JP5205126B2 - 画像表示装置、画像表示方法、及び制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、表示映像の視覚的なコントラストを高めるとともに、消費電力の削減が可能な画像表示装置及び画像表示方法に関する。

近年、液晶表示装置に代表される、光源と、光源からの光強度を変調する光変調素子とを備えた画像表示装置が広く普及している。この画像表示装置では、光変調素子が理想的な変調特性を有していない為に、光変調素子からの光漏れに起因するコントラストの低下が生じていた。また、表示する画像の輝度が全体として低い場合であっても、光源が常時同じ光強度で発光しているため、消費電力が大きいという問題があった。

そのため、入力映像に応じて、光源からの光の輝度変調及び入力映像の各画素の階調の変換、すなわちガンマ変換を合わせて行う方法が複数提案されている。その中で、線順次で画像信号が書き込まれる液晶パネルの書き換えが半分となるタイミングと、面順次で光源の光強度を変更する変更タイミングとを同期させる方法が提案されている（例えば特許文献１）。

しかしながら、上記技術では入力映像によらず、光源の光強度の変更は一定のタイミングで行われる様に制御されていた。そのため、入力映像に応じたダイナミックな光強度の制御が困難であり、視覚的なコントラスト改善効果や消費電力削減効果が制限されていた。また、光強度が急激に大きく変化する変更タイミング時に、ちらつきが発生することが確認されている。
特開２００４−２８７４２０

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、光源の光強度を変更するタイミングを制御することで、バックライトの光強度の変化に伴うちらつきの発生を抑制することで表示映像の品質の向上が可能な画像表示装置及び画像表示方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、光の強度を制御可能な光源と、入力動画像信号の１フレームの画素値に基づいて、フレームごとに前記光源の強度値を決定する光強度決定部と、前記強度値に対応するように前記入力画像信号の各画素値を変換し、表示画像信号の各画素値を求める変換部と、前記表示画像信号の各画素値に応じて、前記光源からの光の透過率又は反射率を変調することで画像を表示する光変調部と、現フレームの前記強度値と前記現フレームの１つ前のフレームの前記強度値との間の変化に応じて、前記光源の光強度を変更する変更タイミングを選択する選択部と、選択された変更タイミングで、前記光強度決定部から得られた強度値に従った強度に前記光源の光強度を変更する制御部と、を具備したことを特徴とする画像表示装置を提供する。

また、表示するフレーム内の複数の領域に対応して設けられ、それぞれ光の強度を制御可能な複数の光源と、入力動画像信号の前記フレームの領域毎の画素値に基づいて、前記光源毎に強度値を決定する複数の光強度決定部と、前記強度値に対応するように前記入力画像信号の各画素値を変換し、表示画像信号を求める変換部と、前記表示画像信号の各画素値に応じて、前記光源からの光の透過率又は反射率を変調することで画像を表示する光変調部と、前記領域の、現フレームの前記強度値と前記現フレームの１つ前のフレームの前記強度値との変化に応じて、前記光源の光強度を変更する変更タイミングを選択する選択部と、前記選択部が求めた前記現フレームの前記強度値と前記１つ前のフレームとの変化に応じて選択された変更タイミングで、前記光強度決定部から得られた強度値に従った強度に前記光源の光強度を変更する制御部と、を具備したことを特徴とする画像表示装置を提供する。

また、入力動画像信号の１フレームの画素値に基づいて、光の強度を制御可能な光源の強度値をフレームごとに決定するステップと、前記強度値に対応するように前記入力画像信号の各画素値を変換し、表示画像信号の各画素値を求めるステップと、現フレームの前記強度値と前記現フレームの１つ前のフレームの前記強度値との間の変化に応じて、前記光源の光強度を変更する変更タイミングを選択するステップと、前記光源からの光の透過率又は反射率を変調することで画像を表示する光変調部に、前記表示画像信号の各画素値に応じた画像を書き込むステップと、 選択された前記変更タイミングで、前記光強度決定部から得られた強度値に従った強度に前記光源の光強度を変更するステップと、を有することを特徴とする画像表示方法を提供する。

本発明によれば、光源の光強度を変更するタイミングを制御することで、光強度の変化に伴うちらつきの発生を抑制することで表示映像の品質の向上が可能となる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係る画像表示装置について詳細に説明する。ここで、互いに同じ部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の画像表示装置の構成を示す図である。

本実施形態の画像表示装置は、制御パラメータ設定部１１０、階調変換部１３０、光源制御部１２０、画像表示部１００を有する。

画像表示部１００は、光源として液晶パネル１０２の背面に設置されたバックライト１０１と、このバックライト１０１からの光を表示画像に応じて変調する素子群が配列された液晶パネル１０２と、を有する液晶デバイスである。ここで表示画像とは、入力画像信号の画素値を階調変換部１３０で変換して得た変換画像である。

入力画像信号の各フレームは、制御パラメータ設定部１１０と階調変換部１３０に入力される。制御パラメータ設定部１１０は、入力画像信号の各フレームの輝度値に基づき、バックライト１０１の発光する光の強度（輝度）を示す信号である光源輝度信号と、入力画像の画素値の階調変換に用いるゲインを出力する。光源輝度信号は、光源制御部１２０に入力され、ゲインは、階調変換部１３０へ入力される。

階調変換部１３０は、ゲインに基づき、入力画像の各画素の画素値（階調）の階調変換を行い、変換画像を表示画像として画像表示部１００に出力する。また、それと共に変換画像が液晶パネル１０２へ書き込まれる開始タイミングに相当する変換画像の出力タイミングに同期したフレームの先頭を示す同期信号を、光源制御部１２０へ出力する。例えば、この同期信号は垂直同期信号などを指す信号である。光源制御部１２０は、光源輝度信号に基づきバックライト１０１の光源輝度を制御するための光源制御信号を、同期信号に対応するタイミングで、バックライト１０１へ出力する。画像表示部１００は、変換画像を液晶パネル１０２に書き込むと共に、光源制御信号に基づいてバックライト１０１を発光させることにより、画像を表示する。

次に各部の動作の詳細を説明する。

（制御パラメータ設定部１１０）
制御パラメータ設定部１１０は、入力画像から、バックライト１０１に設定する光源輝度と、階調変換部１３０が入力画像を変換するためのゲインを求める。まず、制御パラメータ設定部１１０は１フレームの入力画像信号中の画素値から、最大の階調となる画素の階調値Ｌ_ｍａｘを検出する。次に、検出された最大階調Ｌ_ｍａｘを輝度に変換し、１フレームの入力画像信号中の最大輝度ｌ_ｍａｘを式（１）により求める。

γは液晶パネル１０２のガンマ値である。標準的な表示装置ではγ＝２．２で設定されている。なお、輝度は、０から１の相対的な値で表現される。

例として、画素値の階調が８ビット（０階調から２５５階調）で表現される場合について以下説明する。例えば、１フレームの入力画像の画素値のうち最大の階調となる画素の階調が２０２階調である場合、最大輝度は式（１）より約０．６と求まる。すなわち、画像表示部１００は０．６より高い輝度を表示する必要が無いことを意味する。そこで、光源輝度を０．６に設定する。一方、液晶パネル１０２に表示する画像信号は、入力画像に対して光源輝度の低下を補償するような、ゲインを与える必要がある。入力画像に与えるゲインＧは、式（２）により求められる。

光源輝度を０．６に設定する場合、バックライト１０１の光源輝度を１．０と設定し、入力画像をそのまま液晶パネル１０２に書き込んだ場合と同じ輝度の画像を画像表示部１００が表示できるように入力画像の画素値を変換する必要がある。式（２）より、光源輝度を０．６に設定する場合には入力画像に与えるゲインは約１．７と求まる。制御パラメータ設定部１１０は、求めたゲインを階調変換部１３０に出力する。

なお、本実施形態では、式（１）、式（２）を用いて光源輝度及びゲインを算出する構成としたが、例えば、入力画像の最大階調と光源輝度、ゲインの関係を予め求めておき、ルックアップテーブル（以下ＬＵＴと記す）としてＲｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ（以下ＲＯＭと記す）等に保持する構成でもよい。その場合、ＬＵＴを参照することで入力画像の画素値の最大階調に対応する光源輝度、ゲインを求めることができる。

制御パラメータ設定部１１０は、上記の処理により求められた、光源輝度及びゲインを、それぞれ、光源輝度信号及びゲインとして出力する。

（階調変換部１３０）
階調変換部１３０は、入力されたゲインに基づき、入力画像の画素値を変換した、変換画像を液晶パネル１０２へ出力する。

入力画像は式（３）により、その画素値が変換される。

ここで、Ｇは式（２）で求めたゲインＧである。また、Ｌ_ｉｎ（x，ｙ）は、入力画像の水平位置ｘ、垂直位置ｙの画素の画素値の階調を表しており、Ｌ_ｏｕｔ（x，ｙ）は、変換画像の水平位置ｘ、垂直位置ｙの画素の画素値の階調を表している。

