JP2007322942A - バックライト駆動装置、表示装置及びバックライト駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】消費電力の低減を図りつつ画質の向上を図ることができ、しかもバックライトの制御の安定化を図ることができるバックライト駆動装置等を提供すること。
【解決手段】各領域Ａ１〜Ａ９のうち、ある１つの領域から所定の領域分離れた領域に対応する光源ブロックによる寄与率（グラフの裾部分）をゼロとみなす補正が行われる。図７に示す例では、すべての領域Ａ１〜Ａ９について、発光輝度以下の発光輝度がゼロに補正されて描かれている。例えば中央の領域Ａ５を中心に見ると、領域Ａ５から２つ以上の領域分離れた領域Ａ１、Ａ２、Ａ８、Ａ９に対応する光源ブロック１、２、８、９による、領域Ａ５に対する寄与率は低いので、これがゼロとされる。これにより、領域Ａ５における輝度信号の微小な変化が、低寄与の光源ブロックの大きな輝度変化をもたらしてバックライトの制御が不安定になることを防止できる。
【選択図】図７

Description

本発明は、光の透過率を制御して映像を表示する表示装置、その表示装置に用いられるバックライトの駆動装置及びその駆動方法に関する。

光の透過率を制御して映像を表示する表示装置、例えば、液晶表示装置は、液晶パネルの画素が発光しないため、液晶パネルの背面側にバックライトを配置し、そのバックライトで液晶パネルの背面を照明して画像を表示させるようにしている。

従来、液晶表示装置においては、バックライトによって液晶パネルの表示画面全体を均一な明るさで照明し、液晶パネルの各画素の透過率を制御しバックライトから出射された光の遮蔽量を調整することにより、表示画面の各部において必要な輝度を得るようにしている。したがって、例えば、表示画面全体が暗い場合においても、バックライトは設定可能なほぼ最大の輝度で発光しており、バックライトが無駄に明るく発光し消費電力が大きいという問題がある。

このようなバックライトを備えた液晶表示装置の問題を解決するために、例えば、表示画面全体の表示輝度情報に基づいてバックライト全体の発光輝度を制御する方法が提案されている。

また、バックライトを構成する各光源に対応させて表示画面を複数の領域に分割し、その分割領域ごとに必要とされる表示輝度に対応して、部分的に光源の発光輝度を抑制する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。これにより、消費電力が低減される。

なお、上記した「発光輝度」とは、光源から光が出射されるときの輝度を言い、上記した「表示輝度」とは、光源から出射された光が表示部（表示画面）を透過したときの輝度を言う（以下、同じ）。
特開２００４−２１２５０３号公報（段落[００３５]）

ところが、上記した従来の発光輝度の部分的な制御では、表示画面の表示輝度分布とバックライトの発光輝度分布とが一致しない場合があり、原画像を忠実に再現できない場合があった。

例えば、表示される画面の一部に表示輝度の低い領域があり、その低輝度の領域中に、表示輝度の高い領域がある状態を想定する。また、この場合において、縦横に個別に制御可能なバックライト用の光源が設けられている状態を想定する。この場合、当該高輝度領域の周囲に、低輝度領域があるために、低輝度領域に対応する光源が低く設定されてしまうと、その影響により、高輝度領域を必要な表示輝度で表示することが不可能となり、画質が低下してしまうという問題がある。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、消費電力の低減を図りつつ画質の向上を図ることができるバックライト駆動装置、これを搭載した表示装置及びバックライト駆動方法を提供することにある。

本発明の別の目的は、バックライトの制御の安定化を図ることができるバックライト駆動装置、表示装置及びバックライト駆動方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係るバックライト駆動装置は、表示画面を有し、入力された映像信号に応じた映像を前記表示画面に表示する表示部のバックライト駆動装置であって、前記表示画面が分割された複数の領域に対応して配置された複数の光源ブロックを有するバックライトと、前記映像信号による前記表示画面の表示輝度を検出する検出手段と、前記各光源ブロックのうち第１の光源ブロックに対応する前記各領域のうちの第１の領域から、所定の領域分離れた第２の領域に対応する第２の光源ブロックによる、前記第１の領域に対する寄与をなくすように、前記各光源ブロックが発光するときの、前記表示画面の前記各領域に対する表示輝度の寄与率のデータを補正する補正手段と、前記補正された寄与率データを用いて、前記検出された表示輝度に応じた前記各光源ブロックの発光輝度分布を設定する輝度分布設定手段と、前記設定された発光輝度分布で前記バックライトを点灯させる点灯制御手段とを具備する。

「前記各光源ブロックが発光するときの、前記表示画面の前記各領域に対する表示輝度の寄与率のデータ」とは、１つの光源ブロックが影響を及ぼすすべての領域に対する表示輝度の寄与率のデータである。すなわち、本発明では、１つの光源ブロックの輝度が表示画面全体にどのような影響を及ぼすのかのデータが記憶されているので、高精細な画質を得ることができる。

しかも、本発明では、表示画面の第１の領域から所定の領域分離れた第２の領域に対応する第２の光源ブロックによる、当該第１の領域に対する寄与が低い場合には、その第２の領域による寄与をなくすように、すなわち寄与率をゼロとして、補正手段により寄与率データが補正される。したがって、第１の領域における映像信号の輝度信号の変化が、第２の光源ブロックの大きな輝度変化をもたらして輝度制御の不安定化を招く、といった問題を解決することができる。

「所定の領域分」とは、例えば１つの領域分、２つの領域分、あるいはそれ以上の領域分を意味し、適宜設定可能である。

本発明において、前記表示部は、前記バックライトが発する光の透過率を可変する透過率可変素子を有し、当該バックライト駆動装置は、前記補正前の前記寄与率データに応じて、前記透過率可変素子による前記透過率を制御する透過率制御手段をさらに具備する。本発明では、透過率可変素子が制御される場合は、補正された寄与率データではなく、補正前の寄与率データが用いられる。したがって、実際に入力された映像信号に合致した輝度で映像を表示することができ、寄与率データが補正されることによる誤差が発生することはない。

