JP2009058718A

JP2009058718A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2009058718A
Application number: JP2007225330A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Takeoka; 政彦竹岡; Seiji Kawaguchi; 聖二川口
Original assignee: Toshiba Matsushita Display Technology Co Ltd
Current assignee: Japan Display Central Inc
Priority date: 2007-08-31
Filing date: 2007-08-31
Publication date: 2009-03-19

Abstract

【課題】映像のシーンチェンジに応じたバックライトの輝度を変化させることができる液晶表示装置を提供する。
【解決手段】１フレーム期間と１つ前のフレーム期間との階調の変化率が基準値以上のときに、平均輝度値値を１フレーム期間
から過去に遡って通常の状態よりも少ないフレーム期間の輝度値を平均して平均輝度値を求め、この平均輝度値によってバックライトを点灯させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶表示装置に関するものである。

従来、液晶表示装置はＴＮ型が一般的に用いられてきた。しかし、動画視認性を改善するために高速応答を特徴とするＯＣＢ型の液晶表示装置が、液晶テレビや液晶モニター等に搭載されてきている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−１８５０２７公報

上記のような液晶表示装置では、コントラストを向上させるために、バックライトの輝度を映像に応じて可変させる駆動方法が導入されている。すなわち、映像が明るいと判断された場合には、バックライト輝度を上げ、映像が暗いと判断された場合には、バックライト輝度を下げるようにしている。

このようなバックライト輝度の制御を連動させた液晶表示装置においては、映像に応じて煩雑にバックライト輝度が変化するため、バックライト輝度の可変の刻みが粗い場合や、映像の明暗が煩雑に繰り返す場合などでは、バックライト輝度がちらつきとして見えてしまう。

また、液晶表示装置においてフレームメモリを有さない場合には、映像が出力されるタイミングとバックライトの輝度を切り換えるタイミングとがずれてしまうという問題点がある。例えば、ｎフレーム時点の映像を取り込んで、（ｎ＋１）フレームでバックライト輝度を求め、（ｎ＋２）フレームで実際にバックライトの輝度が変わるため、表示される映像に対し２フレーム遅れてバックライトの輝度が変化する。このため、このバックライト輝度によるちらつきがさらに大きく見えてしまう。

そのため、従来よりバックライトの輝度値を一定の時定数を持たせて遅延させ、ちらつきを防止するようにした技術が開発されている。ところが、映像のシーンチェンジのときには映像の階調レベルが急変するために、バックライト輝度の遅延処理により、映像の変化にバックライト輝度が追従できずに輝度変化の遅れが、観察者に違和感のある映像として観察されてしまうという問題点がある。

そこで、本発明は上記問題点に鑑み、映像のシーンチェンジに応じたバックライトの輝度を変化させることができる液晶表示装置を提供する。

本発明は、フレーム期間毎の映像信号に基づいてバックライトの輝度値をそれぞれ求め、前記輝度値を格納する格納部と、第１フレーム期間から過去に遡って、前記格納したｎフレーム期間（但し、ｎ＞１である）のそれぞれの輝度値を平均して平均輝度値を求める平均輝度値算出部と、前記平均輝度値によって前記バックライトを点灯させて、前記第１フレーム期間の映像信号を表示する制御部と、前記各フレーム期間の映像信号に基づいて、隣り合うフレーム間における前記映像信号の階調の変化率を求める階調変化算出部と、を有し、前記平均輝度値算出部は、前記第１フレーム期間と、前記第１フレーム期間より一つ前のフレーム期間との前記変化率が基準値以上のときに、前記平均輝度値を前記第１フレーム期間から過去に遡ってｍフレーム期間（但し、ｎ＞ｍ＞１である）のそれぞれの輝度値を平均して平均輝度値を求める、液晶表示装置である。

以上により本発明は、映像信号の階調の変化率に応じてバックライトの輝度を変化させることができる。

以下、本発明の一実施形態のＯＣＢ型の液晶表示装置について図面に基づいて説明する。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態のＯＣＢ型の液晶表示装置について図１〜図３に基づいて説明する。

（１）液晶表示装置の構成
本実施形態の液晶表示装置の構成について図１に基づいて説明する。図１はＯＣＢ型の液晶表示装置の構成を示すブロック図である。

このＯＣＢ型の液晶表示装置は、７〜９インチの液晶パネル１０、バックライト１１、ソースドライバ１２、ゲートドライバ１３、コントローラ１４、入力電源１６、液晶駆動電圧発生回路１７を備えている。