前述のように、光源輝度を０．６に設定した場合には式（３）より、L_out（x，ｙ）＝（１／０．６）^{１／２．２}×L_in（x，ｙ）によって変換された画素値が出力される。例えば、入力画像中で最大階調の２０２階調であった画素の画素値は式（３）によって２５５階調に変換される。バックライト１０１からの光の透過率が高くなるような式（２）よるゲインＧを与えた、変換画像を液晶パネル１０２に書き込むことで光源輝度の低下を補償することができる。

以上の処理により求められた変換画像は、液晶パネル１０２を駆動するための水平同期信号や垂直同期信号といった制御信号と共に、液晶パネル１０２へ出力される。

（光源制御部１２０）
光源制御部１２０は、バックライト１０１の輝度の制御を行うための光源制御信号を生成する。以下、図２乃至図４を用いて光源制御信号の生成方法について詳細に説明する。

光源制御信号は、バックライト１０１の輝度及び輝度の変更タイミングを制御するための信号である。光源制御信号に基づきバックライト１０１はその輝度を変更する。入力される光源輝度信号に基づき、光源制御部１２０は光源輝度を変更するタイミングを示す光源輝度変更タイミング信号を決定し、光源制御信号を生成する。

図２は、本実施形態の光源制御部１２０の構成を示す図である。

光源制御部１２０は、第１の変更タイミング信号生成部１２１と、第２の変更タイミング信号生成部１２２と、光源輝度比較部１２４と、光源輝度変更タイミング信号選択部１２５と、光源制御信号生成部１２６とを備える。

階調変換部１３０より出力された同期信号は、第１の光源輝度変更タイミング信号生成部１２１、及び、第２の光源輝度変更タイミング信号生成部１２２に入力される。第１の光源輝度変更タイミング信号生成部１２１は第１光源輝度変更タイミング信号を、第２の光源輝度変更タイミング信号生成部１２２は第２光源輝度変更タイミング信号を生成し出力する。同期信号から、第１光源輝度変更タイミング信号までの期間を第１の期間とする。また、同期信号から第２光源輝度変更タイミング信号までの期間をとする。第１の期間は第２の期間よりも長い期間である。光源輝度が現フレームの前のフレームよりも低下するように変化する場合には第1光源輝度変更タイミング信号と同期したタイミングで光源輝度を変更する。また、光源輝度が現フレームの前のフレームよりも上昇するように変化する場合には第２光源輝度変更タイミング信号と同期したタイミングで光源輝度を変更する。

制御パラメータ設定部１１０で設定された光源輝度信号は、光源輝度比較部１２４、及び、光源制御信号生成部１２６に入力される。光源輝度比較部１２４は、現フレームの光源輝度と前フレームの光源輝度を比較し、選択部１２５へ比較結果に基づく選択信号を出力する。

選択部１２５は、選択信号に基づき、第１光源輝度変更タイミング信号と第２光源輝度変更タイミング信号のいずれかを選択し、光源輝度変更タイミング信号として、光源制御信号生成部１２６へ出力する。現フレームが前フレームよりも光源輝度を明るくするように変更する場合には、第２光源輝度変更タイミング信号を光源輝度変更タイミング信号として選択する。また、現フレームが前フレームよりも光源輝度を暗くするように変更する場合には第１光源輝度変更タイミング信号を光源輝度変更タイミング信号として選択する。

光源制御信号生成部１２６は、光源輝度変更タイミング信号及び光源輝度信号に従い、光源制御信号を生成しバックライト１０１に出力する。

図３及び図４は、本実施形態の画像表示装置が光源輝度を変更するタイミングを示す図である。両図共に、横軸は時間を示す。縦軸は、同期信号及び３つのタイミングに関しては、信号の有無（１又は０）を示す。また、光源輝度信号及び光源制御信号に関しては０から１までの値をとる光源輝度を示す。

また、光源輝度変更タイミング信号は、光源輝度比較部１２４の比較結果に基づき選択された第１光源輝度変更タイミング信号または第２光源輝度変更タイミング信号のどちらかの信号である。光源輝度を変更すべき光源輝度信号が入力された場合には、光源輝度変更タイミング信号が示すタイミングで、光源輝度を変更する。光源輝度の時間変化を示す信号は光源制御信号として生成され、信号に基づきバックライト１０１を制御する。

図３は、第１フレームと第２フレームの間に光源輝度を高く変更する光源輝度信号が入力された場合に、本実施形態の光源制御部１２０が生成する光源制御信号を示す図である。

図３に示すように、同期信号は、液晶パネル１０２に変換画像の書込み開始タイミングを示す信号であり、１フレーム期間毎に信号レベルが１となるような信号である。

第１光源輝度変更タイミング信号は、第１の光源輝度変更タイミング信号生成部１２１が生成する信号である。同期信号に対し、同期信号から所定の第１期間後に信号レベルが１になるような信号である。また、第２光源輝度変更タイミング信号は第２の光源輝度変更タイミング信号生成部１２２が生成する信号である。同期信号からの時間が第１期間より長い第２期間後に信号レベルが１になるような信号である。

光源輝度変更タイミング信号は、最終的に光源輝度を変更するタイミングに信号レベルが１になるような信号である。光源輝度比較部１２４の比較結果に基づき第１光源輝度変更タイミング信号若しくは第２光源輝度変更タイミング信号のいずれかを選択部１２５が選択することによって生成される。

図３では、第１フレーム及び第３フレームは、第１光源輝度変更タイミング信号が光源輝度変更タイミング信号として選択され、第２フレームでは、第２光源輝度変更タイミング信号が光源輝度変更タイミング信号として選択されている。光源輝度信号は、制御パラメータ設定部１１０で設定された光源輝度を表す信号であり、光源輝度が、第１フレームで０．５、第２フレーム及び第３フレームで１となるアナログ信号として光源輝度信号を表している。なお、アナログ信号は一例であり、デジタル信号処理ＬＳＩを想定すれば、光源輝度信号はデジタル信号となる。

光源制御信号は、光源輝度信号に基づき生成される、光源輝度変更タイミング信号が示すタイミングで光源輝度が変化する様にバックライト１０２を制御する信号である。光源制御信号は、光源であるバックライト１０１を駆動するための信号であり、図３では、光源輝度信号と同様に、アナログ信号としている。しかし、光源制御信号は、光源輝度が制御できる信号であれば良く、例えば、ＰＷＭ信号でも良い。

次に、光源輝度タイミング変更信号として、第１光源輝度変更タイミング信号又は第２光源輝度変更タイミング信号のいずれかを選択する方法について説明する。図３では、第２フレームで光源輝度信号が変化している。光源輝度比較部１２４は、前フレームの光源輝度信号を保持しておき、現フレームの光源輝度信号が入力された際に、前フレームの光源輝度と現フレームの光源輝度の比較を行う。そして、前フレームの光源輝度が現フレームの光源輝度に比べ低い場合は、第２光源輝度変更タイミング信号を光源輝度変更タイミング信号として選択し、それ以外では、第１光源輝度変更タイミング信号を光源輝度変更タイミング信号として選択する。

図３の例では、第２フレームにおいて、前フレームである第１フレームの光源輝度が、現フレームである第２フレームの光源輝度に比べて低いため、第２光源輝度変更タイミング信号が、光源輝度変更タイミング信号として選択される。

光源制御信号は、光源輝度変更タイミング信号の信号レベルが１となるタイミングで光源輝度が変化するような信号となる。生成された光源制御信号は、バックライト１０１へ入力される。なお、第１期間及び第２期間は、液晶の応答時間を考慮して設定することが望ましい。すなわち、第１期間は、液晶の０−１０％応答期間とし、第２期間は、液晶の０−９０％応答期間と設定する。上記のように設定することで、第１期間は、液晶が応答する前に設定され、第２期間は、液晶が概ね応答した後に設定されることとなる。

図４は、第１フレームと第２フレームの間に光源輝度を低く変更する光源輝度信号が入力された場合に、本実施形態の光源制御部１２０が生成する光源制御信号を示す図である。

図４に示すように、光源輝度が、第１フレームの１から、第２フレームの０．５に低下する場合、前フレームである第１フレームの光源輝度が、現フレームである第２フレームの光源輝度に比べて高いため、光源輝度変更タイミング信号として、第１光源輝度変更タイミング信号が選択される。