本発明において、バックライト駆動装置は、前記補正手段により前記寄与率データが補正されることによる前記表示輝度の低下を補うために、前記第１の光源ブロックの発光輝度を補償する発光輝度補償手段をさらに具備する。本発明では、上記のように第２の光源ブロックによる寄与率がゼロとされた補正後の寄与率データに基づく発光輝度分布で点灯制御されているので、少なくとも第１の領域の表示輝度が所期の値より小さくなる。これを補償するために、少なくとも第１の光源ブロックの発光輝度を高めることにより、所期の表示輝度を得ることができる。

本発明に係る表示装置は、表示画面を有し、入力された映像信号に応じた映像を前記表示画面に表示する表示部と、前記表示画面が分割された複数の領域に対応して配置された複数の光源ブロックを有するバックライトと、前記映像信号による前記表示画面の表示輝度を検出する検出手段と、前記各光源ブロックのうち第１の光源ブロックに対応する前記各領域のうちの第１の領域から、所定の領域分離れた第２の領域に対応する第２の光源ブロックによる、前記第１の領域に対する寄与をなくすように、前記各光源ブロックが発光するときの、前記表示画面の前記各領域に対する表示輝度の寄与率のデータを補正する補正手段と、前記補正された寄与率データを用いて、前記検出された表示輝度に応じた前記各光源ブロックの発光輝度分布を設定する輝度分布設定手段と、前記設定された発光輝度分布で前記バックライトを点灯させる点灯制御手段とを具備する。

本発明に係るバックライト駆動方法は、表示画面を有し、入力された映像信号に応じた映像を前記表示画面に表示する表示部のバックライト駆動方法であって、を記憶するステップと、前記映像信号による前記表示画面の表示輝度を検出するステップと、前記各光源ブロックのうち第１の光源ブロックに対応する前記各領域のうちの第１の領域から、所定の領域分離れた第２の領域に対応する第２の光源ブロックによる、前記第１の領域に対する寄与をなくすように、前記表示画面が分割された複数の領域に対応して配置された複数の光源ブロックが発光するときの、前記表示画面の前記各領域に対する表示輝度の寄与率のデータを補正するステップと、前記補正された寄与率データを用いて、前記検出された表示輝度に応じた前記各光源ブロックの発光輝度分布を設定するステップと、前記設定された発光輝度分布で前記バックライトを点灯させるステップとを具備する。

以上のように、本発明によれば、消費電力の低減を図りつつ画質の向上を図ることができる。また、バックライトの制御の安定化を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る液晶表示装置の構成を示す図である。液晶表示装置１０は、図１に示すように、映像を表示する表示部１１と該表示部１１の背面側に配置されたバックライト１２と該バックライト１２及び表示部１１に対して各種の制御を行う制御部２０とを備えている。バックライト１２及び制御部２０（または、バックライト１２及びバックライト点灯制御回路１５）によりバックライト駆動装置が構成される。

表示部１１は液晶パネル１３を有し、さらに該液晶パネル１３に対して駆動信号を送出するためのソースドライバ１７及びゲートドライバ１８を有している。液晶パネル１３は、その表示画面が複数の領域、例えば、垂直方向において９個の領域Ａ１〜Ａ９に分割された構成とされている（図２参照）。

バックライト１２は複数の光源ブロック、例えば、９個の光源ブロック１、２、・・・、９によって構成され、該光源ブロック１、２、・・・、９がそれぞれ表示画面の９個の領域Ａ１〜Ａ９の真後ろに配置されている。各光源ブロック１〜９は、バックライト点灯制御回路１５の制御単位ごとに１つのブロックで構成されている。光源ブロック１〜９を構成する発光素子としては、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）が挙げられる。

光源ブロック１〜９を構成する複数の発光ダイオードとしては、例えば、赤色の発光ダイオード、緑色の発光ダイオード、青色の発光ダイオードが用いられ、これらの発光ダイオードを所定の状態で順に配列することにより、各色の混合で白色となるようにしている。各光源ブロック１〜９から出射された光は、図示しない散乱板や散乱シートによって拡散されて液晶パネル１３の背面に照射される。

ここでは、説明を簡単にするために、バックライト１２の例として、光源ブロック１〜９が垂直方向にのみ分割されて配置されたものを示した。現実的には、光源ブロックは、垂直方向と水平方向の両方向に分割されて配置されたものが用いられることが好ましい。しかし、光源ブロックは、光源が水平方向にのみ分割されて配置されたものであってもよい。また、図１及び図２では、表示画面の領域が９つに分割される例を示したが、９個より少なくてもよいし多くてもよいが、できるだけ多い方が好ましい。１つの光源ブロックは、例えば３つの発光ダイオード（赤、青及び緑の発光ダイオードが１つずつ設けられたもの）で構成されてもよいし、その倍数である３ｎ（ｎは１以上の整数）で構成されていてもよい。この発光ダイオードの数は、液晶パネル１３の表示画面の大きさにもより、適宜設計可能である。

また、表示画面の各領域Ａ１〜Ａ９は、真後ろに位置する光源ブロック１〜９のみから出射された光が到達する領域として設定されたものではない。したがって、各光源ブロック１〜９から出射された光は、後述するように、散乱板等によって直前に位置する領域以外の領域にもそれぞれ到達する。

図３は、上記制御部２０及びメモリ１６の構成を示すブロック図である。制御部２０は、映像信号検出回路１９、発光輝度分布設定部２２、寄与率データ補正部２１、液晶パネル制御回路１４、バックライト点灯制御回路１５を備えている。メモリ１６は、発光輝度分布データ記憶部３６、寄与率データ記憶部３７を備えている。