液晶パネル１０は、アレイ基板と対向基板とから構成され、このアレイ基板には信号線と走査線が互いに直交するように配線され、それらの交点にＴＦＴが設けられ、また、アレイ基板と対向基板の間にＯＣＢモードの液晶が挟持されている。なお、本実施形態の液晶パネル１０は、縦方向に１〜ｍラインの信号線が形成され、横方向に１〜ｎラインの走査線が形成されているとする。例えば、ＷＶＧＡの場合には、８００本（×ＲＧＢ）×４８０本であるので、ｎ＝４８０となる。

バックライト１１は、液晶パネル１０の背面に配置されている。このバックライト１１は、ＬＥＤを光源とし、内蔵されたＬＥＤドライバによって輝度が制御される。

入力電源１６は、バックライト１１、コントローラ１４及び液晶駆動電圧発生回路１７に電力を供給し、液晶駆動電圧発生回路１７は、表示用データを液晶パネル１０に表示させるタイミングに応じて、ソースドライバ１２及びゲートドライバ１３に供給する電圧を調整する。

ゲートドライバ１３は、液晶パネル１０の走査線にゲート信号を供給し、ソースドライバ１２は、液晶パネル１０の信号線に映像信号などに対応する電圧を供給する。

ソースドライバ１２は、Ｄ／Ａ変換部２３及びシフトレジスタ２４を備えている。

コントローラ１４は、バックライト制御部１４を有している。このコントローラ１４については、後から説明する。

なお、液晶表示装置はフレームメモリを有さない。

（２）コントローラ１４の表示動作
次に、図１を用いて、液晶表示装置におけるコントローラ１４に基づく表示動作について説明する。

ＲＧＢデータである映像信号は、コントローラ１４に入力する。コントローラ１４は、その映像信号に対してガンマ補正処理を行なう。そして、スタートパルスにしたがって、その補正処理を行なった表示用のデータを１行画素分ずつソースドライバ１２のシフトレジスタ２４に転送していく。

また、コントローラ１４は、スタートパルスにしたがって、逆転移防止のための黒色映像のデータも１行画素分ずつシフトレジスタ２４へ転送していく。

そして、コントローラ１４は、ソースドライバ１２のＤ／Ａ変換部２３に対してロードパルスを出力する。Ｄ／Ａ変換部２３は、ロードパルスが入力されたタイミングに、シフトレジスタ２４に格納されたデータを１行画素分同時に取得し、Ｄ／Ａ変換して各表示用データに対応した電圧を液晶パネル１０の信号線に出力する。

また、このとき、コントローラ１４は、ゲートドライバ１３から各走査線に出力するパルス状のゲート信号の出力タイミングを制御すると共に、液晶パネル１０の各ＴＦＴが表示用データに応答するタイミングにバックライト１１の各ＬＥＤ１１２を点灯させて、表示用データを液晶パネル１０に表示させる。

さらに、コントローラ１４は、バックライト制御部１５を有しているが、それについては次に説明する。

（３）バックライト制御部１５の構成
次に、コントローラ１４に備えられたバックライト制御部１５の構成について図２に基づいて説明する。

バックライト制御部１５は、ヒストグラム検出部３０、フレーム輝度算出部３２、格納部３４、平均輝度算出部３６、変化率算出部３８、バックライト駆動部４０とから構成されている。

ヒストグラム検出部３０は、入力した１フレーム期間分の映像信号において、映像信号から所定階調毎に各階調範囲に含まれる画素数をカウントし、各階調範囲を代表する階調と、各階調範囲に含まれる画素数（画素数は画素の頻度の一例である）と対応付けたヒストグラムを生成する。この検出したヒストグラムをフレーム輝度算出部３２と変化率算出部３８にそれぞれ出力する。

フレーム輝度算出部３２は、入力したヒストグラムに基づいてバックライト１１のフレーム毎の輝度を算出する。例えば、ヒストグラムにおいて低い階調値の分布が多い場合は１フレーム期間の輝度を小さくし、高い階調値が多い場合にはその輝度値を高くするように制御する。この算出したフレーム期間毎のバックライトの輝度値は格納部３４に出力される。