なお、本実施形態では、光源輝度が前フレームと現フレームの間で変化しない場合、第１光源輝度変更タイミング信号を、光源輝度変更タイミング信号として選択する構成としたが、例えば、光源輝度が変化しない場合は、前フレームで選択した光源輝度変更タイミング信号を維持する構成としても良い。その場合、図３の第３フレームの光源輝度変更タイミング信号として、前フレームで選択された第２光源輝度変更タイミング信号が選択される。

（画像表示部１００）
画像表示部１００は、光を変調する素子として液晶パネル１０２と、光源として液晶パネル１０２の背面に設置されたバックライト１０１を有する。バックライト１０１の光源は、一般に、冷陰極管や発光ダイオード（ＬＥＤ）等が用いられるが、本実施形態では、発光輝度の制御が容易であるＬＥＤ光源をバックライト１０１の光源として用い、ＬＥＤ光源をパルス幅変調（以下、ＰＷＭと記す）制御により輝度変調する構成とした。そのため、光源制御信号は、光源輝度に応じたＰＷＭ信号としてバックライト１０１に入力される。画像表示部１００は、階調変換部１３０で変換された変換画像を液晶パネル１０２に書き込む。また、画像表示部１００は、光源制御部１２０により生成された光源制御信号に基づきバックライト１０１を点灯させることにより、画像表示部１００に画像が表示される。

図５は、入力画像及び光源輝度を示す図である。図中の上段は、表示すべき入力画像を示すものである。また、下段は上段に示す入力画像に対応して制御パラメータ設定部が設定する光源輝度を示すものである。図５に示すように、第Ｎフレームの入力画像は全面１８６階調である。第Ｎ＋１フレームの入力画像は画面の一部に２５５階調の物体が表示されている。このとき、式（１）より、第Ｎフレームの光源輝度は０．５、第Ｎ＋１フレームの光源輝度は１．０に設定される。

以下、図５に示す入力画像が入力された場合の、第Ｎフレームから第Ｎ＋１フレーム間で表示される画像と、光源輝度を変化させるタイミングとの関係を図６乃至図９を参照し説明する。なお、以下説明を簡単にするために、液晶パネル１０２の応答速度は０とする。すなわち、液晶パネル１０２に画像を書き込んだ後、直ちに応答することとする。

図６は、変換画像の１ライン目を液晶パネル１０２に書き込むタイミングで、バックライト１０１の光源輝度を変化させたときに画像表示部１００が表示する画面の輝度を示す図である。図６は、上段が液晶パネル１０２の透過率、中段がバックライト１０１の光源輝度、下段がバックライト１０１からの光を液晶パネル１０２が透過することによって実際に画像表示部１００に表示される画面の輝度のそれぞれの時間変化を示す図である。

また、左の１列は液晶パネル１０２内で最初に変換画像が書き込まれる１ライン目の画面の輝度を示す図である。中央の一列は画面内の半分のＨ／２ライン目の画面の輝度を示す図である。右の一列は液晶パネル１０２内で最後に変換画像が書き込まれるＨライン目の画面の輝度を示す図である。それぞれの図中で左から、変換画像の１ライン目の書き込みタイミングをｔ、画面半分ライン目の書き込みタイミングをｔ＋Δｔ／２、最終ライン目の書き込みタイミングをｔ＋Δｔと記した。

横軸は時間を示しており、縦軸は上段からそれぞれ、透過率、光源輝度、画面輝度を示している。液晶パネル１０１の透過率は、変換画像の輝度値に基づき決定される値である。

第Ｎフレームから第Ｎ＋１フレームへ時刻ｔで変化しており、１フレーム期間をΔｔで表すこととする。また、バックライト１０１の垂直ライン数は、Ｈラインとする。

光源輝度は、第Ｎフレームの０．５から第Ｎ＋１フレームの１．０へ、変換画像の１ライン目を液晶パネル１０２に書き込むタイミング、すなわち、時刻ｔで変化する。一方、液晶パネル１０２へ書き込む変換画像は、光源輝度の変化に伴い、第Ｎフレームのゲイン２．０の変換画像から、第Ｎ＋１フレームのゲイン１．０の変換画像に変化する。そして、時刻ｔでまず、１ライン目の第Ｎ＋１フレームの変換画像が書き込まれ、時刻ｔ＋Δｔ／２までに、Ｈ／２ライン目まで第Ｎ＋１フレームの変換画像が書き込まれ、時刻ｔ＋Δｔで、Ｈライン目までの変換画像が書き込まれる。そのため、１ライン目では、液晶パネル１０２の透過率の変化と、光源輝度の変化が同期しており、図６に示すように、１８６階調の画面輝度は変化しない。一方、Ｈ／２ライン目では液晶パネル１０２の透過率の変更時刻がｔ＋Δｔ／２となることから時刻ｔで変化する光源輝度に対しΔｔ／２だけタイミングが遅れることとなる。

その結果、図６に示すように、時刻ｔから時刻ｔ＋Δｔ／２の期間は、１８６階調の画像が画面輝度１．０で表示されてしまう。同様に、Ｈライン目では、光源輝度の変化に対し、液晶パネル１０２の透過率がΔｔ遅れることとなり、図６に示すように、時刻ｔから時刻ｔ＋Δｔの期間で、１８６階調の画像が画面輝度１．０で表示されてしまう。

図７は、図６に示すタイミングで光源輝度を変更した場合の、時刻ｔから時刻ｔ＋Δｔにおける画像表示部１００が表示する表示画像の様子を示す図である。第Ｎフレームでは、光源輝度が０．５と低下し、変換画像は１８６階調が２５５階調に変換されて透過率が１．０となっており、画像表示部１００は画面輝度０．５となる画像を表示する。次に１ライン目の変換画像の書き込みタイミングで光源輝度が０．５から１．０に変化した場合、液晶パネル１０２に書き込まれている変換画像は、まだ第Ｎフレームの２５５階調の画像である。そのため、液晶パネル１０２の透過率１．０に対し、光源輝度が１．０となるため、図７に示すように、画面輝度が１．０で表示されてしまう。同様にＨ／２ライン目の変換画像の書き込みタイミングである時刻ｔ＋Δｔ／２では、液晶パネル１０２に書き込まれている変換画像のＨ／２ライン目からＨライン目までは、第Ｎフレームの２５５階調の画像であるため、やはり画面輝度が１．０で表示されてしまう。その結果、１８６階調の画面輝度０．５に対し、１．０の画面輝度が表示されることとなり、ちらつきとして視認されてしまう。

図８は、変換画像の最終ライン目を液晶パネル１０２に書き込むタイミングで、光源輝度を変化した場合に画像表示部１００に表示される画面の輝度の時間変化を示す図である。

図６に対し、図８では、光源輝度の変更タイミングが、時刻ｔから時刻ｔ＋Δｔに変化している。図６の場合と同様に、画面輝度の変化を求めると、１ライン目では、時刻ｔから時刻ｔ＋Δｔの期間、本来画面輝度０．５で表示すべき１８６階調の画像が、画面輝度０．２５で表示される。また、Ｈ／２ライン目では、時刻ｔから時刻ｔ＋Δｔ／２の期間、本来画面輝度０．５で表示すべき１８６階調の画像が画面輝度０．２５で表示される。

図９は、図８に示すタイミングで光源輝度を変更した場合の、時刻ｔから時刻ｔ＋Δｔにおける表示画像の様子を示す図である。第Ｎフレームでは、光源輝度が０．５と低下し、変換画像は１８６階調が２５５階調に変換されて透過率が１．０となっており、表示画像は画面輝度０．５の表示となる。次に１ライン目の変換画像の書き込みタイミングでは、液晶パネル１０２に書き込まれている変換画像は、まだ第Ｎフレームの２５５階調の画像であり、光源輝度も第Ｎフレームの０．５が維持されている。そのため、画面輝度は０．５の表示となる。次に、Ｈ／２ライン目の変換画像の書き込みタイミングである時刻ｔ＋Δｔ／２では、光源輝度１．０に対応した第Ｎ＋１フレームの変換画像が、１ライン目からＨ／２ライン目まで、液晶パネル１０２に書き込まれる。一方、光源輝度は、まだ０．５が維持されているため、図９に示すように、１ライン目からＨ／２ライン目までは、本来画面輝度０．５で表示すべき１８６階調の画像が、画面輝度０．２５で表示されることとなる。そして、Ｈライン目の変換画像の書き込みタイミングである時刻ｔ＋Δｔで、第Ｎ＋１フレームの変換画像が最終ライン目まで書き込まれ、光源輝度が１．０に設定されることで、第Ｎ＋１フレームが正しく表示される。

