JP5491702B2 - 画像表示装置および画像表示方法 - Google Patents

Description

本発明は、画像表示装置および画像表示方法に関するものである。

従来から、液晶表示装置において、表示ダイナミックレンジの拡大、低消費電力化等の目的で、バックライトの輝度制御が行われている。

例えば、特開２００５−３０９３３８号公報（特許文献１）ではバックライトの輝度の変調率を入力画像中の最大輝度値から求めることで、入力画像中の最大輝度が表示できるようにバックライトの輝度制御を行っている。
特開２００５−３０９３３８号公報

しかし、画像中の輝度の最大値は、時間・空間的な変動が激しいため、それに基づいて算出されたバックライトの輝度の変動も激しくなり、表示がちらつく。

本発明は、表示のちらつきを抑制しつつ、高表示ダイナミックレンジかつ低消費電力な画像表示が可能な画像表示装置および画像表示方法を提供する。

本発明の一態様としての画像表示装置は、
光を発光するバックライトと、
前記バックライトからの光を変調することにより画像表示を行う液晶パネルと、
前記バックライトの発光輝度に応じて定まる前記液晶パネルにより表示可能な輝度範囲の中心値と、入力画像を形成する各画素の輝度の中心値とが略一致するように、前記バックライトの発光輝度を算出するバックライト輝度算出部と、
算出された発光輝度で発光するように前記バックライトの発光を制御するバックライト制御部と、
前記算出された発光輝度に応じて前記入力画像の各画素の輝度を補正する輝度補正部と、
補正された入力画像に基づいて前記液晶パネルの変調を制御する液晶制御部と、
を備える。

本発明の一態様としての画像表示方法は、
光を発光するバックライトと、前記バックライトからの光を変調することにより画像表示を行う液晶パネルとを備えた画像表示装置において実行する画像表示方法であって、
前記バックライトの発光輝度に応じて定まる前記液晶パネルにより表示可能な輝度範囲の中心値と、入力画像を形成する各画素の輝度の中心値とが略一致するように、前記バックライトの発光輝度を算出するバックライト輝度算出ステップと、
算出された発光輝度で発光するように前記バックライトの発光を制御するバックライト制御ステップと、
前記算出された発光輝度に応じて前記入力画像の各画素の輝度を補正する輝度補正ステップと、
補正された入力画像に基づいて前記液晶パネルの変調を制御する液晶制御ステップと
を備えたことを特徴とする。

本発明により、表示のちらつきを抑制しつつ、高表示ダイナミックレンジかつ低消費電力な画像表示が可能となる。

以下に図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による画像表示装置について図面を参照して説明する。

画像表示装置の構成
本実施形態による画像表示装置の構成を図１に示す。本実施形態による画像表示装置は、輝度算出部１１と、液晶透過率補正部１２と、バックライト制御部１３と、バックライト１４と、液晶制御部１５と、複数の画素がマトリクス状に配列された液晶パネル１６と、を備えている。

輝度算出部１１は、１フレームの画像信号に基づいて、表示に適したバックライト１４の輝度変調率を算出する。液晶透過率補正部１２は算出されたバックライト１４の輝度変調率（発光輝度）に基づいて、上記画像信号における各画素の輝度（光透過率）を補正し、補正された画像信号を液晶制御部１５に出力する。バックライト制御部１３は輝度算出部１１によって算出された輝度変調率に基づきバックライト１４を点灯（発光）させる。バックライト１４はバックライト制御部１３の制御により点灯する。液晶制御部１５は液晶透過率補正部１２によって補正された画像信号に基づいて液晶パネル１６を制御する。液晶パネル１６は液晶制御部１５の制御によりバックライト１４からの透過光量を変化させる。すなわち、液晶パネル１６は、バックライト１４の発光を変調することにより上記１フレームの画像信号に対応する画像を表示する。

以下に各部の構成および動作の詳細を述べる。

バックライト１４
バックライト１４はバックライト制御部１３の制御により強弱に点灯し、液晶パネル１６を背面から照射する。バックライト１４の一具体例の構成を図２（ａ−１）、図２（ａ−２）、図２（ｂ）、図２（ｃ）に示す。図２（ａ−１）、図２（ａ−２）、図２（ｂ）、図２（ｃ）に示すようにバックライト１４は少なくとも１つ以上の光源を備えている。光源の配置は、図２（ａ−１）、図２（ａ−２）、図２（ｂ）に示すように、液晶パネル１６背面に光源を配置する直下式でもよいし、図２（ｃ）に示すように液晶パネル１６側面に光源を配置し、図示しない導光板やリフレクタにより液晶パネル１６背面に光を導くことにより液晶パネル１６を背面から照射するエッジライト式でもよい。光源はＬＥＤ、冷陰極管、熱陰極管等が適している。特にＬＥＤは最大発光可能輝度と最小発光可能輝度の幅が広く、高いダイナミックレンジでの発光制御が可能であるので、光源として用いるのが好ましい。バックライト１４はバックライト制御部１３によって発光強度（発光輝度）および発光タイミングが制御可能となっている。

