JP2009086133A - 映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】明順応及び暗順応に要する時間の違いに基づいて、入力映像信号の特徴量の変化に追従させて、バックライト光源の調光速度を変化させることができる映像表示装置を提供する。
【解決手段】映像表示装置は、入力映像信号を表示する液晶パネル３と、液晶パネル３を照明するバックライト光源９と、入力映像信号のＡＰＬを検出するＡＰＬ検出部６と、検出されたＡＰＬに基づいてバックライト光源９の所定時間当りの発光輝度の変化量を可変制御する制御マイコン８とを備える。制御マイコン８は、入力映像信号のＡＰＬが高く変化した際の前記変化量が、入力映像信号のＡＰＬが低く変化した際の前記変化量よりも大きくなるように制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、バックライト光源により液晶パネル等の表示パネルを照明して映像を表示する映像表示装置に関し、入力映像信号に応じてバックライト光源の輝度を動的に変化させる映像表示装置に関する。

液晶パネルを用いて映像を表示する映像表示装置が、テレビジョン受像機やコンピュータ装置等の映像表示に広く使用されている。周知のように液晶パネルを用いた映像表示装置は、電極の設けられた２枚の透明基板の間に液晶を封入し、マトリクス状に配置された駆動電極単位に電圧を制御することによって、液晶分子の集団や配向を制御し、透明基板の背面に設けられたバックライト光源からの照射光の透過率を変化させることによって、液晶パネルに映像を表示している。

このような映像表示装置において、バックライト光源の輝度レベルは、ユーザにより手動操作調整（調光）された値に設定することができ、この場合には、入力映像信号とは無関係にバックライト光源の輝度レベルは一定である。これに対して、より表示画像を見やすくするため、あるいは消費電力を低減するために、随時画面ごとに変化する入力映像信号に応じて、バックライト光源の明るさを動的に調整するアクティブバックライト方式の映像表示装置が提供されている。この方式によれば、コントラスト比の向上や消費電力の低減化を図ることができる。

例えば、特許文献１には、映像の表示内容が切り替わった際に、コントラスト値あるいはバックライト輝度値の制御を開始するまでのタイマ時間を任意に設定可能とし、映像が頻繁に切り替わるようなシーンにおける画面のちらつきを防止する技術が記載されている。

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術の場合、映像の表示内容が切り替わった際に、表示輝度を一定にすることを目的としており、映画ソフトのような暗いシーンに対して、ＡＰＬ(Average Picture Level)が低いにもかかわらず、光源輝度が高くなってしまう場合があり、映像の黒浮きが改善されないという問題がある。

これに対して、特許文献２，３には、ＡＰＬの低い暗いシーンでは光源輝度を下げるように制御し、映像の黒浮きの発生を防止できるようにした技術が記載されている。特許文献２の場合、入力映像信号のＡＰＬが所定の閾値より小さい範囲にある場合、この範囲全体にわたって、表示素子に照射される光量が所定の最小レベルまたはその近傍レベルとなるように制御される。

また、特許文献３の場合、光源の発光輝度を高くするときと、低くするときの発光輝度の変化速度を別々に設定可能としている。具体的には、輝度減少時の変化量設定信号を輝度増加時の変化量設定信号よりも常に大きい値に設定しておくことで、光源の輝度が低くなる方向に変化するときの発光輝度の変化速度を、高くなる方向に変化するときの発光輝度の変化速度よりも速くしている。

図６は、特許文献３に記載されている映像表示装置の構成例を示すブロック図である。映像表示装置は、ＡＰＬ検出部１０１、中間制御信号作成部１０２、信号変化制御部１０３、光源駆動部１０４、バックライト光源１０５、映像信号処理部１０６、表示素子駆動部１０７、及び液晶パネル１０８を備える。
図６において、映像信号処理部１０６は、入力映像信号に対して各種映像処理を施して、液晶パネル１０８の表示素子の表示形式に適した形にする。
表示素子駆動部１０７は、映像信号処理部１０６で処理された映像信号に基づいて液晶パネル１０８の表示素子を駆動する。

ＡＰＬ検出部１０１は、入力映像信号のＡＰＬを検出し、このＡＰＬ信号を中間制御信号作成部１０２に出力する。
中間制御信号作成部１０２は、ＡＰＬの変化に追従して単位フィールド期間毎に変化する中間制御信号を生成し、この中間制御信号を信号変化制御部１０３に出力する。

信号変化制御部１０３は、中間制御信号作成部１０２から送られてきた中間制御信号を、設定された時定数に基づいて制御し、光源の発光輝度を高くするときと低くするときとで異なる変化速度を持つ信号に変換し、これを光源制御信号として光源駆動部１０４に出力する。
光源駆動部１０４は、信号変化制御部１０３から出力された光源制御信号に基づいてバックライト光源１０５の発光輝度を変化させる。