図６から図９より、光源輝度が変更されるタイミングでは、液晶パネル１０２に線順次で書き込まれる変換画像と、面順次で輝度が変更される光源輝度のタイミングのズレに伴う画面輝度の変化が発生する。しかし、図６、図７と、図８、図９を比較すると、発生する画面輝度の変化は、変換画像の１ライン目の書き込みタイミングで光源輝度を変化させた場合の０．５に対し、最終ライン目の書き込みタイミングで光源輝度を変化させた場合は０．２５と半減する。すなわち、光源輝度が高く変化する場合は、変換画像の書き込みの後半に、光源輝度を変化させることで、光源輝度の変化に伴うちらつきの発生を抑制することができるといえる。

上記では、光源輝度を０．５から１．０と高くなるように変更する場合について説明したが、以下に、光源輝度を低く変更する場合について説明する。

図１０は入力画像及び光源輝度を示す図である。図中の上段は、表示すべき入力画像を示す。また、下段は上段に示す入力画像に対応して制御パラメータ設定部が設定する光源輝度を示す。

図１０に示すように、図５の例とは逆に、第Ｎフレームの１８６階調の背景の一部に２５５階調の物体が表示された画像から、第Ｎ＋１フレームの全面１８６階調の画像に変化したとする。このとき、式（１）より、第Ｎフレームの光源輝度は１．０、第Ｎ＋１フレームの光源輝度は０．５に設定される。このときの、第Ｎフレームから第Ｎ＋１フレーム間で表示される画像と、光源輝度を変化させるタイミングの関係を以下に説明する。

図１１は、変換画像の１ライン目を液晶パネル１０２に書き込むタイミングで、光源輝度を変化させた場合に画像表示部１００に表示される画面の輝度の時間変化を示す図である。光源輝度は、第Ｎフレームの１．０から第Ｎ＋１フレームの０．５へ、変換画像の１ライン目を液晶パネル１０２に書き込むタイミング、すなわち、時刻ｔで変化する。一方、液晶パネル１０２へ書き込む変換画像は、光源輝度の変化に伴い、第Ｎフレームのゲイン１．０の変換画像から、第Ｎ＋１フレームのゲイン２．０の変換画像に変化する。そして、時刻ｔでまず、１ライン目の第Ｎ＋１フレームの変換画像が書き込まれ、時刻ｔ＋Δｔ／２までに、Ｈ／２ライン目まで第Ｎ＋１フレームの変換画像が書き込まれ、時刻ｔ＋Δｔで、Ｈライン目までの変換画像が書き込まれる。そのため、１ライン目では、液晶パネル１０２の透過率の変化と、光源輝度の変化が同期しており、図１１に示すように、１８６階調の画面輝度は変化しない。一方、Ｈ／２ライン目では、光源輝度の変化に対し、液晶パネル１０２の透過率がΔｔ／２遅れることとなる。その結果、図１１に示すように、時刻ｔから時刻ｔ＋Δｔ／２の期間は、１８６階調の画像が画面輝度０．２５で表示される。同様に、Ｈライン目では、光源輝度の変化に対し、液晶パネル１０２の透過率がΔｔ遅れることとなり、図１１に示すように、時刻ｔから時刻ｔ＋Δｔの期間で、１８６階調の画像が画面輝度０．２５で表示される。

図１２は、図１１に示すタイミングで光源輝度を変更した場合の、時刻ｔから時刻ｔ＋Δｔにおける表示画像の様子を示す図である。第Ｎフレームでは、光源輝度が１．０、１８６階調の画像を表示すべき画素位置での、液晶パネルの透過率が０．５となっており、表示画像は画面輝度０．５の表示となる。次に１ライン目の変換画像の書き込みタイミングで光源輝度が１．０から０．５に変化した場合、液晶パネル１０２に書き込まれている変換画像は、まだ第Ｎフレームの１８６階調の画像である。

そのため、液晶パネル１０２の透過率０．５に対し、光源輝度が０．５となるため、図１２に示すように、画面輝度が０．２５で表示される。同様にＨ／２ライン目の変換画像の書き込みタイミングである時刻ｔ＋Δｔ／２では、液晶パネル１０２に書き込まれている変換画像のＨ／２ライン目からＨライン目までは、第Ｎフレームの１８６階調の画像であるため、やはり画面輝度が０．２５で表示される。その結果、１８６階調の画面輝度０．５に対し、０．２５の画面輝度が表示されることとなる。

図１３は、変換画像の最終ライン目（Ｈライン目）を液晶パネル１０２に書き込むタイミングで、光源輝度を変化させた場合に画像表示部１００が表示する画面の輝度を示す図である。図１１に対し、図１３では、光源輝度の変更タイミングが、時刻ｔから時刻ｔ＋Δｔに変化している。図１１の場合と同様に、画面輝度の変化を求めると、１ライン目では、時刻ｔから時刻ｔ＋Δｔの期間、１８６階調の画像が画面輝度１．０で表示され、Ｈ／２ライン目では、時刻ｔから時刻ｔ＋Δｔ／２の期間で、１８６階調の画像が画面輝度１．０で表示されてしまう。

図１４は、上記の場合に、時刻ｔから時刻ｔ＋Δｔにおける表示画像の様子を示す図である。第Ｎフレームでは、光源輝度が１．０、変換画像は１８６階調で透過率が０．５となっており、表示画像は画面輝度０．５の表示となる。次に１ライン目の変換画像の書き込みタイミングでは、液晶パネル１０２に書き込まれている変換画像は、まだ第Ｎフレームの１８６階調の画像であり、光源輝度も第Ｎフレームの１．０が維持されている。そのため、画面輝度は０．５の表示となる。次に、Ｈ／２ライン目の変換画像の書き込みタイミングである時刻ｔ＋Δｔ／２では、光源輝度０．５に対応した第Ｎ＋１フレームの変換画像が、１ライン目からＨ／２ライン目まで、液晶パネル１０２に書き込まれる。一方、光源輝度は、まだ１．０が維持されている。そのため、図１４に示すように、１ライン目からＨ／２ライン目までは、１８６階調の背景画像の画素値は、式（３）による階調変換により２５５階調、すなわち透過率１．０に変換され、画面輝度は１．０で表示されることとなる。そして、Ｈライン目の変換画像の書き込みタイミングである時刻ｔ＋Δｔで、第Ｎ＋１フレームの変換画像が最終ライン目まで書き込まれ、光源輝度が０．５に設定されることで、第Ｎ＋１フレームが正しく表示される。図６から図９の場合と同様に、図１１から図１４より、光源輝度が変更されるタイミングでは、液晶パネル１０２に線順次で書き込まれる変換画像と、面順次で輝度が変更される光源輝度のタイミングのズレに伴う画面輝度の変化が発生する。しかし、図１１、図１２と、図１３、図１４を比較すると、発生する画面輝度の変化は、変換画像の１ライン目の書き込みタイミングで光源輝度を変化させた場合の０．２５に対し、最終ライン目の書き込みタイミングで光源輝度を変化させた場合は０．５と倍増する。すなわち、光源輝度が低く変化する場合は、変換画像の書き込みの前半に、光源輝度を変化させることで、光源輝度の変化に伴うちらつきの発生を抑制することができる。

以上より、光源輝度の変化が低輝度から高輝度と、高輝度から低輝度では、光源輝度の変更タイミングを変化させることで、光源輝度変化に伴うちらつきの発生を抑制することができる。

以上、説明したように、本実施形態によれば、光源輝度変化に伴い発生するちらつきを可及的に抑制し、視覚的なコントラストが優れ、かつ消費電力の低減した画像表示装置を提供することができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態の画像表示装置の構成は、第１の実施形態とは光源制御部１２０の構成が異なる。第１の実施形態では、２つの光源輝度変更タイミングから光源輝度変更タイミングを選択していた。本実施形態では、光源輝度変更タイミングをより緻密に制御するために、より細かく光源輝度変更タイミングを制御可能な構成となっていることが特長である。

以下に、光源制御部１２０について詳細に説明する。なお、本実施形態の画像表示装置のその他の構成は、第１の実施形態と同様であるため説明は省略する。

（光源制御部１２０）
図１５は、本実施形態の光源制御部１２０の構成を示す図である。

本実施形態の光源制御部１２０は光源輝度変更タイミング信号を生成する第１から第ｎまでのｎ個の光源輝度変更タイミング信号生成部を有する。

第１の実施形態では、第１光源輝度変更タイミング信号と第２光源輝度変更タイミング信号のいずれかを光源制御信号として選択する構成であった。本実施形態では、第１から第ｎのｎ個の光源輝度変更タイミング信号の中から１の信号を光源輝度変更タイミング信号として選択し、選択されたタイミングに対応した光源制御信号を生成する構成となっている。