格納部３４は、シフトレジスタから構成され、フレーム期間毎にバックライトの輝度値を格納する。この格納状態については後から詳しく説明する。

平均輝度算出部３６は、格納部３４に格納されたフレーム期間毎の輝度値を呼び出し、これらフレーム期間毎の輝度値を平均して平均輝度値を算出する。この平均輝度算出部３６の詳細な動作についても後から説明する。

変化率算出部３８は、ヒストグラム検出部３０から出力されたヒストグラムに基づいて、隣合うフレーム間の階調の変化率を算出し、基準値以上の階調変化があった場合、すなわち変化率が基準値以上の場合には、隣合うフレーム期間にカット点が有るとし、格納部３４と平均輝度算出部３６に出力する。

バックライト駆動部４０は、平均輝度算出部３６から出力された平均輝度値に基づいて、バックライト１１の輝度を調整する。その調整は、発光と非発光の期間を高速に切り換えることにより輝度変調するＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御法を用いる。よって、バックライト駆動部４０は、平均輝度値信号に基づいてＰＷＭ信号生成し、バックライト１１へ出力する。尚、バックライト１１にはＬＥＤドライバが内蔵され、このＰＷＭ制御信号に基づいてＬＥＤを発光させる。

（４）バックライト制御部１５の動作
次に、図３に基づいて、バックライト制御部１５の動作について詳しく説明する。

まず、上記したように映像信号はコントローラ１４に入力すると、ガンマ補正等の処理がされ、液晶パネル１０において表示される。この表示されるタイミングを第１フレーム期間とする。

一方、バックライト制御部１５においては、上記したように１フレーム分の映像信号を取り込み、ヒストグラムを検出し、その後格納して、平均輝度値を求めるため、映像信号の表示のタイミングに対して、２フレーム遅延することとなる。例えば、第２９フレーム期間に映像信号が入力すると、この映像信号は第２９フレーム期間においてそのまま表示されるのに対し、その映像信号によって算出されたバックライトの輝度値は第３２フレーム期間において用いられることとなる。このため、課題を解決するための手段の欄で説明したように、映像のシーンチェンジのときには、映像の階調レベルが急変するために、このバックライトの輝度変化の遅れが違和感のある映像として観測されることとなる。そこで、本実施形態では下記のような処理を行って違和感のある映像表示を防止している。

この防止方法を図３に基づいて説明する。

図３は、第３２フレーム〜第４２フレームまでのバックライト１１の平均輝度値を求める説明図である。

格納部３４は、上記したようにシフトレジスタから構成され、第１格納位置〜第３２格納位置まで有し、各格納位置にそれぞれフレーム輝度算出部３２によって算出されたフレーム期間毎の輝度値を順番にシフトしながら格納する。

変化率算出部３８は、上記したように隣合うフレーム期間における階調値の変化率を求めるものであり、この変化率が基準値より高い場合にはカット点である旨の信号を出力し、基準値より低い場合にはカット点でない旨の信号をそれぞれ格納部３４と平均輝度算出部３６に出力する。以下、カット点でない旨の信号が出力された状態を「通常状態」、カット点である旨の信号が出力された場合を「シーンチェンジ状態」という。

そして、第３３フレーム期間と第３４フレーム期間との間にカット点があると変化率算出部３８が検出し、その旨を格納部３４と平均輝度算出部３６に出力した場合について説明する。

（４−１）第３２フレーム期間
第３２フレーム期間においては、通常状態であるため、格納部３４の第１格納位置には、第３２フレーム期間の輝度値を格納し、第２格納位置には第３１フレーム期間の輝度値を格納し、以下順番に格納し、第３２格納位置には第１フレーム期間の輝度値を格納している。

そして、平均輝度算出部３６は、これら３６フレーム分の輝度値を合計し、３２で割った平均輝度値値を求め、バックライト駆動部４０に出力する。

（４−２）第３３フレーム期間
第３３フレーム期間においても通常状態であるため、第３２フレーム期間より１つずれてそれぞれ各格納位置に輝度値を格納する。すなわち、第１格納位置には第３３フレーム期間の輝度値を格納し、第２格納位置には第３２フレーム期間の輝度値を格納し、以下順番に格納し、第３２格納位置には第２フレーム期間の輝度値を格納する。