図７は、図６に示した映像表示装置におけるＡＰＬの変化に対するバックライト光源の発光輝度の時間変化を示す図である。図７（Ａ）はＡＰＬの変化を示し、図７（Ｂ）はバックライト光源の発光輝度の時間変化を示す。
この調光制御方法によれば、バックライト光源の発光輝度を高くするときと、低くするときの発光輝度の変化速度を別々に設定可能としている。図７（Ｂ）の例では、光源の輝度が低くなる方向に変化するときの発光輝度の変化速度を、高くなる方向に変化するときの発光輝度の変化速度よりも速くしている。すなわち、光源の輝度が高くなる場合には、バックライトの発光輝度を、視聴者に輝度変化が知覚されない程度にゆっくり変化させ、光源の輝度が低くなる場合には、バックライトの発光輝度を比較的速く変化させるようにしている。
特開平５−１２７６０８号公報 特開２００３−３６０６３号公報 特開２００２−３５７８１０号公報

しかしながら、上記特許文献３に記載の技術の場合、ＡＰＬが急激に低くなる場合には大きな問題にならないが、ＡＰＬが急激に高くなる場合、映像は変わらずに明るさだけがゆっくり変化するという現象を視聴者が視認してしまい、映像品位の低下につながっていた。

すなわち、ＡＰＬが高い場合、調光を上げる制御になるが、ＡＰＬが高いということは、映像の大部分が輝度成分を持っていることになる。従って、映像のタイミングに合わせて本来の明るさに戻すべきであるが、特許文献３のように、発光輝度を高くする際の調光速度が遅いと、映像が表示されているのに、バックライトの発光輝度が低いままとなり、映像が暗いままの状態が続くことになる。

これとは逆に、ＡＰＬが低いということは、映像に占める黒の面積が多いことになり、この場合、本来は黒であるが液晶パネルの特性上、黒部分が光漏れにより若干明るくなる。これは視聴者が視認できるレベルである。そこで、ＡＰＬの低い暗いシーンでは光源輝度を下げるように制御し、さらに、この明るさの変化を視聴者に認識させずに変化させるためには、発光輝度を低くする際の調光速度を遅くしたほうが望ましい。

このような問題が発生する要因としては、人間の目の明順応、暗順応に要する時間の違いが挙げられる。ＡＰＬが急激に高くなる場合、人間の目は急激な明るさの変化に対応するために明順応する。この明順応に要する時間は暗順応に要する時間に比べて極めて短いため、目はすぐにその明るさに慣れてしまう。このため、ＡＰＬが高く変化した際に、バックライトの輝度変化が遅いと、視聴者は輝度が変化している途中の映像を視認してしまい、明るさの変化を認識してしまう。この結果、映像の品位が劣化し、視聴者に違和感を与えることになる。

上記問題を解決するためには、明順応及び暗順応に要する時間の違いを考慮して、バックライト光源の調光速度を動的に変えることが考えられるが、このことは上記特許文献１〜３に記載の技術では実現されていない。

本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたものであり、明順応及び暗順応に要する時間の違いに基づいて、入力映像信号の特徴量の変化に追従させて、バックライト光源の調光速度を変化させることができる映像表示装置を提供すること、を目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の技術手段は、入力映像信号を表示する表示パネルと、該表示パネルを照明するバックライト光源と、前記入力映像信号の特徴量を検出する特徴量検出部と、該検出された特徴量に基づいて前記バックライト光源の所定時間当りの発光輝度の変化量を可変制御する光源制御部とを備えた映像表示装置であって、前記光源制御部は、前記入力映像信号の特徴量が高く変化した際の前記変化量が、前記入力映像信号の特徴量が低く変化した際の前記変化量よりも大きくなるように制御することを特徴としたものである。

第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記光源制御部は、前記入力映像信号の特徴量に応じて前記バックライト光源の目標輝度を決定し、該決定した目標輝度よりも前記バックライト光源に設定されている設定輝度が低い場合、前記目標輝度に到達するまでの前記変化量が所定量よりも大きくなるように制御することを特徴としたものである。

第３の技術手段は、第１又は第２の技術手段のいずれか１において、前記入力映像信号の特徴量は、該入力映像信号の平均輝度レベル、最大輝度レベル、最小輝度レベル、輝度分布状態のいずれか一つまたは二つ以上の組み合わせにより求められるものであることを特徴としたものである。

本発明によれば、明順応及び暗順応に要する時間の違いに基づいて、入力映像信号の特徴量の変化に追従させて、バックライト光源の調光速度を変化させることができるため、あらゆる映像に対して映像品位を低下させることがなく、シーンが急激に明るくなった場合でも視聴者に明るさの変化を感じさせず違和感を与えることがない。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の映像表示装置の好適な実施の形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る映像表示装置の構成例を示すブロック図である。本実施形態の映像表示装置は、入力映像信号に対して各種映像処理を施して液晶パネル３の表示素子の表示形式に適した形にする映像信号処理部１と、映像信号処理部１で処理された表示映像信号に基づいて、液晶パネル３のゲートドライバ４及びソースドライバ５に液晶駆動信号を出力する液晶コントローラ２とを備える。