次に、光源制御信号の変更タイミングを、図１６、図１７を用いて説明する。なお、説明を簡単にするために、光源輝度変更タイミング信号は第１から第３の３種類であり、光源輝度比較部１２４の結果に基づき、第１から第３光源輝度変更タイミング信号の１つを選択し、光源輝度変更タイミング信号を出力する構成とする。第３光源輝度変更タイミング信号は、第３の変更タイミング信号生成部１２４が生成するものとする。

第１から第３光源輝度変更タイミング信号は、それぞれ、図１６、図１７に示すように同期信号に対し第１から第２期間後に出力される信号である。本実施形態では、第１期間と第２期間の中央に第３期間を設定している。選択部１２５は、光源輝度比較部１２４からの選択信号に基づき、第１から第３光源輝度変更タイミング信号のいずれかを選択する。光源輝度比較部１２４は、前フレームの光源輝度と現フレームの光源輝度を比較して選択信号を出力する。本実施形態では、式（４）に従い選択信号を出力する。

ここで、Ｉ（ｎ）は、現フレームに対応する第ｎフレームの光源輝度を表し、Ｔは予め設定された閾値である。式（４）は、現フレームの光源輝度と前フレームの光源輝度を比較し、前フレームの光源輝度に対し、現フレームの光源輝度が−Ｔよりも小さければ、第１光源輝度変更タイミング信号を選択し、前フレームの光源輝度に対し、現フレームの光源輝度がＴよりも大きければ、第２光源輝度変更タイミング信号を選択し、前フレームの光源輝度と現フレームの光源輝度の絶対値差分がＴ以下のような、光源輝度の変化が小さい場合には、第３光源輝度変更タイミング信号を選択することを示している。

図１６は、第１フレームと第２フレームの間での光源輝度の差分が閾値Ｔより大きく、第２フレームから第３フレームで、光源輝度の絶対値差分が閾値Ｔ以下となるような光源輝度信号が入力された場合の光源制御信号を示す図である。

例えば、図１６に示す光源輝度信号が入力された場合、光源制御信号は、第１フレームから第２フレームでは、第２光源輝度変更タイミングで変化し、第２フレームから第３フレームでは、第３光源輝度変更タイミングで変化する。

図１７は、第１フレームから第２フレームで、光源輝度の差分が閾値−Ｔより小さく、第２フレームから第３フレームで、光源輝度の絶対値差分が閾値Ｔ以下となるような光源輝度信号が入力された場合の光源制御信号を示す図である。

例えば、図１７光源輝度信号が入力された場合、光源制御信号は、第１フレームから第２フレームでは、第１光源輝度変更タイミングで変化し、第２フレームから第３フレームでは、第３光源輝度変更タイミングで変化する。

なお、図１５の構成は、一例であり、例えば以下のような構成とすることもできる。

図１８は、本実施形態の光源制御部１２０の別の構成を示す図である。

図１８に示す光源制御部１２０は、第１の光源輝度変更タイミング信号生成部１２１と、光源輝度比較部１２４と、光源制御信号生成部１２６と、光源輝度変更タイミング信号遅延部１２７とを有する。

本実施形態では、光源輝度の変更タイミングを生成するのは、第１の光源輝度変更タイミング信号生成部１２１のみであり、さらに光源輝度変更タイミング信号遅延部１２７を有する点で他の実施形態と異なる。

光源輝度変更タイミング信号遅延部１２７は、光源輝度比較部１２４の比較結果に基づき、第１光源輝度変更タイミング信号を遅延させることで、光源輝度変更タイミング信号を生成している。光源輝度が現フレームの前のフレームよりも低下するように変化する場合には、第１光源輝度変更タイミング信号からの遅延量が少ない信号を光源輝度変更タイミングとする。また、光源輝度が現フレームの前のフレームよりも上昇するように変化する場合には、第１光源輝度変更タイミング信号からの遅延量が多い信号を光源輝度変更タイミングとする。光源輝度比較部１２４により光源輝度の変更タイミングの遅延量を制御することで、光源輝度を制御することができる。

以上、説明したように、本実施形態によれば、光源輝度の変更タイミングを緻密に制御することにより、光源輝度変化に伴い発生するちらつきを可及的に抑制し、視覚的なコントラストが優れ、かつ消費電力の低減した画像表示装置を提供することができる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態の画像表示装置は、過度な光源輝度変更タイミングの変化を抑制するために、シーンチェンジ検出部１４０を備え、光源輝度の変化と、シーンチェンジ検出結果に基づいて、光源輝度の変更タイミングを制御する点が特徴である。

図１９は、第３の実施形態の画像表示装置の構成を示す図である。

本実施形態の画像表示装置は、シーンチェンジ検出部１４０をさらに備えている。光源制御部１２０は、同期信号、光源輝度信号、及び、シーンチェンジ検出部１４０により検出されたシーンチェンジ検出信号が入力され、光源制御信号を生成する。以下に、第１の実施形態とは異なる構成となっているシーンチェンジ検出部１４０と光源制御部１２０について詳細に説明する。なお、その他の構成については、第１の実施形態と同様であるため、説明は省略する。

（シーンチェンジ検出部１４０）
シーンチェンジ検出部１４０によるシーンチェンジ検出方法は、様々に考えられるが、本実施形態では、時間的に隣接する２フレームから検出されたヒストグラムを用いて検出する方法を用いる。第ｎフレームの階調ｘの頻度をｈ（ｘ、ｎ）とすると、シーンチェンジは、式（５）を用いて検出される。

ここで、ｓ（ｎ）は、第ｎフレームにおけるシーンチェンジ検出結果を表し、１がシーンチェンジ、０が非シーンチェンジを表す。Ｔ_ｓはシーンチェンジを判定する閾値である。シーンチェンジ検出結果は、シーンチェンジ検出信号として光源制御部１２０に入力される。

（光源制御部１２０）
図２０は、第３の実施形態の光源制御部１２０の構成を示す図である。

光源制御部１２０は、光源輝度信号とシーンチェンジ検出信号を用いて光源輝度比較部１２４により、第１から第３光源輝度変更タイミング信号を選択する。光源制御信号の変更タイミングを、図２１、図２２を用いて説明する。第１から第３光源輝度変更タイミング信号は、それぞれ、図２１、図２２に示すように同期信号に対し第１から第３期間後に出力される信号である。本実施形態では、第１期間と第２期間の中央に第３期間を設定している。選択部１２５は、光源輝度比較部１２４からの選択信号に基づき、第１から第３光源輝度変更タイミング信号のいずれかを選択する。光源輝度比較部１２４は、シーンチェンジ検出信号、及び、前フレームの光源輝度と現フレームの光源輝度を比較して選択信号を出力する。本実施形態では、式（６）に従い選択信号を出力する。

ここで、ｓ（ｎ）は、シーンチェンジ検出部１４０で検出された第ｎフレームのシーンチェンジ検出信号を表し、Ｉ（ｎ）は、第ｎフレームの光源輝度を表している。式（６）は、ｓ（ｎ）が１、すなわち、シーンチェンジかつ、光源輝度が小さくなる方へ変化した場合は、第１光源輝度変更タイミングを選択し、ｓ（ｎ）が１、すなわち、シーンチェンジかつ、光源輝度が大きくなる方へ変化した場合は、第２光源輝度変更タイミングを選択し、ｓ（ｎ）が０、すなわち、非シーンチェンジ、もしくは、光源輝度が変化しない場合は、第３光源輝度変更タイミングを選択することを示している。

例えば、図２１に示すように、第１フレームから第２フレームで、光源輝度が大きくなる方へ変化し、かつ、シーンチェンジと検出された場合は、光源制御信号は、第２光源輝度変更タイミングで変化する。一方、第２フレームから第３フレームで、同様に光源輝度が大きくなる方へ変化しても、非シーンチェンジと検出された場合は、光源制御信号は、第３光源輝度変更タイミングで変化する。また、図２２に示すように、第１フレームから第２フレームで、光源輝度が小さくなる方へ変化し、かつ、シーンチェンジと検出された場合は、光源制御信号は、第１光源輝度変更タイミングで変化する。一方、第２フレームから第３フレームで、同様に光源輝度が小さくなる方へ変化しても、非シーンチェンジと検出された場合は、光源制御信号は、第３光源輝度変更タイミングで変化する。

本実施形態の画像表示装置によれば、光源輝度が大きく変更するシーンチェンジがなされる場合には、光源輝度の変化に応じたタイミングで光源輝度を変更することができる。よって、バックライトの切替によるちらつきが発生しやすいシーンチェンジ時でのちらつきを抑制することができる。