映像信号検出回路１９は、映像信号のうち輝度信号を検出する輝度信号検出回路２５と、色信号を検出する色信号検出回路２６とを有する。

発光輝度分布設定部２２は、輝度信号検出回路２５で検出された輝度信号に応じた、各光源ブロック１〜９の発光輝度分布を設定する。発光輝度分布データ記憶部３６は、発光輝度分布設定部２２で設定された発光輝度分布のデータを記憶する。この発光輝度分布データ記憶部３６は、一時的なバッファとして機能することが多く、原理的には必ずしも必要ではない。

寄与率データ記憶部３７は、各光源ブロック１〜９が各領域Ａ１〜Ａ９に影響を及ぼす表示輝度の寄与率のデータを記憶する。寄与率データ補正部２１は、寄与率データ記憶部３７に予め記憶された寄与率データに所定の補正を加える。寄与率データは、寄与率データ記憶部３７に必ずしも予めデータとして記憶されている必要はなく、何らかの関数形等で演算により導出することができる。したがって、寄与率データ記憶部３７はなくてもよいし、あるいは、寄与率データ記憶部３７は、一時的なバッファとして機能させてもよい。寄与率データ及びこの補正処理については、後に詳述する。

なお、メモリ１６は、半導体メモリや誘電体メモリが用いられることが好ましいが、これに限られず、他の磁気や光を利用したメモリでもよい。

液晶パネル制御回路１４は、映像信号検出回路１９に映像信号が入力されると、入力された映像信号に基づいて液晶パネル１３における表示駆動を行うための表示駆動信号を生成する。

生成された表示駆動信号は、液晶パネル１３のソースドライバ１７及びゲートドライバ１８に送出され、該ソースドライバ１７及びゲートドライバ１８を介して液晶パネル１３の各画素に入力される。表示駆動信号の入力は、入力される映像信号のフィールド周期またはフレーム周期に同期して１フィールド周期または１フレーム周期で行われる。液晶パネル１３の各画素に表示駆動信号が入力される際には、後述する補正処理が行われる。なお、インターレース方式の場合、１フィールドは２つのフレームからなり、プログレッシブ方式の場合１フィールドは１つのフレームからなる。「１フィールドまたは１フレーム」を、単に「１フィールド」という。

バックライト点灯制御回路１５は、液晶パネル制御回路１４に映像信号が入力されたときに、液晶パネル制御回路１４から光源ブロック１〜９ごとの個別の点灯制御信号を入力し、この点等制御信号に応じて各光源ブロック１〜９の駆動を個別に制御する。

図４は、各光源ブロック１〜９の発光輝度の例を示した図である。この例は、上記寄与率が補正されない状態で、バックライト１２の発光輝度分布が設定された例を示している。図４中、横軸は表示画面の垂直方向における位置、縦軸は発光輝度を示し、各光源ブロック１〜９をほぼ最大の均一な輝度で発光させた場合の例であり、相対的な発光輝度を示している。具体的には、縦軸の値は、各光源ブロック１〜９がすべてほぼ最大輝度で発光した場合の、各領域Ａ１〜Ａ９全体のトータルの発光輝度を１に規格化した場合の値である。図４に示す例の場合、各光源ブロック１〜９のうち１つの光源ブロックによる発光輝度の最大値は０．４４〜０．４５程度であるが、この値に限られないことは言うまでもない。

液晶表示装置１０にあっては、各光源ブロック１〜９から出射された光が、これら各光源ブロック１〜９の直前にそれぞれ位置する領域以外の領域に到達しないようにするための仕切り等は設けていない。したがって、各光源ブロック１〜９から出射された光は、直前に位置する領域以外の他の領域にも到達し、当該他の領域における表示輝度にも寄与する。

図５は、図４に示した発光輝度を有する各光源ブロック用いた場合に、出射された光が液晶パネル１３に入射されるときの表示画面の各位置に対する各光源ブロックの輝度寄与率を示したものである。すなわち、寄与率データ記憶部３７に記憶されている寄与率データを示している。横軸は表示画面の垂直方向における位置、縦軸は各光源ブロック１〜９から出射された光の表示輝度に対する輝度寄与率を示している。

図５に示すように、各光源ブロック１〜９から出射された光の輝度寄与率は、それぞれ光源ブロック１〜９の対応する領域Ａ１〜Ａ９において最も高く、領域Ａ１〜Ａ９から離れるにしたがって徐々に低下する。すなわち、領域Ａ１だけを例に挙げると、光源ブロック１による輝度寄与率は、それに対応する領域Ａ１が最も高くなっている。また、領域Ａ２だけを例に挙げると、光源ブロック２による輝度寄与率は、それに対応する領域Ａ２が高くなっている。また、領域Ａ１とＡ２の境界付近では、光源ブロック１及び２の輝度寄与率が交わり、その合成の輝度寄与率が高くなって表れている。垂直方向における両端部に配置された光源ブロック１、９については、それぞれに対応する領域Ａ１、Ａ９における輝度寄与率が４０％程度とされ、中間の位置に配置された光源ブロック２〜８ついては、それぞれに対応する領域Ａ２〜Ａ８における輝度寄与率が２０〜３０％程度とされている。領域Ａ１、Ａ９における輝度寄与率が高いのは、反射板や散乱板等の関係により、液晶パネル１３の構造による。

このように、液晶表示装置１０にあっては、各光源ブロック１〜９から出射された光がそれらの光源ブロック１〜９に対応する領域以外の領域にも到達する。つまり、各光源ブロック１〜９から出射されたそれぞれの光が、対応する領域Ａ１〜Ａ９のみに各別に照射されることはなく、他の領域にも照射される。