バックライト制御部１３
バックライト制御部１３は輝度算出部１１によって算出されたバックライト１４の輝度変調率に基づきバックライト１４を点灯させる。輝度変調率とは、バックライト１４を最も明るく点灯させたときのバックライト１４の発光輝度に対して、どれくらいの比率の発光輝度でバックライト１４を発光させるかを示す値とする。図３（ａ）および図３（ｂ）にＰＷＭ(Pulse Width Modulation)方式を用いてバックライト１４を制御する場合のバックライト制御部１３の出力例を示す。図３（ａ）、図３（ｂ）は、バックライトが常に点灯している時の発光輝度に対して、各々、輝度変調率０．５、輝度変調率０．７５に対応するＰＷＭ制御信号を出力する場合の出力例を示している。ＰＷＭ方式では１周期の間の点灯期間の割合を変化させることによりバックライト１４の輝度制御を行う。このようにバックライト制御部１３は、バックライト１４の発光強度（発光輝度）および発光タイミングを制御可能である。

輝度算出部１１
輝度算出部１１は画像信号から表示に適したバックライト１４の輝度変調率を算出する。この輝度算出部１１の一具体例の構成を図４（ａ）に示す。図４（ａ）の輝度算出部１１はRGB最大値算出部２１と、ガンマ変換部２２と、平均値算出部２３と、を備えている。

RGB最大値算出部２１は、各画素におけるＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のそれぞれに対応する画像信号のうちの最大値を求め出力する。以降ではRGB最大値算出部２１で算出された信号をＲＧＢ最大信号と呼ぶ。

ガンマ変換部２２は入力されたＲＧＢ最大信号をガンマ変換により相対輝度Ｌ_ＭＡＸに変換する。入力画像信号が［０，２５５］の範囲の信号であるとすると、この変換は例えば、

で表される。ここで、Ｓ_ＭＡＸはRGB最大値算出部２１で算出されたＲＧＢ最大信号である。γ、αは任意の実数で良いが、一般的に最も簡略にこの変換を行う場合にはα＝０．０、γ＝２．２が用いられる。これらの変換は乗算器等を用いて直接に算出しても良いし、ルックアップテーブルを用いて算出してもよい。以降では、RGB最大値算出部２１とガンマ変換部２２との組によって算出された相対輝度Ｌ_ＭＡＸをＲＧＢ最大輝度と呼ぶ。

RGB最大値算出部２１による演算とガンマ変換部２２による演算の順序は逆でも良く、この場合の輝度算出部１１の構成を図４（ｂ）に示す。ガンマ変換部２８は入力された画像信号をガンマ変換によりＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の相対輝度Ｌ_Ｒ、Ｌ_Ｇ、Ｌ_Ｂに変換する。画像信号がＲ、Ｇ、Ｂの各色に対応する［０，２５５］の範囲の信号であるとすると、この変換は例えば、

で表される。ここで、Ｓ_Ｒ、Ｓ_Ｇ、Ｓ_ＢはＲ、Ｇ、Ｂに対応する画像信号値である。γ、αは任意の実数で良いが、一般的に最も簡略にこの変換を行う場合にはα＝０．０、γ＝２．２が用いられる。これらの変換は乗算器等を用いて直接に算出しても良いし、ルックアップテーブルを用いて算出してもよい。また、この場合、RGB最大値算出部２９は、ガンマ変換部２８で算出された各画素におけるＲ、Ｇ、Ｂのそれぞれに対応する相対輝度のうちの最大値を求め出力する。

平均値算出部２３は、複数の画素のＲＧＢ最大輝度からＲＧＢ最大輝度の平均値を算出する。平均値算出部２３において、平均値の算出の対象となる空間範囲は、液晶パネル１６全体の範囲でも良いし、これより小さい範囲でも良い。

輝度算出部１１は平均値算出部２３で算出された平均相対輝度に液晶パネル１６の表示ダイナミックレンジの平方根を乗じた値をバックライト１４の輝度変調率として出力する。この演算は、乗算器によって行っても良いし、図５に示すように、あらかじめ平均相対輝度とバックライト１４の輝度変調率との関係をルックアップテーブル（ＬＵＴ）化しておき、このルックアップテーブルを参照することによって実現しても良い。ここで、液晶パネル１６の表示ダイナミックレンジとは、液晶パネル１６単体の表示コントラスト特性により決定される値であり、液晶パネル１６の、（最大表示可能輝度）／（最小表示可能輝度）の値とする。例えば、液晶パネル１６がコントラスト比１０００：１（（最大表示可能輝度）：（最小表示可能輝度））のコントラスト特性を有する場合には、ここで言う液晶パネル１６の表示ダイナミックレンジは１０００である。

平均値算出部２３で算出された平均の相対輝度をＬ_ＭＥＡＮ、液晶パネル１６の表示ダイナミックレンジをＤ_Ｐとすると、輝度算出部１１の出力（バックライト１４の輝度変調率）Ｌ_ｓｅｔは、平均値算出部２３で算出された平均の相対輝度に液晶パネル１６の表示ダイナミックレンジの平方根を乗じた値、すなわち

である。バックライト１４がこの変調率どおりの相対輝度で発光するとした場合、このバックライト輝度の変調によって本画像表示装置で表示可能となる最大の相対輝度Ｌ_Ｕおよび最小の相対輝度Ｌ_Ｌは、