そして、平均輝度算出部３６は、これら３２フレーム分の輝度値の平均値を求め、それを平均輝度値としてバックライト駆動部４０に出力する。

（４−３）第３４フレーム期間
第３４フレーム期間においては、上記したようにカット点である旨の信号が入力するため、格納部３４は、通常状態とは異なるシーンチェンジ状態の格納を行う。すなわち、第１格納位置には第３４フレーム期間の輝度値を格納し、第２格納位置には第３３フレーム期間の輝度値を算出し、以下順番に格納し、第８格納位置には第２７期間の輝度値を格納する。そして、第９格納位置には、今入力した第３４フレーム期間の輝度値を格納し、以降第３２格納位置まで、この第３４フレーム期間の輝度値を全て格納する。

そして、平均輝度算出部３６は、第１格納位置〜第８格納位置までに格納された輝度値を合計し、それを８で割って平均輝度値を求めこれをバックライト駆動部４０に出力する。このようにカット点、すなわち階調の変化率が大きい場合には８フレーム分の輝度値を平均して平均輝度値を求めるため、従来のようなバックライトの輝度の遅延による違和感が少なくなる。

（４−４）第３５〜４１フレーム期間
次に、第３５フレーム期間においては、格納部３４は、第１格納位置に第３５フレーム期間の輝度値を格納し、順番に第８格納位置には第２８フレーム期間の輝度値を格納し、第９格納位置〜第３２格納位置までは第３４フレーム期間の輝度値を格納する。

そして、平均輝度算出部３６は上記と同様に８フレーム分の輝度値を平均し平均輝度値を求める。

以降、同様に第４１フレーム期間までは、８回分の平均輝度値を求める場合には、第１格納位置〜第８格納位置の輝度を用いて平均輝度値を計算する。

（４−５）第４２フレーム期間以降
第４２フレーム期間においては、カット点による影響を無くし、格納部３４の第１格納位置には第４２フレーム期間の輝度値が格納され、以降順番に格納し、第９格納位置以降は第３４フレーム期間の輝度値が格納されている。

そして、平均輝度算出部３６は、３２フレーム分の輝度値を平均値を求めバックライト駆動部４０に出力する。

このようなシフトする動作を第４２フレーム期間以降２４回繰り返すと、第３２フレーム期間と同様に各格納位置にそれぞれ順番に輝度値が格納されることとなる。

（５）効果
上記のようにカット点が検出された場合にのみ、８フレーム分の輝度値を平均して平均輝度値を求めるため、映像のシーンチェンジのときには素早く映像の変化にバックライトの輝度が追従でき、一方、通常の映像の表示中はバックライトの輝度の細かな変化によるちらつきを防止することができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態の液晶表示装置について説明する。

第１の実施形態では、１つの基準値に基づいてバックライト１１の輝度値の平均輝度値を求めていたが、このような１つの基準値だけでは、シーンチェンジでもあまり階調レベルが大きく変化しない映像や、逆にシーンチェンジではなくても階調レベルが大きく変化する場合に必ずしも変化速度と映像変化がうまく噛み合わない場合がある。そこで、本実施形態では複数の基準値（例えば２種類の基準値）を用いて２種類のカット点を検出し、これに基づいて平均輝度値の計算方法を変化させるものである。

例えば、第１の実施形態では基準値より高い場合には３２フレーム分を８フレーム分に変化させていたが、本実施形態では変化率の度合いが小さい場合の第１レベル、標準の場合の第２レベル、早い場合の第３レベルの３段階に分ける。

そして、第１レベルのときは、３２フレーム分の輝度値の平均に代えて１２フレーム分の輝度値の平均輝度値値を用いる。第２レベルのときは、１２フレーム分の輝度値に代えて８フレーム分の輝度値を用いて平均輝度値値を求める。第３レベルのときは、８フレーム分の平均輝度値値に代えて、４フレーム分の輝度値の平均値を用いる。

これにより、映像のシーンの大きな輝度変化が伴う映像の場合には素早くバックライト１１の輝度値が変化し、映像のシーンの僅かな輝度変化しか伴わない映像の場合にはゆっくりとバックライト１１の輝度値を変化させることで、より映像に連動したバックライトの輝度の変化が実現でき、バックライト１１の変化によって違和感が発生することがなく、ちらつき等も防止することができる。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態の液晶表示装置について図４〜図６に基づいて説明する。