液晶表示装置１０にあっては、各光源ブロック１〜９の発光輝度が領域Ａ１〜Ａ９の表示輝度に対してどの程度寄与しているのかが予め測定され、この測定値が後述する連立方程式で演算する際のデータとして利用される。

次に、図６のフローチャートを参照して、画面表示に関する制御の処理例について説明する。この制御は、制御部２０の液晶パネル制御回路１４及びバックライト点灯制御回路１５によって実行され、液晶パネル制御回路１４に１フィールドの映像信号が入力されるごとに行われる。

液晶パネル制御回路１４に１フィールドの映像信号が入力されると（ステップ６０１）、入力された映像信号によって生成される１映像（原映像）の表示輝度の分布が、輝度信号検出回路２５によって検出される（ステップ６０２）。したがって、各領域Ａ１〜Ａ９の表示輝度、例えば、領域Ａ１〜Ａ９ごとの各部の表示輝度を平均した平均表示輝度が検出される。

一方、寄与率データ補正部２１は、寄与率データ記憶部１６に記憶された寄与率データを補正する（ステップ６０３）。図７は、補正された後の寄与率データを用いて設定された発光輝度分布のデータの一例を示す図である。ここでは、説明を分かりやすくするため、図４に示したバックライト１２の最大輝度表示によるデータを示している。図８は図５に示した寄与率データが補正されたデータを示す図である。図７で説明すると、具体的には、領域Ａ１〜Ａ９のうち、例えば中央の領域Ａ５から所定の領域分離れた領域に対応する光源ブロック（複数の光源ブロックでもよい）による寄与をなくすように、すなわちゼロになるように寄与率データが補正される。このように寄与率データが補正される理由については、後で説明する。

発光輝度分布設定部２２は、上記補正された寄与率データを用いて、上記表示輝度分布に応じた、バックライト１２を構成する各光源ブロック１〜９の発光輝度分布を設定する（ステップ６０４）。具体的には、上記寄与率Ｋx,yを用いた連立方程式（２）〜（１０）により、各光源ブロック１〜９の発光輝度が設定される。

なお、図８のような補正された寄与率のデータが予めメモリ１６等に記憶されていてもよい。あるいは、上記のように寄与率データが演算により導出され、この導出された寄与率データがステップ６０４で用いられてもよい。

次に、上記のように各光源ブロック１〜９の発光輝度が設定された上で、液晶パネル制御回路１４は、補正前の寄与率データを用いて、液晶パネル１３の表示画面の各領域Ａ１〜Ａ９に対応する画素の表示輝度が最適化されるように生成された液晶パネル１３の駆動信号を生成する（ステップ６０５）。より具体的には、設定した各光源ブロック１〜９の発光輝度と表示画面の各部における表示輝度の最適値とのずれ量に基づいて駆動信号が生成される。最適値とは、入力された映像信号に基づいて原映像が表示されるときに表示画面の各部において必要とされる表示輝度である。したがって、当該ずれ量を補正するためのずれ量補正値は、各光源ブロック１〜９から、上記のように設定された発光輝度で光が出射されたときに、表示画面の各部において必要とされる表示輝度を得るために各画素において必要とされる液晶の透過率を算出するための値である。単純に言うと、例えば各領域Ａ１〜Ａ９のうちある一部の領域の発光輝度が、従来のような一定値の輝度の１／２とされた場合、その領域に対応する液晶の画素の光透過率を２倍とするような補正が行われる。

制御部２０は、ステップ６０４で設定された発光輝度分布に応じた発光駆動信号をバックライト点灯制御回路１５から各光源ブロック１〜９に送出し、該各光源ブロック１〜９を、設定した発光輝度で発光させる。また、このバックライト１２の動作に同期して、制御部２０は、ステップ６０５で生成された液晶パネル１３の駆動信号を液晶パネル制御回路１４から液晶パネル１３の各画素に送出し、各フィールドの映像を表示画面に表示させる（ステップ６０６）。液晶パネル制御回路１４から液晶パネル１３の各画素に表示駆動信号が送出されると、１フィールドごとに各画素が表示駆動信号に応じて透過率が可変され、各光源ブロック１〜９から出射された光の各画素に対する透過状態が制御される。

したがって、表示画面の各部において、入力された映像信号に応じた表示輝度が得られた状態で映像が表示される。

以下に、上記したステップ６０１〜ステップ６０６（図６参照）において行われる制御の具体的な方法について説明する。

バックライト１２の光源ブロック数をＮ（Ｎは２以上の整数）とすると、本例においてはＮ＝９である。

液晶表示装置１０にあっては、上記したように、光源ブロックの分割数Ｎ（＝９）に対応した数で、図２に示すように、表示画面が領域Ａ１〜Ａ９の９つの領域に分割されている。

領域Ａ１〜Ａ９のそれぞれについて、入力される映像信号によって定まる最大表示輝度Ｌn_max(n=１〜９)を求める。最大表示輝度Ｌn_maxとは、領域Ａ１〜Ａ９のそれぞれの各部の中での最大の表示輝度となる値を言う。なお、この最大表示輝度は、１フィールドごとの映像信号に応じた値であり、１フィールドごとに異なるものである。

ここで全白の表示輝度（液晶パネル１３、バックライト１２共に白ピーク設定（通常、液晶パネル１３の透過率１００％、バックライト１２の出力１００％）の場合）をＬ_peakとし、表示画面の各領域Ａ１〜Ａ９について全白の表示輝度Ｌ_peakに対する最大表示輝度Ｌn_maxの比率αn(n=１〜６)を求める。ここで、Ｌn_max≦Ｌ_peakとなる。