となる。したがって、相対輝度の対数値で考えた場合の、本画像表示装置で表示可能となる相対輝度の範囲の中心Ｌｏｇ（Ｌ_Ｃ）は、

であり、すなわち、

となる。よって、相対輝度の対数値で考えた場合の、本画像表示装置で表示可能となる相対輝度の範囲の中心の相対輝度と平均値算出部２３で算出された平均の相対輝度とが一致する。このように、平均値算出部２３で算出された平均の相対輝度に液晶パネル１６の表示ダイナミックレンジの平方根を乗じた値をバックライト１４の輝度変調率とすることにより、平均値算出部２３で算出された平均の相対輝度と、相対輝度の対数値で考えた場合の、本画像表示装置で表示可能となる相対輝度の範囲の中心の相対輝度とを一致させることができる。

なお、以上のようにバックライト１４の輝度変調率を算出したとしても、後述する液晶透過率補正部１２における画像信号の透過率の補正（輝度の補正）を行わない場合には、バックライト１４の輝度変調により単に表示画像が暗くなるだけであることに注意されたい。

また、輝度算出部１１において算出されるバックライト１４の輝度変調率は、平均値算出部２３で算出された平均の相対輝度に液晶パネル１６の表示ダイナミックレンジの平方根を乗じた値に限られたものではなく、バックライト輝度の変調によって表示可能となる輝度範囲の中心が、入力画像の輝度の画面内での平均値に一致するような値であれば良い。したがって、上記乗算器において平均の相対輝度に乗ぜられる値は、液晶パネル１６の表示ダイナミックレンジの平方根に近い値であってもよいし、または、上記ルックアップテーブルにおける平均の相対輝度とバックライト１４の輝度変調率との関係は、バックライト輝度の変調によって表示可能となる輝度範囲の中心が、入力画像の輝度の画面内での平均値に一致するように経験的・実験的に決定された関係であってよい。

液晶透過率補正部１２
液晶透過率補正部１２は輝度算出部１１において算出されたバックライト１４の輝度変調率と、入力された画像信号とに基づいて、液晶パネル１６の各画素における画像信号の輝度（透過率）を補正し、補正された画像信号を液晶制御部１５に出力する。この液晶透過率補正部１２の一具体例の構成を図６に示す。

この液晶透過率補正部１２はガンマ変換部３１と、除算部３２と、ガンマ補正部３３と、を備えている。ガンマ変換部３１は、輝度算出部１１におけるガンマ変換部２２と同じ構成を有する。なお、液晶透過率補正部１２におけるガンマ変換部３１によって算出される値は、輝度算出部１１における相対輝度に代えて、特に光透過率と呼ぶこともある。液晶透過率補正部１２におけるガンマ変換部３１と輝度算出部１１におけるガンマ変換部２２とを一つの構成要素として構成することもできる。

ガンマ変換部３１は、入力された画像信号をＲ、Ｇ、Ｂの光透過率に変換する。つまり、ガンマ変化部は（３）式で表される変換を行う。

ここで、Ｓ_Ｒ、Ｓ_Ｇ、Ｓ_ＢはＲ、Ｇ、Ｂに対応する画像信号値であり、Ｔ_Ｒ、Ｔ_Ｇ、Ｔ_ＢはそれぞれＲ、Ｇ、Ｂ各色に対応する光透過率である。ガンマ変換部３１のγ、αの値は輝度算出部１１におけるガンマ変換部２２のγ、αの値と同一の値であっても良いし、異なる値であっても良い。

除算部３２はガンマ変換部３１によって算出された各画素のＲ、Ｇ、Ｂの光透過率を、輝度算出部１１で算出されたバックライト１４の輝度変調率に基づき補正して、補正光透過率を算出する。除算部３２による演算は、ガンマ変換部３１によって算出された各画素のＲ、Ｇ、Ｂの光透過率を輝度算出部１１で算出されたバックライト１４の輝度変調率で除算するよう構成された除算器による演算でもよいし、あらかじめ入出力に対応する値の関係を保持したルックアップテーブルを保持しておき、このルックアップテーブルを参照して補正光透過率を算出する演算でも良い。

ガンマ補正部３３は除算部３２において算出された補正光透過率にガンマ補正を施し、液晶制御部１５に出力するための画像信号に変換する。出力される画像信号をＲ、Ｇ、Ｂに対応する［０，２５５］の範囲の信号であるとすると、このガンマ補正は例えば、下記の（４）式を用いて行われる。

ここで、Ｔ´_Ｒ、Ｔ´_Ｇ、Ｔ´_ＢはそれぞれＲ、Ｇ、Ｂ各色に対応する補正光透過率であり、Ｓ´_Ｒ、Ｓ´_Ｇ、Ｓ´_ＢはそれぞれＲ、Ｇ、Ｂに対応する出力画像信号値である。γ、αは任意の実数で良いが、γを液晶パネル１６のガンマ値、αを液晶パネル１６の最小光透過率とすることにより、入力信号に忠実な画像の再生を可能とすることが可能である。また、ガンマ補正はこの変換に限らず、必要に応じて公知の変換方式で代用しても良いし、液晶パネル１６のガンマ変換テーブルに従った逆変換としてもよい。これらの変換は乗算器等を用いて直接に算出としても良いし、ルックアップテーブルを用いて算出してもよい。

