隣接輝度比ｃは、等しい振幅に対し、空間周波数が高くなると比例して増加し、相対感度も、矢印で示される所定の空間周波数の範囲では、空間周波数に比例して増加するので、結局、隣接輝度比ｃは、空間周波数に拠らず、一定の弁別閾を持つことになる。従って、各ブロックによるバックライト輝度の輝度分布がどのような形状をしている場合であっても、「認知可能最低輝度変化レベル」を一定の値として定義することができる。
以上のように、光源制御部３２は、「最大隣接輝度比Ｃmax ≦ 最大エラー率εmax×認知可能最低輝度変化レベル」に基づいて、隣接輝度比ｃが最大隣接輝度比Ｃmax以下であることを満足するようなバックライト輝度BLi,jを算出するが、バックライト１２の制御単位はブロックなので、隣接輝度比ｃが最大隣接輝度比Ｃmax以下の条件を満足する、隣接するブロックどうしの光源設定値の比（隣接ブロック点灯比）ｒの最小値（最小隣接ブロック点灯比）Ｒに換算する必要がある。最大隣接輝度比Ｃmaxから最小隣接ブロック点灯比Ｒの求め方については、図１８を参照して後述するが、光源制御部３２は、隣接輝度比ｃが最大隣接輝度比Ｃmax以下となる最小隣接ブロック点灯比Ｒを求め、最小隣接ブロック点灯比Ｒを満足するようにバックライト輝度BLi,jを算出する。なお、最小隣接ブロック点灯比Ｒ（０＜Ｒ＜１）は、隣接するブロックどうしの表示輝度に大きな差がある場合であっても最低必要な隣接ブロック点灯比であり、隣接するブロックどうしの表示輝度に差がない場合には、隣接ブロック点灯比ｒが最小隣接ブロック点灯比Ｒ以上となることもある（最小隣接ブロック点灯比Ｒ以上となることは構わない）。
そして、光源制御部３２はPAM(Pulse Amplitude Modulation)制御か、または、PWM(Pulse Width Modulation)制御により、算出されたバックライト輝度BLi,jとなるように制御する。このような、最小隣接ブロック点灯比Ｒ以上とするようにバックライト輝度BLi,jを制御することを隣接間制御と呼ぶことにする。本実施の形態では、例えば、間隔DSは7.45mmとし、そのときの最大隣接輝度比Ｃmaxは1.02である。また、Ｃmax＝1.02に対応する最小隣接ブロック点灯比Ｒは、０．８８となる。
液晶パネル制御部３３は、表示輝度算出部３１からの表示輝度PNi,jと光源制御部３２からのバックライト輝度BLi,jに基づいて、表示部２１の各画素の液晶開口率を決定する。そして、液晶パネル制御部３３は、決定された液晶開口率となるように、液晶パネル１１のソースドライバ２２およびゲートドライバ２３に駆動制御信号を供給し、表示部２１の各画素のTFTを駆動制御する。
図１１乃至図１４を参照して、光源制御部３２による隣接間制御についてさらに説明する。
図１１は、１ブロックの光源、例えば、点灯領域の中央のブロックＡ11,11に注目し、その注目ブロックＡ11,11の光源LT11,11を単独で発光させた場合のバックライト輝度の輝度分布（以下、プロファイルともいう）Proを示している。なお、図１１乃至図１４においては、水平方向の一列（ｊ＝１１）のブロックＡi,11についてのみ説明するので、ｊ＝１１の表記は省略する。
図１２に示すように、注目ブロックＡ11の光源LT11を、あるバックライト輝度BL1で発光させるようにすると、隣接間制御では、隣接ブロック点灯比を注目ブロックＡ11の光源LT11に対する設定値を基準（１）として最小隣接ブロック点灯比Ｒに設定するので、その両隣のブロックＡ10およびＡ12は、バックライト輝度（BL1×Ｒ）で発光させる必要があり、ブロックＡ9およびブロックＡ13は、バックライト輝度（BL1×Ｒ2）で発光させる必要がある。従って、図１１に示した光源LT 11 単独でのプロファイルProと最小隣接ブロック点灯比Ｒが決まると、注目ブロックＡ11を中心とする合成プロファイルPro1が必然的に決定される。