第１の実施形態及び第２の実施形態では階調が明るい状態から暗い状態及び暗い状態から明るい状態の両方とも同じような輝度の制御を行っていたが、この暗い状態から明るい状態及び明るい状態から暗い状態にそれぞれ階調が変化する場合で、且つ、基準値以上に変化する場合には異なる制御が必要な場合がある。

図４に示すように、暗い状態から明るい状態に変化する場合には、第１の実施形態及び第２の実施形態の制御方法で制御を行ってもバックライト１１の輝度が徐々に下がるため、フラッシングを防止することができる。なお、図４〜図６において、上の図はカット点で遅延処理を行った場合のバックライト１１の輝度を表し、下の図は映像のガンマ変換の状態を示すものである。

ところが、明るい状態から暗い状態に変化した場合に、第１の実施形態と第２の実施形態と同様の処理を行うと、図５に示すように、過渡期間が長くなることによる画質劣化が発生する場合がある。例えば、第１の実施形態のように８フレーム分の平均輝度値を求めて変化させると、その８フレーム分の過渡期間によって画質劣化が発生する場合がある。

そこで、図６に示すように、明るい状態から暗い状態に基準値以上に変化する場合には、８フレーム分の平均輝度値値ではなく、４フレームより少ないフレーム数の輝度値の平均輝度値値を求め、その平均輝度値値に基づいてバックライト１１の輝度を変化させる。

これにより、図６に示すように明るい状態から暗い状態に変化してガンマ変換が寝た状態であっても、映像が暗いため振幅が小さく目立たないこととなり、違和感なく映像を表示することができる。

なお、４フレームより少ないフレーム数の輝度値の平均輝度値値を求める場合、一つ前のフレームの輝度値のみを用いても良い。

（変更例）
本発明は上記各実施形態に限らず、その主旨を逸脱しない限り種々に変更することができる。

上記実施形態ではＯＣＢ型の液晶表示装置において説明したが、これ以外のＴＮ型の液晶表示装置においても本発明のバックライトの輝度の変化を適用することができる。

第１の実施形態における液晶表示装置のブロック図である。バックライト制御部ののブロック図である。格納部における各格納位置に格納された輝度値の内容を示す図面である。第２の実施形態におけるバックライト輝度が下がるためのフラッシングが抑制できる状態を示す図面であり、上の図がバックライト輝度を示し、下の図がガンマ変換の状態を示す図である。カット期間が長くなることによる画質劣化が発生した状態を示す図である。第３の実施形態における図である。

符号の説明

１０液晶パネル
１１バックライト
１２ソースドライバ
１３ゲートドライバ
１４コントローラ
１５バックライト制御部
３０ヒストグラム検出部
３２フレーム輝度算出部
３４格納部
３６平均輝度算出部
３８変化率算出部
４０バックライト駆動部

Claims

フレーム期間毎の映像信号に基づいてバックライトの輝度値をそれぞれ求め、前記輝度値を格納する格納部と、
第１フレーム期間から過去に遡って、前記格納したｎフレーム期間（但し、ｎ＞１である）のそれぞれの輝度値を平均して平均輝度値を求める平均輝度値算出部と、
前記平均輝度値によって前記バックライトを点灯させて、前記第１フレーム期間の映像信号を表示する制御部と、
前記各フレーム期間の映像信号に基づいて、隣り合うフレーム間における前記映像信号の階調の変化率を求める階調変化算出部と、
を有し、
前記平均輝度値算出部は、
前記第１フレーム期間と、前記第１フレーム期間より一つ前のフレーム期間との前記変化率が基準値以上のときに、前記平均輝度値を前記第１フレーム期間から過去に遡ってｍフレーム期間（但し、ｎ＞ｍ＞１である）のそれぞれの輝度値を平均して平均輝度値を求める、
液晶表示装置。
前記変化率が大きい程に前記ｍフレーム期間を短くし、前記変化率が小さい程に前記ｍフレーム期間を長くする、
請求項１記載の液晶表示装置。
前記変化率が基準値以上で、かつ、前記階調が暗い状態から明るい状態に変化するときは、前記ｍフレーム期間のそれぞれの輝度値を平均して平均輝度値を求め、
前記変化率が基準値以上で、かつ、前記階調が明るい状態から暗い状態に変化するときは、ｓフレーム期間（但し、ｍ＞ｓ＝＞１である）のそれぞれの輝度値を平均して平均輝度値を求める、
請求項１記載の液晶表示装置。