液晶透過率補正部１２の変更例
液晶透過率補正部１２の動作は入力されたバックライト１４の輝度変調率と画像信号によって決まるので、液晶透過率補正部１２は、図７に示すように、輝度算出部１１において算出されたバックライト１４の輝度変調率と画像信号とに基づいてあらかじめ設定されたルックアップテーブルを参照して、透過率の補正された画像信号を算出する構成としても良い。

液晶透過率補正部１２にかかる効果
以上のように実施された液晶透過率補正部１２の動作による効果を、図８（ａ）および図８（ｂ）を参照して説明する。補正前の光透過率はバックライト１４の相対輝度が最大、すなわち１．０である場合を想定している。したがって、液晶の光透過率の補正なしにバックライト１４の輝度を変更した場合、実際の表示は入力された画像信号で想定されていた表示とは大きく異なる表示となる。そこで、輝度算出部１１において算出されたバックライト１４の輝度変調率を用いて、液晶透過率補正部１２において液晶の光透過率の補正を行う。液晶透過率補正部１２では、補正前の光透過率を輝度算出部１１で算出されたバックライト１４の輝度変調率で除算する。これにより、図８（ａ）に示すように、補正光透過率は補正前の光透過率と比べて大きく設定されることとなる。そして、実際に観察者に提示される映像は（バックライトの輝度）×（液晶の光透過率）で近似されうるので、図８（ｂ）に示すように、補正光透過率にバックライト１４の輝度を乗じて得られる相対輝度を、入力された画像信号が想定している表示に近い表示とすることができる。

輝度算出部１１および液晶透過率補正部１２にかかる動作
以上のように構成された輝度算出部１１および液晶透過率補正部１２による動作と絡めて、本実施形態の効果を図９および図１０を参照して、説明する。

図９は液晶パネル１６の表示ダイナミックレンジが６０ｄＢ、つまり液晶パネル１６のコントラスト比が１０００：１の場合における、本実施形態による効果を説明するための図である。この例のように液晶パネル１６の表示ダイナミックレンジが６０ｄＢの液晶表示装置の場合、この液晶表示装置で表示可能な相対輝度の範囲は、バックライト１４の相対輝度からバックライト１４の相対輝度−６０ｄＢに渡る６０ｄＢの範囲である。

入力された画像信号の相対輝度は、図のヒストグラムのように、その平均の相対輝度を中心に幅広く分布する。輝度算出部１１は平均値算出部２３で算出された平均の相対輝度に液晶パネル１６の表示ダイナミックレンジの平方根を乗じた値をバックライト１４の輝度変調率として出力する。液晶パネル１６の表示ダイナミックレンジが６０ｄＢの場合には、バックライト１４の輝度変調率は、平均値算出部２３で算出された平均の相対輝度に１０００の平方根を乗じた値となる。これを相対輝度の対数軸に即して考えれば、バックライト１４の輝度変調率は、平均値算出部２３で算出された平均の相対輝度に６０ｄＢを１／２倍した値、つまり３０ｄＢを足した値となる。バックライト１４がバックライト１４の輝度変調率と同じ相対輝度で点灯すると仮定すると、この変調率でバックライト１４を点灯させた場合にこの液晶表示装置で表示可能な輝度の範囲は、図のように、入力された画像信号の平均の相対輝度を中心に±３０ｄＢの範囲となる。

図１０は、本実施形態により得られる効果をより一般的に説明する図である。

一般に、液晶パネル１６で変調可能な相対輝度の範囲は、画像信号の相対輝度の範囲に対して狭いため、入力される画像信号によってはバックライト１４の輝度をいかように変調しようとも入力画像信号どおりには表示できないような場合が生じる。たとえば、入力された画像信号の相対輝度が０から１まで広く分布している場合、この画像信号すべてを液晶表示装置で忠実に再現することは出来ない。

また、入力された画像信号のほとんどが暗い部分であり、一部のみが明るいような画像信号であった場合に、画像信号の最大輝度にバックライト１４の輝度が合うようにバックライト１４を点灯させると、画像信号の一部のみを占める明るい部分は画像信号に忠実に再現できるが、一方で画像信号のほとんどを占める暗い部分は再現できなくなってしまう。

これに対し、本実施形態による画像表示装置によれば、画像信号の大半を占める輝度に対して、その輝度が表示ダイナミックレンジの中心になるようにバックライト１４の輝度を制御するため、入力画像信号の大半を忠実に再現可能となる。

また、入力画像中の輝度の最大値に基づいてバックライト１４の輝度を決定すると、入力画像中の輝度の最大値は、時間的・空間的な変動が激しいことから、それに基づいて算出されたバックライト１４の輝度の変動も激しくなってしまい、表示がちらつくという問題がある。これは、発明の解決しようとする課題の欄でもすでに述べたところである。さらに、入力画像中の輝度の最大値は、入力画像中の微小な領域の輝度であることが多く、この場合、入力画像中の微小な領域の輝度変動が、バックライト輝度を介して画像全体に影響してしまうこととなり、ちらつきの発生を助長してしまう。また、この場合、たとえバックライト１４の輝度の変動を補償するために、画像信号の補正を行ったとしても、画像信号の補正によっても補償しきれない輝度の変動や画像信号の補正によって逆に増幅されてしまう輝度の変動が生じてしまい、ちらつきの発生は抑えきれない。