そこで、例えば、図１３に示すように、注目ブロックＡ11の表示輝度PN11が、バックライト分割制御を行わず、各ブロックＡi,jにおいて同一の１００％の出力で、液晶開口率を１００％として発光させたときの表示輝度に等しい、バックライト１２が発光することができる最大の表示輝度（以下、適宜、ピーク輝度という）PNPKで、同列のその他のブロックＡ9，Ａ10，Ａ12、およびＡ13の表示輝度PN9，PN10，PN 12 、およびPN 13 が０である場合、光源制御部３２は、図１４に示すように、注目ブロックＡ11の全ての画素がピーク輝度PN PKを満足する合成プロファイルPro2となるように、合成プロファイルPro1をオフセットさせるドライブ倍率Ｋ11を算出すればよい。ここで、ドライブ倍率Ｋ11は、上述のピーク輝度PNPKを基準（１）として決定される値であり、注目ブロックＡ11の周辺のブロックＡ9，Ａ10，Ａ12，Ａ13・・のバックライト輝度を下げて、注目ブロックＡ11の全画素がピーク輝度PNPKを満足するためには、注目ブロックＡ11の設定値を、バックライト分割制御を行わない時よりも大きくする必要があるので、ドライブ倍率Ｋ11は、１（１００％）以上の値となる。但し、点灯領域の全ブロックのドライブ倍率Ｋijが同時に１以上となることはない。
図１５乃至図１７に、具体的な数値例を示す。
図１５は、ブロックＡ11の光源LT11を単独で発光させた場合の実際のプロファイルProを示している。
なお、図１５の縦軸は、ピーク輝度PNPKを基準輝度（PNPK＝１）としたときの相対値で表される相対輝度を表す。また、プロファイルProは、ブロックＡ11を中心として対称な曲線で表されるので、ブロックＡ6乃至Ａ10と反対側（図中右側）のプロファイルの図示は省略されている。
図１５に示すプロファイルProは、バックライト分割制御を行わず、各ブロックＡi,jにおいて同一の１００％の出力で点灯した時に全面均一になるように（バックライト構造を含む）光学的、電流値（PAM）制御、あるいはPWM制御により調整されたプロファイルであり、かつ、そのプロファイルの最大バックライト輝度が、相対輝度で、例えば０．２６となるように予め（バックライト構造を含む）光学的に設計されている。なお、プロファイルProの最大バックライト輝度は、必ずしも０．２６である必要はないが、０．２０以上であることが望ましい。
そして、図１５に示すプロファイルProで発光するバックライト１２の各光源LTi,jを用いて、図１３に示したように、ブロックＡ11の表示輝度PN11がピーク輝度PNPK、水平方向のブロックＡ11以外のｊ列のブロックＡi（ｉ≠１１）の表示輝度PNi（ｉ≠１１）が“０”と算出された場合に、光源制御部３２が隣接間制御を実行したときの、ブロックＡ6乃至Ａ10のプロファイルを図１６に示す。
図１６において、実線の曲線で示されるプロファイルが、隣接間制御を実行したときのブロックＡ6乃至Ａ10のプロファイルを示し、点線の曲線で示されるプロファイルは、隣接間制御を行わずに、ブロックＡ11のドライブ倍率を同様にした場合のプロファイルを示している。このときのドライブ倍率Ｋ11は、１．２５である。
図１６に示した“隣接間制御あり”および“隣接間制御なし”のプロファイルそれぞれについて、隣接輝度比ｃを実際に計算した結果を図１７に示す。
図１７に示されるように、“隣接間制御あり”では、隣接輝度比ｃがブロックＡ6乃至Ａ11のいずれにおいても最大隣接輝度比Ｃmax＝1.02以下となっており、“隣接間制御なし”では、隣接輝度比ｃは、ブロックＡ6乃至Ａ11のほとんどの箇所で最大隣接輝度比Ｃmaxを大きく上回っている。