αn＝（Ｌn_max/Ｌ_peak）・・・（１）
比率αnは、領域Ａ１〜Ａ９に対応する光源ブロック１〜９の発光輝度を何割抑制することができるかを示すリカバリー限界である。すなわち、液晶パネル１３の表示輝度は、おおよそ「液晶パネル（偏光板を含む）の透過率×バックライトの発光輝度」で定まるが、リカバリー限界とは、それ以上バックライト１２の発光輝度を下げると液晶パネルの透過率を１００％に設定しても最大表示輝度Ｌn_maxが得られなくなる値である。このリカバリー限界αnは、映像信号の輝度信号に対応しており、上記ステップ６０２では、このリカバリー限界αnが求められることになる。

なお、上記には、各領域Ａ１〜Ａ９の最大表示輝度Ｌn_maxに基づいてリカバリー限界αnの値を求めるようにしたが、映像内容によっては各領域Ａ１〜Ａ９の平均表示輝度Ｌn_aveに基づきαn′＝（Ｌn_ave/Ｌ_peak）によりリカバリー限界αn′の値を求めて輝度制御を行うことも可能である。リカバリー限界αn′の値を求めて制御を行う場合には、完全な原映像を再現することは困難であるが、見た目に影響の少ない範囲で原映像を再現することが可能である。

各領域Ａ１〜Ａ９の表示輝度には、上記したように、それぞれ領域Ａ１〜Ａ９に対応する光源ブロック１〜９の発光輝度以外に、他の光源ブロック１〜９の発光輝度も寄与する。したがって、各領域Ａ１〜Ａ９に対応する光源ブロック１〜９の発光輝度を領域Ａ１〜Ａ９のリカバリー限界αnに応じて各別に制御するだけでは、領域Ａ１〜Ａ９に対応しない光源ブロック１〜９の発光輝度を考慮した制御を行うことができない。

そこで、領域Ａ１〜Ａ９に対応しない光源ブロック１〜９の発光輝度をも考慮して光源ブロック１〜９ごとの発光率βn（n＝１〜９）を求める。発光率βnとは、各光源ブロック１〜９の最大発光輝度（白ピーク設定時）に対する実際の各光源ブロック１〜９の発光輝度の割合を示す値であり、０≦βn≦１の範囲で求められる。

発光率βnの算出は、各領域Ａ１〜Ａ９に対する各光源ブロック１〜９の輝度寄与率Ｋ_X,Y（図５参照）を用いて行う。図５に示した光源ブロック１〜９の輝度寄与率のデータは、上記したように、予め寄与率データ記憶部３７に記憶されており、発光率βnの算出時に当該記憶された光源ブロック１〜９の寄与率データが読み出される。

輝度寄与率Ｋx,yにおいて、Ｘは領域Ａ１〜Ａ９を示し、Ｙは光源ブロック１〜９を示す。例えば、Ｋ_１,１は領域Ａ１に対する１番上に位置する光源ブロック１の輝度寄与率を示し、例えば、Ｋ_２,３は領域Ａ２に対する上から３番目に位置する光源ブロック３の輝度寄与率を示す。図５に示すように、輝度寄与率は光源ブロック１〜９ごとに各領域内において一定とされていないが、寄与率データ記憶部３７には、輝度寄与率Ｋx,yとしては、例えば、領域Ａ１〜Ａ９のそれぞれ中央におけるデータが記憶されている。

発光率βnは、図１４に示す多元連立方程式（不等式）（２）〜（１０）を解くことによって求められる。

上記ステップ６０４では、多元連立方程式を用いて発光率βn（０≦βn≦１）が算出され、この発光率βnを満たすように各光源ブロック１〜９の発光輝度が設定されることにより、発光輝度分布が設定される。特に、本実施の形態では、ある領域に対応する光源ブロックに対する、別の領域の光源ブロックの寄与がゼロとされるので、式（２）〜（１０）のそれぞれにおいて、所定のＫx,yはゼロとされる。例えば、図８を参照して、領域Ａ５で見ると、Ｋ₅,yから所定の領域だけ離れた領域Ａ１、Ａ２等、すなわちＫ_5,1やＫ_5,2等の項がゼロとされる。ただし、この場合、連立方程式（２）〜（１０）が解かれる上では、すべての項を考慮した上で発光率βnが求められ、発光率βnが求められた後に補正処理が行われ、すなわち所定の項がゼロとされる。

なお、上記した多元連立方程式は、バックライトの分割数に応じてnの数が変化するだけであるため、バックライトの構成に関わらず使用することができる。

また、上記には、光源ブロック１〜９ごとにβnを求める例を示したが、例えば、赤、緑、青の原色ごと又はバックライト１２の発光色ごとに、各別にβnを算出して輝度制御を行うことも可能である。

図９は、ある１フィールド分の映像信号が入力されたときに、上記の方法を用いて発光率βnを算出し、バックライト１２の各光源ブロック１〜９の発光輝度を制御した状態を示す一例である。

図９中、横軸は表示画面の垂直方向における位置を示す。図９中、破線で繋いだ各点のデータが各領域Ａ１〜Ａ９におけるリカバリー限界αnを示し、実線で繋いだ各点のデータが各領域Ａ１〜Ａ９における光源ブロック１〜９の発光率βnの合計値を示す。すなわち、この図９のグラフは、上記連立方程式を表したグラフである。このように、発光率βnはリカバリー限界αnに近い値で設定されており、光源ブロック１〜９の発光輝度が効率的に制御されている。この例では、領域Ａ５の表示輝度が最も低く、領域Ａ５から離れるにしたがって表示輝度が高くなり、領域Ａ１で表示輝度が最も高くなっている。

このようにリカバリー限界αn及び輝度寄与率Ｋx,yを用い、多元連立方程式を解くことによって光源ブロック１〜９の発光率βnを求めて各光源ブロック１〜９の発光輝度を制御することにより、映像の表示状態に応じて各光源ブロック１〜９の発光輝度を抑制することが可能となる。これにより、バックライト１２の消費電力の低減を図ることができる。また、例えば映像中の黒い部分についてはその領域に対応する光源ブロックを消したり、映像中の明るい部分については、その領域に対応する光源ブロックを点灯したりすることで、高コントラストな映像を表示するこが可能となる。