これに対し、本実施形態による表示装置では、入力画像中の平均値に基づいてバックライト１４の輝度が設定される。平均値は、最大値と比べて時間的・空間的変動の小さい、安定した値であるため、上述したようなちらつきは発生し難い。また、平均値は画像中の多くの領域の輝度が反映された値であり、その輝度の変動によりバックライト１４の輝度が変動し、画像全体の表示輝度が変動したとしても、それは入力映像全体の輝度の変動に同調した輝度の変動であるため、ちらつきとは視認されにくい。

また、入力画像の輝度の平均に関して述べた上記の特徴は、その他、入力画像の輝度の中央値や入力画像の輝度の最頻値など、入力画像の輝度分布の中心を表す統計値（中心値）に関しても同様のことが言える。

したがって、本発明の輝度算出部１１は以下のような構成とすることも出来る。

輝度算出部１１の変更例１
本実施形態の輝度算出部１１は、図１１（ａ）に示すように、中央値算出部２４を有する構成としてもよい。

中央値算出部２４は、複数の画素のＲＧＢ最大輝度からＲＧＢ最大輝度の中央値を算出する。中央値算出部２４において、中央値の算出の対象となる空間範囲は、液晶パネル１６全体の範囲でも良いし、これより小さい範囲でも良い。

輝度算出部１１の変更例２
本実施形態の輝度算出部１１は、図１１（ｂ）に示すように、最頻値算出部２５を有する構成としてもよい。

最頻値算出部２５は、複数の画素のＲＧＢ最大輝度からＲＧＢ最大輝度の最頻値を算出する。最頻値算出部２５において、最頻値の算出の対象となる空間範囲は、液晶パネル１６全体の範囲でも良いし、これより小さい範囲でも良い。

輝度算出部１１の変更例３
または、輝度算出部１１において平均値を算出する対象となる値は、画像信号に対する厳密な相対輝度の値である必要はない。たとえば図１２（ａ）に示すように平均値算出部２３は入力画像信号に対応する値の平均値を算出し、輝度算出部１１は平均値算出後にガンマ変換部２２によって相対輝度に対応する値に変換する構成としてもよい。平均値を算出する前にガンマ変換を行うのと、平均値算出後にガンマ変換を行うのとでは、算出される輝度の平均値に若干の違いが現れるが、その違いはさほど大きくなく、どちらも、バックライト輝度の変調によって表示可能となる輝度範囲の中心が、入力画像の輝度の画面内での平均値に一致するようにバックライト輝度変調率を算出するという輝度算出部１１の構成から外れるものではない。

または、輝度算出部１１は図１２（ｂ）に示すように平均値算出部２３において平均値を算出する前後にてガンマ変換部２６、２７によるガンマ変換を行い、相対輝度に対応する値に変換する構成としても良い。

液晶パネル１６および液晶制御部１５
液晶パネル１６は、本実施形態ではアクティブマトリクス型であり、図１３に示すように、アレイ基板２４上に複数本の信号線２１およびこれと交差する複数本の走査線２２が図示しない絶縁膜を介して配置されており、両線の各交差領域には画素２３が形成されている。信号線２１および走査線２２の端部は、信号線駆動回路２５および走査線駆動回路２６にそれぞれ接続されている。各画素２３は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）からなるスイッチ素子３１と、画素電極３２と、液晶層３５と、補助容量３３と、対向電極３４とを備えている。なお、対向電極３４は全ての画素２３に共通の電極となっている。

スイッチ素子３１は、画像信号書込み用のスイッチ素子であり、そのゲートは１水平ライン毎に共通に走査線２２に接続され、ソースは１垂直ライン毎に信号線２１に共通に接続されている。さらに、ドレインは画素電極３２に接続されるとともに、この画素電極３２と電気的に並列に配置された補助容量３３に接続されている。

画素電極３２は、アレイ基板２４上に形成され、この画素電極３２と電気的に相対する対向電極３４は、図示しない対向基板上に形成されている。対向電極３４には、図示しない対向電圧発生回路から所定の対向電圧が与えられている。また画素電極３２と対向電極３４との間には液晶層３５が保持され、アレイ基板２４と上記対向基板の周囲は図示しないシール材により封止されている。なお、液晶層３５に用いる液晶材料は、どのようなものでも良いが、例えば、強誘電性液晶やＯＣＢ(Optically Compensated Bend)モードの液晶等が液晶材料として好適である。

走査線駆動回路２６は、図示しないシフトレジスタ、レベルシフタおよびバッファ回路等から構成されている。この走査線駆動回路２６は、図示しない表示比率制御部から制御信号として出力された垂直スタート信号や垂直クロック信号に基づいて、各走査線２２に行選択信号を出力する。

信号線駆動回路２５は、図示しないアナログスイッチ、シフトレジスタ、サンプルホールド回路、ビデオバス等から構成されている。この信号線駆動回路２５には、図示しない表示比率制御部から制御信号として出力された水平スタート信号および水平クロック信号が入力されるとともに、画像信号が入力されている。

液晶制御部１５は、液晶透過率補正部１２による補正後の液晶透過率となるように液晶パネル１６を制御する。

本実施形態にかかる効果
本実施形態にかかる画像表示装置によれば、平均効果により輝度の変動が緩和され、ちらつきが抑えられるとともに、広ダイナミックレンジかつ低消費電力な画像表示が可能となる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による画像表示装置について図を参照して説明する。