また、本実施形態で非シーンチェンジ時には、第１の期間よりも長く第2の期間よりも短い期間である第３の期間経過した第３のタイミングで光源輝度を変更しているが、その他のフレーム内の所定のタイミングであってかまわない。非シーンチェンジ時には光源輝度の変更によるちらつきが発生しにくいため、シーンチェンジ時のみ光源輝度の変化に応じたタイミングで光源輝度を変更することによって効果的なバックライト１０１の制御ができる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態の画像表示装置は、光源制御部１２０の構成が第１の実施形態と異なる。本実施形態では、第２光源輝度変更タイミング信号は、常に０、すなわち、光源輝度を変更しないタイミング信号とし、前フレームの光源輝度と現フレームの光源輝度を比較結果に基づき、光源輝度の変更有無を選択することを特長とする。第１の実施形態では、第２光源輝度変更タイミングを１フレーム期間の後半に設定することで、光源輝度の変化に伴うちらつきの発生を抑制していたが、本実施形態では、光源輝度を変化させないことにより、光源輝度の変化に伴うちらつきの発生を抑制している。本実施形態では、第１の実施形態で必要となる第２光源輝度変更タイミング信号生成部の構成を簡略化することが可能となり、回路規模を削減することができる。以下に、第１の実施形態とは異なる構成となっている光源制御部１２０について詳細に説明する。

（光源制御部１２０）
図２３に、第４の実施形態の光源制御部１２０の構成を示す。第１の実施形態では、第１光源輝度変更タイミング信号と第２光源輝度変更タイミング信号を、同期信号に基づいて生成する構成であるが、本実施形態では、第２光源輝度変更タイミング信号は、同期信号によらず０を出力する構成となっている。

光源制御信号を、図２４、図２５を用いて説明する。図２４、図２５に示すように、第１光源輝度変更タイミング信号は、同期信号に対し第１期間後に出力される信号であり、第２光源輝度変更タイミング信号は、常に０となる信号である。選択部１２５は、光源輝度比較部１２４からの選択信号に基づき、第１及び第２光源輝度変更タイミング信号のいずれかを選択する。光源輝度比較部１２４は、前フレームの光源輝度と現フレームの光源輝度を比較して選択信号を出力する。本実施形態では、式（７）に従い選択信号を出力する。

ここで、Ｉ（ｎ）は第ｎフレームの光源輝度であり、Ｔは閾値である。式（７）は、現フレームの光源輝度から前フレームの光源輝度を減算した差分が閾値Ｔ以上では、第２光源輝度変更タイミング信号を選択し、それ以外では第１光源輝度変更タイミング信号を選択することを示している。例えば、図２４に示すように、第１フレームから第２フレームで、光源輝度が閾値Ｔより大きくなる方へ変化する場合には、光源輝度変更タイミング信号として、第２光源輝度変更タイミング信号が選択される。その結果、光源輝度は前フレームから求められた光源輝度のまま変化しない。一方、第２フレームから第３フレームでは、光源輝度の変化が閾値Ｔ未満のため、光源輝度変更タイミング信号として、第１光源輝度変更タイミング信号が選択される。その結果、光源制御信号は、第１光源輝度変更タイミングで変化する。また、図２５に示すように、第１フレームから第２フレーム、及び、第２フレームから第３フレームの光源輝度の変化が閾値Ｔ未満の場合は、光源制御信号は、第１光源輝度変更タイミングで変化する。

以上、説明したように、本実施形態によれば、光源輝度変化に伴い発生するちらつきを可及的に抑制し、視覚的なコントラストが優れ、かつ消費電力の低減した画像表示装置を提供することができる。

（第５の実施形態）
第５の実施形態の画像表示装置の基本的な構成は、第４の実施形態と同様であるが、シーンチェンジ検出部１４０を備え、光源輝度の変化と、シーンチェンジ検出結果に基づいて、光源輝度の変更タイミングを制御することを特長とする。以下に、第４の実施形態とは異なる構成となっている光源制御部１２０について詳細に説明する。

（光源制御部１２０）
図２６に、第５の実施形態の光源制御部１２０の構成を示す。

光源輝度比較部１２４に、シーンチェンジ検出信号が入力され、光源輝度比較部１２４は、シーンチェンジ検出信号、及び、前フレームの光源輝度信号と現フレームの光源輝度信号に基づいて光源輝度変更タイミング信号の選択を行う。

光源制御信号の変更タイミングを、図２７、図２８を用いて説明する。第４の実施形態と同様に、図２７、図２８に示すように、第１光源輝度変更タイミング信号は、同期信号に対し第１期間後に出力される信号であり、第２光源輝度変更タイミング信号は、常に０となる信号である。選択部１２５は、光源輝度比較部１２４からの選択信号に基づき、第１及び第２光源輝度変更タイミング信号のいずれかを選択する。光源輝度比較部１２４は、シーンチェンジ検出信号、及び、前フレームの光源輝度と現フレームの光源輝度を比較して選択信号を出力する。本実施形態では、式（８）に従い選択信号を出力する。

ここで、Ｉ（ｎ）は第ｎフレームの光源輝度であり、ｓ（ｎ）は第ｎフレームのシーンチェンジ検出信号である。式（８）は、シーンチェンジかつ現フレームの光源輝度から前フレームの光源輝度を減算した差分が０以上では、第２光源輝度変更タイミング信号を選択し、それ以外では第１光源輝度変更タイミング信号を選択することを示している。例えば、図２７に示すように、第１フレームから第２フレームで、シーンチェンジかつ、光源輝度が０以上大きくなる方へ変化した場合は、光源輝度変更タイミング信号は、第２光源輝度変更タイミング信号が選択され、その結果、光源輝度は前フレームから求められた光源輝度のまま変化しない。一方、第２フレームから第３フレームでは、光源輝度の変化は、同様に０以上であるが、シーンチェンジ検出信号が、非シーンチェンジとなっているため、光源輝度変更タイミング信号は、第１光源輝度変更タイミング信号が選択され、光源制御信号は、第１光源輝度変更タイミングで変化する。また、図２８に示すように、第１フレームから第２フレーム、及び、第２フレームから第３フレームの光源輝度の変化が０未満の場合は、光源制御信号は、第１光源輝度変更タイミングで変化する。

（第６の実施形態）
第６の実施形態の画像表示装置は、バックライト１０１に複数の光源１０３が設置され、光源１０３毎に光源輝度が制御可能な構成となっている。

図２９は、第６の実施形態の画像表示装置の構成を示す図である。本実施形態の画像表示装置は、制御パラメータ設定部１１０、光源輝度分布算出部１５０、階調変換部１３０、光源制御部１２０、画像表示部１００を有する。

画像表示部１００は、光変調素子部としての液晶パネル１０２と、液晶パネル１０２の背面に設置され、複数の光源１０３を有するバックライト６０１により構成される。

入力画像は、制御パラメータ設定部１１０、階調変換部１３０へ入力される。制御パラメータ設定部１１０は、バックライト１０１の複数の各光源１０３に対応する入力画像の領域毎にバックライト１０１の発光輝度を算出し、光源輝度信号として、光源輝度分布算出部１５０、及び、光源制御部１２０に入力される。光源輝度分布算出部１５０は、バックライト１０１の光源１０３の１つが単独で発光した場合の発光輝度分布形状に基づき、複数の光源１０３が光源輝度信号に従い発光した場合のバックライト６０１全体の光源輝度分布を算出する。算出された光源輝度分布は、階調変換部１３０に入力される。階調変換部１３０は、光源輝度分布に基づき、入力画像の各画素の階調の変換を行い、変換画像を出力すると共に、変換画像の出力タイミングに同期した同期信号を、光源制御部１２０へ出力する。光源制御部１２０は、複数の光源１０３の光源輝度信号に基づく光源輝度を制御するための光源制御信号を、階調変換部１３０より入力された同期信号に基づく出力タイミングで、バックライト１０１へ出力する。画像表示部１００は、変換画像が液晶パネル１０２へ書き込まれると共に、光源制御信号に基づいてバックライト１０１の複数の光源１０３が発光することにより、画像表示部１００に画像が表示される。以下に、各部の動作を詳細に説明する。

（制御パラメータ設定部１１０）
制御パラメータ設定部１１０は、バックライト１０１の複数の各光源１０３の光源輝度を算出し、光源輝度信号として出力する。第１の実施形態では、入力画像全体から、最大値を求め光源輝度を設定したが、本実施形態では、バックライト１０１の複数の光源毎に割り当てられた入力画像の領域毎に最大値を求め、各光源１０３の光源輝度を設定する。例えば、図３０に示すような、光源１０３が水平方向に５つ、垂直方向に４つ設定されたバックライト構造において、入力画像を各光源に対応するよう５×４の領域に分割し、分割領域１０４毎に算出された最大値に基づき、光源輝度を求める。なお、本実施形態では、１つの分割領域１０４毎に１つの光源１０３が対応する構成としているが、例えば、１つの分割領域１０４に複数の光源１０３が対応する構成としてもよい。また、入力画像の各分割領域１０４を図３０に示すように光源数で均等に分割する以外にも、各分割領域１０４の一部が重なるように入力画像に分割領域１０４を設定し、入力画像の最大値を算出する構成とすることもできる。算出された各光源１０３の光源輝度信号は、光源輝度分布算出部１５０、及び、光源制御部１２０に入力される。