また、本実施の形態では、１つの光源ブロックの輝度が表示画面全体にどのような影響を及ぼすのかの表示輝度寄与率データが記憶されているので、高精細な画質を得ることができる。

次に、寄与率データを補正する理由について説明する。

ステップ６０３は、上述したように、各領域Ａ１〜Ａ９のうち、ある１つの領域から所定の領域分離れた領域に対応する光源ブロックによる寄与率をゼロとみなす補正が行われる。図８に示す例では、すべての領域Ａ１〜Ａ９について、発光輝度以下の発光輝度がゼロに補正されて描かれている。

例えば中央の領域Ａ５を中心に見ると、領域Ａ５から２つ以上の領域分離れた領域Ａ１、Ａ２、Ａ８、Ａ９に対応する光源ブロック１、２、８、９による、領域Ａ５に対する寄与率は低いので、これをなくすように補正される。あるいは、同様に、中央の領域Ａ５を中心に見ると、領域Ａ５から３つ以上の離れた領域Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ６、Ａ８、Ａ９の光源ブロック１、２、３、７、８、９による、領域Ａ５に対する寄与率は低いので、これをなくすように補正される。図８に示す例では、すべての光源ブロック１〜９において、例えば発光輝度が０．１以下となる部分がゼロとされている。

「所定の領域分」は、適宜設定可能であり、図８で示す例では、例えば発光輝度がほぼ０．１以下となる部分がゼロとされている。「所定の領域分」が適宜設定可能であることは、実質的に上記発光輝度「０．１以下」という数値が適宜設定可能であることを意味する。例えば０．１以下に限られず、０．０５以下〜０．２以下等に設定されてもよい。

図１０は、例えば上記中央の領域Ａ５に必要な表示輝度が１（＝１００％）（横軸）であるときの、ある１フィールド分の映像信号に応じた、領域Ａ５周辺の領域に対応する各光源ブロックの輝度（縦軸）を示すグラフである。この例では、例えば領域Ａ３〜Ａ７に対応する光源ブロック５がそれぞれ最大輝度で点灯している。

図１１は、図１０に対応し、領域Ａ５を中心に５つの光源ブロック３〜７が最大輝度でそれぞれ点灯して、それらが合成された様子を示す図である。図１１から分かるように、光源ブロック５を中心として、周囲の光源ブロック３〜７が最大輝度（例えば０．４４）でそれぞれ点灯することにより、それらの光源ブロックの寄与により、領域Ａ５における輝度が１とされている。なお、ここでは説明を分かりやすくするために、上記９つの光源ブロック１〜９のうち、５つの光源ブロック３〜７のみが最大輝度で点灯して、領域Ａ５のみの輝度が１に規格化される、ということを前提として説明している。図１１をより具体的に説明すると、まず光源ブロック５が最大輝度（例えば０．４４）で点灯することで、領域Ａ５における表示輝度は０．４４となる。次に、これに加え、光源ブロック６が最大輝度（例えば０．４４）で点灯することで、領域Ａ５における表示輝度は、０．６８となる。次に、これに加え、光源ブロック４が最大輝度（例えば０．４４）で点灯することで、領域Ａ５における表示輝度は、０．９２となる。領域Ａ５の表示輝度が最大輝度１になるには、残り０．０８の輝度が必要であるが、この０．０８の輝度を得るために、残りの光源ブロック３及び７を最大輝度（例えば０．４４）でそれぞれ点灯させなければならない。

このことは、図１０を参照して、中央の領域Ａ５から所定の距離分離れた領域Ａ３及びＡ７に対応する光源ブロック３及び７を見ると、他の光源ブロック４〜６に比べ傾きが急となることを意味する。図１０において、ａの部分の輝度（＝０．０８）を得るために、光源ブロック３及び７を最大輝度（例えば０．４４）でそれぞれ点灯させなければならない。したがって、この場合、入力される映像信号の微小なノイズによる輝度変化によって、例えば領域Ａ５から離れる領域に対応する光源ブロックほど、輝度変化を激しく変化させる必要が生じる。これにより、バックライトの輝度制御が不安定になり、映像上にフリッカーが発生する等の問題がある。

本実施の形態では、かかる問題を回避するため、領域Ａ３及びＡ７に対応する光源ブロック３及び７の、領域Ａ５に対する寄与率をゼロとすることで、図８に示すように寄与率データが補正される。図７を参照して、例えば中央の領域Ａ５で見ると、図４と比べても分かるように、破線の部分がなくなるように補正されている。このような補正処理は、領域Ａ５だけでなく、すべての各領域Ａ１〜Ａ９について行われる。

図１２及び図１３は、図１０及び図１１にそれぞれ対応する図であって、本実施の形態のように、光源ブロック３及び７を考慮しない例を示す図である。このように、領域Ａ５への寄与率が低い光源ブロックの寄与率を無視することにより、バックライト１２の輝度制御が安定し、画質が向上する。

なお、図１０では、図示していないが、制御の安定化の趣旨から、Ａ１、Ａ２、Ａ８及びＡ９についても、それらに対応する光源ブロック１、２、８及び９の、領域Ａ５に対する寄与率をゼロとすることが好ましい。あるいは、Ａ１及びＡ９に対応する光源ブロック１及び９のみの、領域Ａ５に対する寄与率をゼロとすることももちろん可能である。

以上のようにして、寄与率データが補正され、発光輝度分布が設定された後、以下に示すように、液晶パネル１３の表示画面の各部の表示輝度を映像表示の際の最適値にするための各画素に対するずれ量補正値を算出する。これは、上記したステップ６０５の処理である。なお、このステップ６０５では、補正後の寄与率データではなく、補正前の寄与率データに基づいて駆動信号が生成される。したがって、このステップ６０５は上記ステップ６０４の前に行われてもよい。