画像表示装置の構成
本実施形態による画像表示装置の構成を図１４に示す。第２実施形態による画像表示装置は、第１実施形態による画像表示装置と比べて、バックライト４４を構成する複数の光源の発光強度および発光タイミングが、バックライト制御部４３によって個別に制御可能である点が大きく異なっている。また、本実施形態による画像表示装置は輝度分布算出部４７を有していることが望ましく、本実施形態では輝度分布算出部４７を有しているものとする。

以下に各部の構成および動作の詳細を述べる。

バックライト４４
バックライト４４は複数の光源を有する。これらの光源はバックライト制御部４３の制御により個別に強弱に点灯し、液晶パネル４６を背面から照射する。

このバックライト４４の一具体例の構成を図１５（ａ−１）、図１５（ａ−２）、図１５（ｂ）、図１５（ｃ）に示す。図１５（ａ−１）、図１５（ａ−２）、図１５（ｂ）、図１５（ｃ）に示すようにバックライト４４は少なくとも１つ以上の光源を備えている。光源の配置は、図１５（ａ−１）、図１５（ａ−２）、図１５（ｂ）に示すように、液晶パネル４６背面に光源を配置する直下式でもよいし、図１５（ｃ）に示すように液晶パネル４６側面に光源を配置し、図示しない導光板やリフレクタにより液晶パネル４６背面に光を導くことにより液晶パネル４６を背面から照射するエッジライト式でもよい。

図１５では各光源は単一の発光素子から構成されるかのように示されているが、光源は図１６（ａ）のように単一の発光素子により構成しても良いし、図１６（ｂ）のように液晶パネル４６と平行ないしは垂直な面に沿って複数の発光素子を配置する構成としても良い。

発光素子はＬＥＤ、冷陰極管、熱陰極管等が適している。特にＬＥＤは最大発光可能輝度と最小発光可能輝度の幅が広く、高いダイナミックレンジでの発光制御が可能であるので、発光素子として用いるのが好ましい。光源はバックライト制御部４３によって発光強度（発光輝度）および発光タイミングが制御可能となっている。

バックライト制御部４３
バックライト制御部４３は輝度算出部４１によって算出された各光源の輝度変調率に基づきバックライト４４を構成する各光源を強弱に点灯させる。バックライト制御部４３は、バックライト４４を構成する各光源の発光強度（発光輝度）および発光タイミングを独立に制御可能である。

輝度算出部４１
第２の実施の形態による輝度算出部４１の構成例を図１７に示す。輝度算出部４１は画像信号から表示に適した各光源の輝度変調率を算出する。第２実施形態による輝度算出部４１は、平均値算出部５１の構成が第１実施形態による輝度算出部１１と大きく異なっている。

第２実施形態による輝度算出部４１の平均値算出部５１は、バックライト４４を構成する各光源に対して、その光源の液晶パネル４６に対する照射範囲に対応した空間範囲内で、複数の画素のＲＧＢ最大輝度からＲＧＢ最大輝度の平均値を算出する。平均値算出部５１において、各光源に対する平均値の算出の対象となる空間範囲は、各光源の照射範囲に概略一致した空間範囲でも良いし、これより大きい空間範囲でも小さい空間範囲でも良い。

第２実施形態による輝度算出部４１は平均値算出部５１で算出された各光源に対する平均の相対輝度に液晶パネル４６の表示ダイナミックレンジの平方根を乗じた値を各光源の輝度変調率として出力する。

あるいは、第２実施形態による輝度算出部４１は以下に述べるように変更しても良い。

第２実施形態による輝度算出部４１の変更例１
本実施形態の輝度算出部４１は、図１８に示すように、平均値算出部５２においてあらかじめ設定された重み係数を参照し、光源の液晶パネル４６に対する照射範囲に対応した空間範囲内で重み付き平均を算出する構成としても良い。

本変更例の平均値算出部５２は、複数の画素のＲＧＢ最大輝度からＲＧＢ最大輝度の重みつき平均を算出する。重み係数は例えば図１９に示すように各光源の照射範囲上での空間座標に対して重みが規定されるような係数でよい。重み係数はガウシアンフィルタのように周波数的にローパス特性を有する重み係数を用いることが出来る。本変更例の平均値算出部５２において、重みつき平均の算出の対象となる空間範囲は、液晶パネル４６全体の範囲でも良いし、これより小さい範囲でも良い。

周波数的にローパス特性を有する重み係数を用いて重み付き平均を算出することにより、隣接する光源の照射範囲間を画像信号上で陰影が移動した際、バックライト４４の点灯パターンの変化を陰影の移動に滑らかに追従させることができるという利点がある。

輝度算出部４１の変更例２
あるいは、本実施形態の輝度算出部４１は、図２０（ａ）、図２０（ｂ）および図２０（ｃ）に示すように、平均値算出部５２にて各光源の照射範囲に対応した空間範囲内で重み付き平均を算出するより前に、画像信号、ないしはＲＧＢ最大値算出部２１で算出されたＲＧＢ最大信号、ないしはガンマ変換部２２で算出されたＲＧＢ最大輝度に対して、解像度変換を施す構成としても良い。