従って、最小隣接ブロック点灯比Ｒ＝０．８８とすることで、隣接輝度比ｃを最大隣接輝度比Ｃmax以下とするような制御が実現されている。
次に、図１８を参照して、最大隣接輝度比Ｃmaxから最小隣接ブロック点灯比Ｒの求め方について説明する。
上述したように、光源LTi,j単独でのプロファイルProと最小隣接ブロック点灯比Ｒが決まると、合成プロファイルPro1は必然的に決定する。そこで、光源制御部３２は、最小隣接ブロック点灯比Ｒを、複数の値に仮に決定し、決定された複数の値それぞれについての合成プロファイルPro1を求める。そして、光源制御部３２は、求められた複数の合成プロファイルPro1それぞれについて、最大隣接輝度比Ｃmaxを算出する。
複数の値に仮に決定された最小隣接ブロック点灯比Ｒと、そのときの最大隣接輝度比Ｃmaxとを２次元座標系にプロットすると、図１８に示すようになる。図１８のプロット結果によれば、最小隣接ブロック点灯比Ｒ＝０．６０からＲ＝０．９０までの間は、最小隣接ブロック点灯比Ｒと最大隣接輝度比Ｃmaxとの間に線形な相関があるとみなすことができる。そして、その最小隣接ブロック点灯比Ｒ＝０．６０からＲ＝０．９０までの間に、最大隣接輝度比Ｃmax＝1.02となるような最小隣接ブロック点灯比Ｒが存在するので、複数の値に仮に決定された最小隣接ブロック点灯比Ｒと、そのときの最大隣接輝度比Ｃmaxから、最大隣接輝度比Ｃmax＝1.02とするための最小隣接ブロック点灯比Ｒを逆算的に求めることができる。
次に、図１９のフローチャートを参照して、液晶表示装置１の表示制御処理について説明する。
初めに、ステップＳ１１において、表示輝度算出部３１は、他の装置から供給された画像信号を受信する。この画像信号は、１枚のフィールド画像に対応する。
ステップＳ１２において、表示輝度算出部３１は、フィールド画像の輝度分布を求める。また、ステップＳ１２において、表示輝度算出部３１は、フィールド画像の輝度分布から、ブロックＡi,jで必要な表示輝度PNi,jを算出する。算出された表示輝度PNi,jは、光源制御部３２および液晶パネル制御部３３に供給される。
ステップＳ１３において、光源制御部３２は、隣接ブロック点灯比ｒが最小隣接ブロック点灯比Ｒ以上となるように、表示輝度PNi,jからバックライト輝度BLi,jを算出する。
ステップＳ１４において、光源制御部３２は、バックライト輝度BLi,jに基づいてドライブ倍率Ｋi,jを決定する。
ステップＳ１５において、液晶パネル制御部３３は、ブロックＡi,jの各画素について、表示輝度PNi,jと光源制御部３２からのバックライト輝度BLi,jに基づいて、液晶開口率を決定する。
ステップＳ１６において、光源制御部３２は、ブロックＡi,jのドライブ倍率Ｋi,jに基づいて、光源LTi,jのLEDを駆動制御する。
ステップＳ１７において、液晶パネル制御部３３は、液晶パネル１１のソースドライバ２２およびゲートドライバ２３に駆動制御信号を供給し、決定された液晶開口率となるようにブロックＡi,jの各画素のTFTを駆動制御する。
ステップＳ１８において、表示輝度算出部３１は、画像信号が供給されなくなったかを判定する。ステップＳ１８で、画像信号が供給されたと判定された場合、処理はステップＳ１１に戻り、ステップＳ１１乃至Ｓ１８の処理が実行される。これにより、液晶表示装置１は、次のフィールド画像を表示する。
一方、ステップＳ１８で、画像信号が供給されなくなったと判定された場合、処理は終了する。
以上のように、光源制御部３２が隣接間制御を実行し、隣接ブロック点灯比ｒが最小隣接ブロック点灯比Ｒ以上となるバックライト輝度BLi,jで点灯制御することにより、隣接輝度比ｃを最大隣接輝度比Ｃmax以下とすることができるので、液晶表示装置１に表示される画像を視聴するユーザが、画面を斜めから見た場合であっても、輝度ムラを認識することがない。従って、液晶表示装置１によれば、斜め方向から見たときの輝度ムラを防止することができる。