ずれ量補正値は、図１５に示す液晶パネル１３の表示輝度特性についてのデータに基づいて算出する。図１５中、横軸はバックライト１２の出力を１００％としたとき（全点灯時）の液晶パネル１３の設定階調（電圧）Ｓ_dataを示し、縦軸は設定階調Ｓ_dataに対する液晶パネル１３の表示輝度Ｌ_dataを示す。図１５に示す表示輝度特性ｆのデータは予め求められており、例えばメモリ１６に記憶されている。

各画素について、全白の表示輝度Ｌ_peakと設定表示輝度Ｌ_setの比をγとする。設定表示輝度Ｌ_setとは、発光率βnに基づいて発光輝度が設定された光源ブロック１〜９から光が出射された場合に画素が透過率１００％とされたときの表示輝度を言う。

γ = Ｌ_peak/Ｌ_set ・・・（１１）
映像信号が入力されたときに表示される映像（原映像）の設定階調Ｓ_dataは、上記したように、図１５に示すデータにより表示輝度Ｌ_dataに基づいて定められる。

Ｌ_data =ｆ（Ｓ_data） ・・・（１２）
また、設定表示輝度Ｌ_setに対する補正設定階調Ｓ_data′は、全白の表示輝度Ｌ_peakと設定表示輝度Ｌ_setの比γ及び設定階調Ｓ_dataに基づいて以下の式によって算出される。補正設定階調Ｓ_data′が、各画素において必要とされる透過率を算出するためのずれ量補正値となる。

Ｓ_data′=ｆ（γ×Ｌ_data）⁻¹ ・・・（１３）
補正設定階調Ｓ_data′となるように各画素の透過率が設定されることにより、原映像が最適な表示輝度で再現される。

また、上記したように、液晶の駆動信号は、補正後の寄与率データではなく、補正後の寄与率データに応じて生成される。これにより、実際に入力された映像信号に合致した輝度で映像を表示することができ、寄与率データが補正されることによる誤差が発生することはない。

図１６は、以上説明した液晶表示装置１０の動作の概略を実際の映像を用いて示した図である。

図１７は、本発明の他の実施の形態に係るフローチャートを示す。この例では、ステップ１６０５以外は、図６で示した動作と同様であるので、ステップ１６０５を中心に説明する。ステップ１６０４において、上記ステップ６０４と同様な手法により、寄与率データが補正された場合、例えば図１３からも分かるように、領域Ａ５における実現される最大輝度は、所期の輝度の９２％であり、映像の状態によっては若干の輝度低下をもたらす場合がある。この場合、補正前の寄与率データに応じた輝度が得られるように補償されるようにする。

具体的には、制御部２０（図３参照）は、各光源ブロック１〜９をオーバードライブするように駆動信号を生成する（ステップ１６０５）。オーバードライブとは、所定の最大値以上の出力で各光源ブロック１〜９を駆動することを意味する。すなわち、この場合、制御部２０及びバックライト点灯制御回路１５により、バックライト１２の発光輝度を所期の値に補償する発光輝度補償手段が構成される。

図１３の例で説明すると、領域Ａ５の必要表示輝度が０．９２を超えるような場合、すなわち、１である場合、具体的には、以下のようにオーバードライブする。例えば補正後の発光輝度分布のデータ上は、光源ブロック５の最大輝度が０．４４であるのに対し、０．４４＋（１−０．９２）＝０．５２の輝度、つまり、最大輝度０．４４の１１８％（＝０．５２／０．４４）で駆動されるように制御される。もちろん、この場合、光源ブロック５だけではなく、領域Ａ５の表示輝度が１になるように、その周囲の光源ブロック４及び６等についても同様なオーバードライブが行われる。ここで注意を要するのは、バックライト１２の発光輝度の「分布」については、図６と同様にステップ１６０４で補正された後の寄与率データが用いられ、輝度の大きさのみが所定の領域において（少なくとも、図１３に示す例では領域Ａ５において）変更される。

しかし、例えば領域Ａ５の表示輝度を１にしようとして、以上のようにオーバードライブが行われる場合において、光源ブロック５のみ、またはその周囲の例えば光源ブロック４または６のみがオーバードライブされることにより、領域Ａ５の表示輝度が１となるように制御されてもよい。

以上のように、本実施の形態によれば、少なくとも１つの光源ブロックに対してオーバードライブすることにより、所期の表示輝度を得ることができる。

本発明は以上説明した実施の形態には限定されるものではなく、種々の変形が可能である。

例えば、上記各実施の形態では、表示部の透過率可変素子として液晶が用いられる例を示した。しかし、表示部１１の背面側にバックライトが配置され表示部１１の画素の透過率が制御されて画像が表示される形態であればどのような素子であってもよい。

本発明の一実施の形態に係る液晶表示装置の構成を示す図である。 液晶パネルの表示画面とバックライトの構成を示す図である。 図１に示す制御部及びメモリの構成を示すブロック図である。 各光源ブロックの発光輝度の例を示した図である。 図４に示した発光輝度を有する各光源ブロック用いた場合に、出射された光が液晶パネルに入射されるときの表示画面の各位置に対する各光源ブロックの輝度寄与率を示したものである。 液晶表示装置の動作を示すフローチャートである。 補正された後の寄与率データを用いて設定された発光輝度分布のデータの一例を示す図である。 図５の寄与率データが補正された例を示す図である。 ある１フィールド分の映像信号が入力されたときに、上記の方法を用いて発光率βnを算出し、バックライトの各光源ブロックの発光輝度を制御した状態を示す一例である。 中央の領域に必要な表示輝度が１（＝１００％）であるときの、ある１フィールド分の映像信号に応じた、領域Ａ５周辺の領域に対応する各光源ブロックの輝度を示すグラフである。 中央の領域を中心に５つの光源ブロックが最大輝度でそれぞれ点灯して、それらが合成された様子を示すグラフである。 図１０に対応する本実施の形態に係るグラフである。 図１１に対応する本実施の形態に係るグラフである。 発光輝度分布を設定するための多元連立方程式の例を示す。 液晶パネルの設定階調に対する表示輝度特性を示すグラフである。 説明した液晶表示装置の動作の概略を実際の映像を用いて示した図である。 液晶表示装置の本発明の他の実施の形態に係る動作を示すフローチャートである。