（光源輝度分布算出部１５０）
光源輝度分布算出部１５０は、各光源の光源輝度信号に基づいて、実際のバックライト１０１の輝度分布を算出する。

図３１に、バックライト１０１の複数の光源１０３の１つが発光した場合の輝度分布を示す。図３１は、説明を簡単にするために、１次元で輝度分布を表現しており、横軸が位置、縦軸が輝度を示している。図３１は、図３１の下部に示す位置に光源１０３が設置されており、中央の１つの光源１０３のみが点灯した場合の輝度分布を示している。図３１から分かるように、ある光源１０３が発光した場合の輝度分布は近傍の光源位置まで広がりを持つ。そのため、階調変換部１３０での光源輝度に基づく階調変換を行うために、バックライト１０１の複数の光源毎の出力光源輝度に基づく図３１に示す発光輝度分布を足し合わせることで、実際のバックライト１０１の輝度分布を算出する。図３２に、バックライト１０１の複数の光源１０３が点灯した場合の、光源輝度分布の様子を模式的に示す。なお、図３２は、説明を簡単にするために１次元で表現している。図３２の下部に示された位置の光源１０３が点灯することにより、各光源１０３は図３２に示すような発光輝度分布をもつ。そして、これらの発光輝度分布を足し合わせることにより、図３２の実線で示すような光源輝度分布が算出される。図３１に示すような光源１０３の発光輝度分布は、実測した値を光源１０３からの距離に関する近似関数を求め、光源輝度分布算出部１５０に保持する構成としても良いが、本実施形態では、図３１に示すような光源の発光輝度分布について、光源からの距離と輝度との関係を求め、ＬＵＴ１５２としてＲＯＭに保持する構成とした。図３３に、本実施形態の光源輝度分布算出部１５０の構成を示す。複数の光源１０３毎に算出された光源輝度は光源輝度信号として、光源輝度分布取得部１５１に入力される。光源輝度分布取得部１５１は、ＬＵＴ１５２より各光源１０３の輝度分布を取得し、光源輝度を掛け合わせることで、図３２の破線で示すような光源１０３毎の光源輝度分布を求める。次に、輝度分布合成部１５３で、各光源１０３の光源輝度分布を足し合わせることで、図３２の実線で示すような光源輝度分布が算出され、光源輝度分布として階調変換部１３０へ入力される。

（階調変換部１３０）
階調変換部１３０は、光源輝度分布に基づき、入力画像の各画素の階調値を変換する。

階調変換部１３０の基本的な構成は、第１の実施形態と同様であるが、光源輝度が入力画像の位置毎に異なっている。そのため、式（３）は以下の式（９）ように書き換えられる。

ここで、Ｉ（x，ｙ）は、入力画像の位置（x，ｙ）における光源輝度分布算出で算出されたバックライト１０１の輝度である。なお、階調変換後の階調値は、式（９）により求めても良いが、本実施形態では、入力画像の階調値Ｌ_ｉｎ、光源輝度Ｉと変換後の階調値Ｌ_ｏｕｔ、の関係を保持したＬＵＴ１５２を用意し、入力画像の階調値Ｌ_ｉｎ（x，ｙ）と光源輝度分布Ｉ（x，ｙ）によりＬＵＴ１５２を参照することで、変換後の階調値Ｌ_ｏｕｔ（x，ｙ）を求める構成とした。

（光源制御部１２０）
光源制御部１２０は、バックライト１０１の複数の光源１０３毎の光源輝度信号に基づき光源部であるバックライト１０１の輝度を制御するための光源制御信号を生成し、同期信号に基づくタイミングで光源制御信号の信号値を変化させることで、光源輝度の制御を行う。

光源制御部１２０の基本的な構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態は１つの光源１０３のみの制御であるのに対し、本実施形態では、複数の光源１０３の制御を行う。説明を簡単にするために、図３４に示すように、バックライト１０１の光源１０３が水平２つ、垂直２つの４つで構成され、各光源１０３に対応した入力画像の領域が領域Ａ、領域Ｂ、領域Ｃ、領域Ｄに分割されている場合について、光源制御信号の変更タイミングを、図３５、図３６を用いて説明する。

図３５、図３６は、横軸が時間、縦軸が光源制御部１２０で使われる信号を示しており、図３５は、領域Ａ、領域Ｂに対応する光源１０３の光源制御信号の変更タイミング、図３６は、領域Ｃ、領域Ｄに対応する光源１０３の光源制御信号の変更タイミングを示している。変換画像は、液晶パネル１０２へ線順次で書き込まれる。すなわち、液晶パネル１０２の第１ラインから最終ラインへ、順番に画像が書き込まれていく。よって、領域Ａ及び領域Ｂの変換画像は、１フレーム期間の半分の期間で書き込まれる。

上記より、領域Ａ及び領域Ｂは、第１の実施形態における入力画像全体が、領域Ａ及び領域Ｂに限定されたと捉えることができ、第１の実施形態の図３に示す光源制御信号の変更タイミングは、図３５に示すように、第２期間がＨ／２（Ｈは液晶パネル１０２の垂直ライン数）期間短くすれば良いこととなる。

すなわち、第１光源輝度変更タイミング信号は、第１の実施形態と同様のタイミングとなり、第２光源輝度変更タイミングは、第１の実施形態に比べ、Ｈ／２期間早いタイミングとなる。次に、領域Ｃ及び領域Ｄは、同期信号から約Ｈ／２期間後から変換画像の書き込みが開始される。よって、領域Ｃ及び領域Ｄの第１光源輝度変更タイミング、及び、第２光源輝度変更タイミングは、図３６に示すように、図３５に対しＨ／２期間遅いタイミングとなる。すなわち、バックライト１０１の複数の光源１０３の垂直方向の位置により、第１光源輝度変更タイミングと第２光源輝度変更タイミングを変更し、複数の光源１０３毎に、第１の実施形態と同様に、現フレームの光源輝度と、前フレームの光源輝度の比較結果に基づき、第１光源輝度変更タイミングと第２光源輝度変更タイミングを制御することで、第１の実施形態と同様の効果が、複数の光源１０３により構成されたバックライト１０１においても得ることができる。

（画像表示部１００）
画像表示部１００は、光変調素子部としての液晶パネル１０２と、光源部としてのバックライト１０１により構成される。バックライト１０１の光源１０３は、第１の実施形態と同様に、発光輝度の制御が容易であるＬＥＤ光源をバックライト１０１の光源として用い、ＬＥＤ光源をＰＷＭ制御により輝度変調する構成とした。そのため、光源制御信号は、複数の各光源１０３の光源輝度に応じたＰＷＭ信号としてバックライト１０１に入力される。画像表示部１００は、階調変換部１３０で変換された変換画像を液晶パネル１０２に書き込む。また、画像表示部１００は、光源制御部１２０により生成された複数の光源毎の光源制御信号に基づきバックライト１０１を点灯させることにより、画像表示部１００に画像が表示される。

上記の各実施形態では、液晶パネル１０２とバックライト１０１とを組み合わせた透過型液晶表示装置について説明してきたが、本発明は、透過型液晶表示装置以外にも様々な画像表示装置に適応可能である。例えば、光変調素子としての液晶パネル１０２と、ハロゲン光源等の光源を組み合わせた投射型の画像表示装置にも適用可能である。また、光源部としてのハロゲン光源と、ハロゲン光源からの光の反射を制御することにより画像の表示を行うデジタルマイクロミラーデバイスを光変調素子として利用する投射型の画像表示装置でも良い。