また、制御部１３は、バックライト分割制御を実行するので、バックライト分割制御を行わない場合と比較して、消費電力を低減するとともに、表示輝度のダイナミックレンジを拡大することができることは勿論である。
なお、隣接輝度比ｃを最大隣接輝度比Ｃmax以下とするためには、上述したように、隣接するブロックどうしの光源設定値に所定の制約を持たせることにより実現する以外に、単純に光学系のみによって実現することも可能である。
また、隣接輝度比ｃを最大隣接輝度比Ｃmax以下とする代わりに、または、それに追加して、バックライト１２の点灯領域内の画素x1とx2のバックライト輝度をBLx1およびBLx2、液晶開口率をそれぞれLCx1およびLCx2としたとき、｛（（BLx2−BLx1）／BLx1）／（x1−x2）｝で算出される値を、所定の値（例えば、４±１（％／mm））とする制御を行うようにしてもよい。
なお、隣接ブロック点灯比ｒが最小隣接ブロック点灯比Ｒ以上であるという条件は、隣接ブロック点灯比ｒから１を引いた差の絶対値（｜ｒ−１｜）が所定の値Ｔ１以下であると言い換えることができ、隣接輝度比ｃが最大隣接輝度比Ｃmax以下であるという条件は、隣接輝度比ｃから１を引いた差の絶対値（｜ｃ−１｜）が所定の値Ｔ２以下であると言い換えることができる。値Ｔ１は、最小隣接ブロック点灯比Ｒから１を引いた差の絶対値であり（Ｔ１＝｜Ｒ−１｜）、値Ｔ２は、最大隣接輝度比Ｃmaxから１を引いた差の絶対値である（Ｔ２＝｜Ｃmax−１｜）。
本明細書において、フローチャートに記述されたステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。
本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
バックライト分割制御について説明する図である。 バックライト分割制御について説明する図である。 バックライト分割制御について説明する図である。 バックライト分割制御におけるバックライト輝度と液晶補正輝度の関係を示す概念図である。 ０度の方向の液晶の透過率特性を示す図である。 ０度の方向と４５度の方向の液晶の透過率特性を示す図である。 ０度の方向と４５度の方向の輝度比を示す図である。 ４５度の方向におけるバックライト輝度と液晶補正輝度の関係を説明する図である。 本発明を適用した液晶表示装置の一実施の形態の構成例を示すブロック図である。 人間の視覚の感度について説明する図である。 隣接間制御について説明する図である。 隣接間制御について説明する図である。 隣接間制御について説明する図である。 隣接間制御について説明する図である。 ブロック単独のプロファイルの例を示す図である。 隣接間制御を実行したときの合成プロファイルの例を示す図である。 隣接輝度比の計算結果について示す図である。 最小隣接ブロック点灯比の求め方について説明する図である。 表示制御処理について説明するフローチャートである。
符号の説明
１ 液晶表示装置， １２ バックライト， １３ 制御部， ３１ 表示輝度算出部， ３２ 光源制御部， ３３ 液晶パネル制御部

Claims (4)

  1. 液晶表示装置に使用されるバックライトであって、点灯領域が複数のブロックに分割され、分割された前記ブロックそれぞれでバックライト輝度を個別に変えることが可能なバックライトを制御するバックライト制御装置において、
    隣接する前記ブロックどうしの前記バックライト設定値の比であるバックライト点灯比から１を引いた差の絶対値が第１の値以下となるように、各ブロックの前記バックライト輝度を算出し、算出された前記バックライト輝度となるように前記バックライトを制御するバックライト制御手段を備え、