符号の説明

Ａ１〜Ａ９…表示画面の分割された領域
１〜９…光源ブロック
１０…液晶表示装置
１１…表示部
１２…バックライト
１３…液晶パネル
１４…液晶パネル制御回路
１５…バックライト点灯制御回路
１６…メモリ
１９…映像信号検出回路
２０…制御部
２１…寄与率データ補正部
２２…発光輝度分布設定部
３７…寄与率データ記憶部
３６…発光輝度分布データ記憶部

Claims (9)

1. 表示画面を有し、入力された映像信号に応じた映像を前記表示画面に表示する表示部のバックライト駆動装置であって、
   前記表示画面が分割された複数の領域に対応して配置された複数の光源ブロックを有するバックライトと、
   前記映像信号による前記表示画面の表示輝度を検出する検出手段と、
   前記各光源ブロックのうち第１の光源ブロックに対応する前記各領域のうちの第１の領域から、所定の領域分離れた第２の領域に対応する第２の光源ブロックによる、前記第１の領域に対する寄与をなくすように、前記各光源ブロックが発光するときの、前記表示画面の前記各領域に対する表示輝度の寄与率のデータを補正する補正手段と、
   前記補正された寄与率データを用いて、前記検出された表示輝度に応じた前記各光源ブロックの発光輝度分布を設定する輝度分布設定手段と、
   前記設定された発光輝度分布で前記バックライトを点灯させる点灯制御手段と
   を具備することを特徴とするバックライト駆動装置。
2. 請求項１に記載のバックライト駆動装置であって、
   前記表示部は、前記バックライトが発する光の透過率を可変する透過率可変素子を有し、
   当該バックライト駆動装置は、
   前記補正前の前記寄与率データに応じて、前記透過率可変素子による前記透過率を制御する透過率制御手段をさらに具備することを特徴とするバックライト駆動装置。
3. 請求項１に記載のバックライト駆動装置であって、
   前記補正手段により前記寄与率データが補正されることによる前記表示輝度の低下を補うために、前記第１の光源ブロックの発光輝度を補償する発光輝度補償手段をさらに具備することを特徴とするバックライト駆動装置。
4. 表示画面を有し、入力された映像信号に応じた映像を前記表示画面に表示する表示部と、
   前記表示画面が分割された複数の領域に対応して配置された複数の光源ブロックを有するバックライトと、
   前記映像信号による前記表示画面の表示輝度を検出する検出手段と、
   前記各光源ブロックのうち第１の光源ブロックに対応する前記各領域のうちの第１の領域から、所定の領域分離れた第２の領域に対応する第２の光源ブロックによる、前記第１の領域に対する寄与をなくすように、前記各光源ブロックが発光するときの、前記表示画面の前記各領域に対する表示輝度の寄与率のデータを補正する補正手段と、
   前記補正された寄与率データを用いて、前記検出された表示輝度に応じた前記各光源ブロックの発光輝度分布を設定する輝度分布設定手段と、
   前記設定された発光輝度分布で前記バックライトを点灯させる点灯制御手段と
   を具備することを特徴とする表示装置。
5. 請求項４に記載の表示装置であって、
   前記バックライトが発する光の透過率を可変する透過率可変素子と、
   前記補正前の前記寄与率データに応じて、前記透過率可変素子による前記透過率を制御する透過率制御手段と
   をさらに具備することを特徴とする表示装置。
6. 請求項４に記載の表示装置であって、
   前記補正手段により前記寄与率データが補正されることによる前記表示輝度の低下を補うために、前記第１の光源ブロックの発光輝度を補償する発光輝度補償手段をさらに具備することを特徴とする表示装置。
7. 表示画面を有し、入力された映像信号に応じた映像を前記表示画面に表示する表示部のバックライト駆動方法であって、
   を記憶するステップと、
   前記映像信号による前記表示画面の表示輝度を検出するステップと、
   前記各光源ブロックのうち第１の光源ブロックに対応する前記各領域のうちの第１の領域から、所定の領域分離れた第２の領域に対応する第２の光源ブロックによる、前記第１の領域に対する寄与をなくすように、前記表示画面が分割された複数の領域に対応して配置された複数の光源ブロックが発光するときの、前記表示画面の前記各領域に対する表示輝度の寄与率のデータを補正するステップと、
   前記補正された寄与率データを用いて、前記検出された表示輝度に応じた前記各光源ブロックの発光輝度分布を設定するステップと、
   前記設定された発光輝度分布で前記バックライトを点灯させるステップと
   を具備することを特徴とするバックライト駆動方法。
8. 請求項７に記載のバックライト駆動方法であって、
   前記補正前の前記寄与率データに応じて、前記バックライトが発する光の透過率を可変する、前記表示部の前記透過率可変素子による前記透過率を制御するステップを具備することを特徴とするバックライト駆動方法。
9. 請求項７に記載のバックライト駆動方法であって、
   前記寄与率データが補正されることによる前記表示輝度の低下を補うために、前記第１の光源ブロックの発光輝度を補償するステップをさらに具備することを特徴とするバックライト駆動方法。