第１の実施形態の画像表示装置の構成を示す図。 第１の実施形態の光源制御部の構成を示す図。 第１の実施形態の画像表示装置が生成する光源制御信号を示す図。 第１の実施形態の画像表示装置が生成する光源制御信号を示す図。 入力画像及び光源輝度を示す図。 １ライン目の書込みタイミングで光源輝度を変更した場合の画像表示部が表示する画面輝度を示す図。 図６のタイミングで光源輝度を変更する場合の画面輝度及び光源輝度を示す図。 液晶パネルへの書込みが終了するタイミングで光源輝度を変更した場合の画像表示部が表示する画面輝度を示す図。 図７のタイミングで光源輝度を変更する場合の画面輝度及び光源輝度を示す図。 入力画像及び光源輝度を示す図。 １ライン目の書込みタイミングで光源輝度を変更した場合の画像表示部が表示する画面輝度を示す図。 図１１に示すタイミングで光源輝度を変更する場合の画面輝度及び光源輝度を示す図。 液晶パネルへの書込みが終了するタイミングで光源輝度を変更した場合の画像表示部が表示する画面輝度を示す図。 図１３に示すタイミングで光源輝度を変更した場合の画面輝度及び光源輝度を示す図。 第１の実施形態の光源制御部の構成を示す図。 第２の実施形態の画像表示装置が生成する光源制御信号を示す図。 第２の実施形態の画像表示装置が生成する光源制御信号を示す図。 第２の実施形態の光源制御部の別の構成を示す図。 第３の実施形態の画像表示装置の構成を示す図。 第３の実施形態の光源制御部の構成を示す図。 第３の実施形態の画像表示装置が生成する光源制御信号を示す図。 第３の実施形態の画像表示装置が生成する光源制御信号を示す図。 第４の実施形態の光源制御部の構成を示す図。 第４の実施形態の画像表示装置が生成する光源制御信号を示す図。 第４の実施形態の画像表示装置が生成する光源制御信号を示す図。 第５の実施形態の光源制御部の構成を示す図。 第５の実施形態の画像表示装置が生成する光源制御信号を示す図。 第５の実施形態の画像表示装置が生成する光源制御信号を示す図。 第６の実施形態の光源制御部の構成を示す図。 第６の実施形態のバックライトの構成を示す図。 １つの光源が発光した場合の輝度分布を示す模式図。 複数の光源が点灯した場合の光源輝度分布を示す模式図。 第６の実施形態の光源輝度分布算出部の構成を示す図。 複数の光源を有するバックライトの例を示す図。 第６の実施形態の画像表示装置が生成する光源制御信号を示す図。 第６の実施形態の画像表示装置が生成する光源制御信号を示す図。

符号の説明

１００・・・画像表示部
１０１・・・バックライト
１０２・・・液晶パネル
１１０・・・制御パラメータ設定部
１２０・・・光源制御部
１３０・・・階調変換部
１４０・・・シーンチェンジ検出部
１５０・・・光源輝度分布算出部

１２１・・・第１の光源輝度変更タイミング信号生成部
１２２・・・第２の光源輝度変更タイミング信号生成部
１２３・・・第３の光源輝度変更タイミング信号生成部
１２４・・・光源輝度比較部
１２５・・・選択部
１２６・・・光源制御信号生成部
１２７・・・光源輝度変更タイミング遅延部

１０３・・・光源
１０４・・・分割領域

１５１・・・輝度分布取得部
１５２・・・ＬＵＴ
１５３・・・輝度分布合成部

Claims (12)

1. 輝度を制御可能な光源と、
   入力動画像信号の１フレームの画素値に基づいて、フレームごとに前記光源の輝度値を決定する光源輝度決定部と、
   前記輝度値に対応するように前記入力画像信号の各画素値を変換し、表示画像信号の各画素値を求める変換部と、
   前記表示画像信号の各画素値に応じて、前記光源からの光の透過率又は反射率を変調することで画像を表示する光変調部と、
   現フレームの前記輝度値と前記現フレームの１つ前のフレームの前記輝度値との間の変化に応じて、１フレーム期間内で前記光源の輝度を変更する変更タイミングを選択する選択部と、
   選択された変更タイミングで、前記光源輝度決定部から得られた輝度値に従い前記光源の輝度値を変更する制御部と、
   を具備したことを特徴とする画像表示装置。
   
2. 前記選択部は、前記現フレームに対応する前記輝度値から、前記現フレームの１つ前のフレームに対応する前記輝度値を引いた差分値を求め、前記差分値が第１の閾値よりも小さくなるように変化する場合には前記現フレームの先頭から第1の期間経過した第1のタイミングを選択し、前記差分値が前記第１の閾値よりも大きくなるように変化する場合には、前記第１の期間よりも長い第２の期間経過した第２のタイミングを選択することを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
   
3. 前記選択部は、前記第１の閾値が０であり、前記輝度値が減少する場合には前記第1のタイミングに、前記輝度値が増加する場合には前記第２のタイミングにおいて前記光源の輝度を変更すること特徴とする請求項２記載の画像表示装置。
   
4. 前記選択部は、前記現フレームの次のフレームの前記第１のタイミングを、前記現フレームの前記第２のタイミングとして選択することを特徴とする請求項３記載の画像表示装置。
   
5. 前記選択部は、前記差分値の絶対値が所定の第２の閾値よりも小さい前記現フレームを表示する場合には、前記現フレームの先頭から前記第１の期間よりも長く前記第2の期間よりも短い期間である第３の期間が経過した第３のタイミングを前記変更タイミングとして選択することを特徴とする請求項３記載の画像表示装置。
   
6. 前記選択部は、前記差分値が大きくなるに従って前記現フレームの先頭からの期間が長くなるタイミングで前記光源の輝度を変更するように制御することを特徴とする請求項２記載の画像表示装置。
   
7. 前記入力動画像信号に基づき前記現フレームと前記１つ前のフレームとの間のシーンチェンジを検出する検出手段をさらに備え、
   前記選択部は、前記シーンチェンジが検出された場合には、前記現フレームの前記輝度値と、前記現フレームの１つ前のフレームの前記輝度値との変化に応じて、前記光源の強度を変更する変更タイミングを選択することを特徴とする請求項1記載の画像表示装置。
   
8. 前記入力動画像信号に基づき前記フレームと前記１つ前のフレーム間のシーンチェンジを検出する検出手段をさらに備え、
   前記選択部は、前記シーンチェンジが検出された場合には、前記差分値に応じて前記第1または第２のタイミングを選択し、前記シーンチェンジが検出されなかった場合には、前記第１のタイミングと前記第２のタイミングの間の期間にある第３のタイミングを選択することを特徴とする請求項２又は３記載の画像表示装置。
   
9. 前記選択部は、前記シーンチェンジが検出され、かつ前記差分値が第２の閾値よりも大きい場合には、前記現フレームの前記輝度値と、前記現フレームの１つ前のフレームの前記輝度値との変化に応じて、前記光源の輝度を変更する変更タイミングを選択することを特徴とする請求項７記載の画像表示装置。
   
10. 表示するフレーム内の複数の領域に対応して設けられ、それぞれ光の輝度を制御可能な複数の光源と、
    入力動画像信号の前記フレームの領域毎の画素値に基づいて、前記光源毎に輝度値を決定する光源輝度決定部と、
    前記輝度値に対応するように前記入力画像信号の各画素値を変換し、表示画像信号の各画素値を求める変換部と、
    前記表示画像信号の各画素値に応じて、前記光源からの光の透過率又は反射率を変調することで画像を表示する光変調部と、
    前記領域の、現フレームの前記輝度値と前記現フレームの１つ前のフレームの前記輝度値との変化に応じて、前記光源の輝度を変更する変更タイミングを選択する選択部と、
    前記選択部が求めた前記現フレームの前記輝度値と前記１つ前のフレームとの変化に応じて
    選択された変更タイミングで、前記光源輝度決定部から得られた前記輝度値に従い前記光源の輝度を変更する制御部と、
    を具備したことを特徴とする画像表示装置。
    
11. 入力動画像信号の１フレームの画素値に基づいて、光の輝度を制御可能な光源の輝度値をフレームごとに決定するステップと、
    前記輝度値に対応するように前記入力画像信号の各画素値を変換し、表示画像信号の各画素値を求めるステップと、
    現フレームの前記輝度値と前記現フレームの１つ前のフレームの前記輝度値との間の変化に応じて、前記光源の輝度を変更する変更タイミングを選択するステップと、
    前記光源からの光の透過率又は反射率を変調することで画像を表示する光変調部に、前記表示画像信号の各画素値に応じた画像を書き込むステップと、
    選択された前記変更タイミングで、求められた輝度値に従い前記光源の輝度を変更するステップと、
    を有することを特徴とする画像表示方法。
    
12. 輝度を制御可能な光源と、入力動画像信号の１フレームの画素値に基づいて、フレームごとに前記光源の輝度値を決定する光源輝度決定部と、を有する画像表示装置を制御する制御装置であって、
    前記輝度値に対応するように前記入力画像信号の各画素値を変換し、表示画像信号の各画素値を求める変換部と、
    前記表示画像信号の各画素値に応じて、前記光源からの光の透過率又は反射率を変調することで画像を表示する光変調部と、
    現フレームの前記輝度値と前記現フレームの１つ前のフレームの前記輝度値との間の変化に応じて、１フレーム期間内で前記光源の輝度を変更する変更タイミングを選択する選択部と、
    選択された変更タイミングで、前記光源輝度決定部から得られた輝度値に従い前記光源の輝度値を変更する制御部と、
    を具備したことを特徴とする制御装置。

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