    前記バックライト点灯比の臨界値である第１の値は、前記点灯領域上において輝度の差を比較するため予め設定された所定の間隔離れた画素どうしの前記バックライト輝度の比から１を引いた差の絶対値が、第２の値以下であるという条件から算出され、
    前記所定の間隔離れた画素どうしの前記バックライト輝度の比の臨界値である第２の値は、予め設定された最大隣接輝度比から１を引いた差の絶対値であり、
    前記最大隣接輝度比は、人間の視覚特性により前記所定の間隔離れた画素どうしの輝度差を認識できないという条件を満たす値である
    バックライト制御装置。
  2. 前記最大隣接輝度比は、前記所定の間隔離れた第１の画素x1と第２の画素x2に対して、前記第１の画素x1のバックライト輝度BLx1と液晶開口率LCx1の乗算値から、前記第２の画素x2のバックライト輝度BLx2と液晶開口率LCx2の乗算値を引いた差を、前記バックライト輝度BLx1と液晶開口率LCx1の乗算値で除算した値の絶対値で求められるエラー率の前記点灯領域内の最大値と、前記人間が前記所定の間隔離れた画素どうしで輝度差があると認識してしまう最低の輝度比である認知可能最低輝度変化レベルとの乗算結果以下となる値である
    請求項１に記載のバックライト制御装置。
  3. 液晶表示装置に使用されるバックライトであって、点灯領域が複数のブロックに分割され、分割された前記ブロックそれぞれでバックライト輝度を個別に変えることが可能なバックライトを制御するバックライト制御処理を行うバックライト制御方法において、
    隣接する前記ブロックどうしの前記バックライトの設定値の比であるバックライト点灯比から１を引いた差の絶対値が第１の値以下となるように、各ブロックの前記バックライト輝度を算出し、算出された前記バックライト輝度となるように前記バックライトを制御するステップを含み、
    前記バックライト点灯比の臨界値である第１の値は、前記点灯領域上において輝度の差を比較するため予め設定された所定の間隔離れた画素どうしの前記バックライト輝度の比から１を引いた差の絶対値が、第２の値以下であるという条件から算出され、
    前記所定の間隔離れた画素どうしの前記バックライト輝度の比の臨界値である第２の値は、予め設定された最大隣接輝度比から１を引いた差の絶対値であり、
    前記最大隣接輝度比は、人間の視覚特性により前記所定の間隔離れた画素どうしの輝度差を認識できないという条件を満たす値である
    バックライト制御方法。
  4. 点灯領域が複数のブロックに分割され、分割された前記ブロックそれぞれでバックライト輝度を個別に変えることが可能なバックライトと、
    隣接する前記ブロックどうしの前記バックライトの設定値の比であるバックライト点灯比から１を引いた差の絶対値が第１の値以下となるように、各ブロックの前記バックライト輝度を算出し、算出された前記バックライト輝度となるように前記バックライトを制御するバックライト制御手段と
    を備え、
    前記バックライト点灯比の臨界値である第１の値は、前記点灯領域上において輝度の差を比較するため予め設定された所定の間隔離れた画素どうしの前記バックライト輝度の比から１を引いた差の絶対値が、第２の値以下であるという条件から算出され、
    前記所定の間隔離れた画素どうしの前記バックライト輝度の比の臨界値である第２の値は、予め設定された最大隣接輝度比から１を引いた差の絶対値であり、
    前記最大隣接輝度比は、人間の視覚特性により前記所定の間隔離れた画素どうしの輝度差を認識できないという条件を満たす値である
    液晶表示装置。
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