本変更例の輝度算出部４１における解像度変換部５３は、画像信号、ないしはＲＧＢ最大信号、ないしはＲＧＢ最大輝度を、本画像表示装置に入力された画像信号よりも粗い空間解像度の信号に変換する。本変更例の輝度算出部４１における解像度変換部５３の解像度変換手法は、入力信号を単に疎にサンプリングする手法や、入力信号にローパスフィルタを施してから疎にサンプリングする手法の他、公知の解像度変換手法を用いることが出来る。

輝度算出部４１をこのように構成することにより、上記第２実施形態における輝度算出部４１の変更例１より少ない演算量で、隣接する光源の照射範囲間を画像信号上で陰影が移動した際の、バックライト４４の点灯パターンの追従性を改善することが可能となる。

輝度算出部４１の変更例３
あるいは、本実施形態の輝度算出部４１は、図２１（ａ）および図２１（ｂ）に示すように、平均値算出部５１で、各光源に対して光源の液晶パネル４６に対する照射範囲に対応した空間範囲内で平均値を算出した後に、算出された平均値ないしは輝度変調率に対してフィルタを施す構成としてもよい。

本変更例の輝度算出部４１におけるフィルタ５４は、各光源に対応する平均値ないしは輝度変調率に対して、各光源の照射位置間の関係に基づいて、空間方向のフィルタを施す。本変更例の輝度算出部４１におけるフィルタ５４は、例えばガウシアンフィルタのような、空間周波数的にローパス特性を有するフィルタ用いることが出来る。

輝度算出部４１をこのように構成することにより、上記第２実施形態における輝度算出部４１の変更例１より少ない演算量で、隣接する光源の照射範囲間を画像信号上で陰影が移動した際の、バックライト４４の点灯パターンの追従性を多少改善することが出来る。

輝度分布算出部４７
第２の実施の形態による輝度分布算出部４７は輝度算出部４１において算出された各光源の輝度変調率から、輝度変調率でバックライト４４を点灯させた際に実際にバックライト４４から液晶パネル４６に入射する光の輝度分布の予測値を算出する。

バックライト４４の各光源は実際のハードウェア構成に応じた発光分布を持つため、光源の点灯により液晶パネル４６に入射する光の強度もそれに応じた分布を持つ。ここでは液晶パネル４６に入射する光の強度を単にバックライト４４または光源の輝度と表現する。光源の輝度分布の例を図２２に示す。この輝度分布は、各光源の照射範囲の中心に対して対称であり、光源の照射範囲の中心から離れるに連れて相対輝度が減少している分布となっている。第ｎ番目の光源ｎを輝度変調率Ｌ_set,nで点灯させたときの各座標における相対輝度は、この輝度分布を用いて、

で表すことができる。（５）式においてｘ´_n、ｙ´_nは光源ｎの照射範囲の中心からの点の相対座標であり、Ｌ_p,nはその点における光源ｎの輝度分布である。

バックライト４４の各光源を相対輝度Ｌ_set,nで点灯させたときの各画素におけるバックライト４４の輝度分布は、各光源の輝度分布に各光源の輝度変調率を乗じた値の和として算出する。

バックライト４４の輝度分布の予測値の算出方法を図２３に模式的に示す。つまり、バックライト４４の輝度分布は各光源の輝度分布Ｌ_p,nを用いて、下記の（６）式で算出される。

（６）式においてｘ、ｙは液晶パネル４６上での画素の座標であり、ｘ_0,n、ｙ_0,nは液晶パネル４６上での光源ｎの照射範囲の中心の座標である。Ｎは光源の総数である。（６）式ではある画素でのバックライト４４の輝度分布を求めるにあたって、全ての光源の輝度変調率および輝度分布を用いるように定義されているが、その画素での輝度に対して影響の少ない光源の輝度変調率および輝度分布は、このバックライト４４の輝度分布の算出において省略することができる。

バックライト４４の輝度分布の算出において用いられる各光源の輝度分布は、これを適切な関数で近似して直接に算出しても良いし、予め用意したルックアップテーブルを用いて算出してもよい。

液晶透過率補正部４２
液晶透過率補正部４２は輝度分布算出部４７において算出されたバックライト４４の輝度分布の予測値と、入力された画像信号とに基づいて、液晶パネル４６の各画素における画像信号の透過率を補正し、補正された透過率の画像信号を液晶制御部４５に出力する。この液晶透過率補正部４２の一具体例の構成を図２４に示す。

この液晶透過率補正部４２はガンマ変換部３１と、除算部６１と、ガンマ補正部３３と、を備えている。

第２実施形態による液晶透過率補正部４２は、除算部６１がガンマ変換部３１によって算出された各画素のＲ、Ｇ、Ｂの光透過率と輝度分布算出部４７で算出されたバックライト４４の輝度の分布の予測値とから補正光透過率を算出するという点で第１実施形態による液晶透過率補正部１２と大きく異なっている。

第２実施形態による除算部６１はガンマ変換部３１によって算出された各画素のＲ、Ｇ、Ｂの光透過率と輝度分布算出部４７で算出されたバックライト４４の輝度の分布の予測値とから補正光透過率を算出する。除算部６１による演算は、ガンマ変換部３１によって算出された各画素のＲ、Ｇ、Ｂの光透過率を輝度分布算出部４７で算出されたバックライト４４の輝度分布の予測値で除算するよう構成された除算器による演算でもよいし、あらかじめ入出力に対応する値の関係を保持したルックアップテーブルを保持しておき、このルックアップテーブルを参照して補正光透過率を算出する演算に変えても良い。

液晶パネル４６および液晶制御部４５
第２実施形態による液晶パネル４６および液晶制御部４５は、第１実施形態による液晶パネル１６および液晶制御部１５と同じでよい。

本実施形態にかかる効果
本実施形態にかかる画像表示装置によれば、平均効果により輝度の変動が緩和され、ちらつきが抑えられるとともに、第１実施形態にかかる画像表示装置よりもさらに広ダイナミックレンジかつ低消費電力な画像表示が可能となる。

第１実施形態による画像表示装置の構成例を示す図。 第１実施形態によるバックライトの構成例を示す図。 バックライトの点灯方式を説明する図。 第１実施形態による輝度算出部の構成例を示す図。 第１実施形態による輝度算出部の他の構成例を示す図。 第１実施形態による液晶透過率補正部の構成例を示す図。 第１実施形態による液晶透過率補正部の他の構成例を示す図。 第１実施形態による液晶透過率補正部１２の動作による効果を説明する図。 第１実施形態による効果を具体的に説明する図。 第１実施形態による効果をより一般的に具体的に説明する図。 第１実施形態による輝度算出部のさらに他の構成例を示す図。 第１実施形態による輝度算出部のさらに他の構成例を示す図。 液晶パネルの構成例を示す図。 第２実施形態による画像表示装置の構成例を示す図。 第２実施形態によるバックライトの構成例を示す図。 光源の構成例を示す図。 第２実施形態による輝度算出部の構成例を示す図。 第２実施形態による輝度算出部の他の構成例を示す図。 重み係数を説明する図。 第２実施形態による輝度算出部のさらに他の構成例を示す図。 第２実施形態による輝度算出部のさらに他の構成例を示す図。 光源の輝度分布の例を示す図。 バックライトの輝度分布の予測値の算出方法を模式的に示す図。 第２実施形態による液晶透過率補正部の構成例を示す図。

符号の説明

１１：輝度算出部
１２：液晶透過率補正部
１３：バックライト制御部
１４：バックライト
１５：液晶制御部
１６：液晶パネル
２１：RGB最大値算出部
２２：ガンマ変換部
２３：平均値算出部
２４：中央値算出部
２５：最頻値算出部
２６：ガンマ変換部
２７：ガンマ変換部
２８：ガンマ変換部
２９：RGB最大値算出部
３１：ガンマ変換部
３２：除算部
３３：ガンマ補正部
４１：輝度算出部
４２：液晶透過率補正部
４３：バックライト制御部
４４：バックライト
４５：液晶制御部
４６：液晶パネル
４７：輝度分布算出部
５１：平均値算出部
５２：平均値算出部
５３：解像度変換部
５４：フィルタ
６１：除算部

Claims (8)

1. 光を発光するバックライトと、
   前記バックライトからの光を変調することにより画像表示を行う液晶パネルと、
   入力画像を形成する各画素の輝度の中心値に対して、前記液晶パネルの表示ダイナミックレンジの平方根を乗じることによって前記バックライトの発光輝度を算出するバックライト輝度算出部と、
   算出された発光輝度で発光するように前記バックライトの発光を制御するバックライト制御部と、
   前記算出された発光輝度に応じて前記入力画像の各画素の輝度を補正する輝度補正部と、
   補正された入力画像に基づいて前記液晶パネルの変調を制御する液晶制御部と、
   を備えた画像表示装置。
2. 前記各画素の輝度の中心値は、前記各画素の輝度の平均値である
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記各画素の輝度の中心値は、前記各画素の輝度の中央値である
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
4. 前記各画素の輝度の中心値は、前記各画素の輝度の最頻値である
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
5. 前記輝度補正部は、前記各画素の輝度を前記算出された発光輝度で除算することにより補正を行う
   ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の画像表示装置。
6. 前記バックライトは、それぞれ発光輝度を個別に制御可能な複数の光源を含み、
   前記バックライト輝度算出部は、前記光源毎に、前記光源の照射範囲に対応した前記液晶パネルの部分領域内における前記各画素を用いて、前記発光輝度を算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
7. 前記バックライト輝度算出部は、
   前記光源毎に、前記光源の照射範囲に対応した前記部分領域内の各画素について、前記部分領域内での相対位置に応じた重み係数を記憶しており、
   前記部分領域毎に、前記部分領域内の各前記画像の輝度の重み付き平均を計算し、計算した重み付き平均に、前記液晶パネルの表示ダイナミックレンジの平方根を乗じることにより、各前記光源の発光輝度を算出する
   ことを特徴とする請求項６に記載の画像表示装置。
8. 光を発光するバックライトと、前記バックライトからの光を変調することにより画像表示を行う液晶パネルとを備えた画像表示装置において実行する画像表示方法であって、
   入力画像を形成する各画素の輝度の中心値に対して、前記液晶パネルの表示ダイナミックレンジの平方根を乗じることによって前記バックライトの発光輝度を算出するバックライト輝度算出ステップと、
   算出された発光輝度で発光するように前記バックライトの発光を制御するバックライト制御ステップと、
   前記算出された発光輝度に応じて前記入力画像の各画素の輝度を補正する輝度補正ステップと、
   補正された入力画像に基づいて前記液晶パネルの変調を制御する液晶制御ステップと
   を備えた画像表示方法。

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