また、映像表示装置は、入力映像信号のＡＰＬ（平均輝度レベル）を１画面毎に検出するＡＰＬ検出部６と、図示しないリモコン（リモートコントローラ）を用いてユーザが入力した指示信号を受信するリモコン受光部７と、リモコン受光部７で受信した指示信号を検出・解析し、ＡＰＬ検出部６で検出されたＡＰＬに基づいて、バックライト光源９を駆動するインバータ回路等の光源駆動部１０を制御する制御マイコン８とを備える。

図１の構成において、本発明の表示パネルは液晶パネル３に相当し、本発明の特徴量検出部はＡＰＬ検出部６に相当し、本発明の光源制御部は制御マイコン８及び光源駆動部１０に相当する。

本実施形態の映像表示装置において、直下型バックライト方式、サイドエッジ型バックライト方式のいずれであってもよく、またバックライト光源９としては、現在一般的に用いられている冷陰極管（ＣＣＦＬ）の他、発光ダイオード（ＬＥＤ）などを用いることができ、あるいはこれらを併用したものであってもよい。また、バックライト光源９の輝度制御方式としては、電圧（もしくは電流）制御に限らず、デューティ（発光パルス幅）制御を採用してもよいことは言うまでもない。

本発明の主たる特徴部分は、明順応及び暗順応に要する時間の違いに基づいて、入力映像信号の特徴量の変化に追従させて、バックライト光源の調光速度を変化させることにある。具体的には、ＡＰＬが急激に高くなる場合には、バックライト光源９の調光速度を速くし、映像の変化にバックライト光源９の発光輝度を追従させ、同一映像における明るさの変化を視聴者に視認させないようにする。一方、ＡＰＬが急激に低くなる場合には、バックライト光源９の調光速度を遅らせることにより、光漏れによる明るさの変化を視聴者が認識できないような速度で明るさを変化させる。これにより、映像と明るさのミスマッチを視聴者に視認させにくくし、映像品位の向上を図ることができる。

図１において、ＡＰＬ検出部６は、入力映像信号のＡＰＬを検出し、検出結果をＡＰＬ信号として制御マイコン８に出力する。
制御マイコン８は、ＡＰＬ検出部６から送られてきたＡＰＬ信号と前回のＡＰＬ信号とを比較し、ＡＰＬの変化を検出する。さらに、制御マイコン８は、ＡＰＬの変化に基づいて、バックライト光源９の目標輝度を決定すると共に、バックライト光源９の所定時間当りの発光輝度の変化量（以下、発光輝度変化量）を決定し、これらの目標輝度と発光輝度変化量とを光源駆動部１０に出力する。
光源駆動部１０は、制御マイコン８から送られてきた目標輝度と発光輝度変化量とに基づいて、バックライト光源９の発光輝度を変化させる。

図２は、図１に示した映像表示装置におけるＡＰＬの変化に対するバックライト光源の発光輝度の時間変化を示す図である。図２（Ａ）はＡＰＬの変化を示し、図２（Ｂ）はバックライト光源の発光輝度の時間変化を示す。
制御マイコン８は、入力映像信号のＡＰＬが高く変化した際の発光輝度変化量が、入力映像信号のＡＰＬが低く変化した際の発光輝度変化量よりも大きくなるように、各発光輝度変化量を決定する。これにより、図２（Ｂ）に示すように、ＡＰＬが急激に高くなる場合には、バックライト光源９の調光速度を速くして変化時間Ｔｒ２を短くし、ＡＰＬが急激に低くなる場合には、バックライト光源９の調光速度を遅くして変化時間Ｔｄ２を長くすることが可能となる。

また、制御マイコン８は、入力映像信号のＡＰＬに応じてバックライト光源９の目標輝度を決定し、決定した目標輝度よりもバックライト光源９の輝度が低い場合、速い調光速度でもって、バックライト光源９の輝度が目標輝度まで上がるように、発光輝度変化量が所定量よりも大きくなるように決定する。この所定量は、例えば、バックライト光源９の最大輝度から最小輝度までの変化に対して、明順応に要する時間（速度）に基づいて予め設定される値である。このような調光制御により、ＡＰＬが急激に高くなる場合には、バックライト光源９の調光速度を速くして、視聴者が明順応する前に調光処理を完了させることができる。

本発明の映像表示装置による調光制御方法によれば、バックライト光源の輝度を上げる場合と下げる場合とで調光速度を変化させることにより、映像変化に追従した調光制御を行うことができる。すなわち、図２に示したように、ＡＰＬが急激に高くなる場合、従来に比べて調光速度を速くすることにより、映像の変化にバックライト光源の輝度を追従させる。これにより、視聴者が明順応する前に調光制御を完了させ、同一の映像における明るさ変化を視聴者に視認させずにバックライト光源の輝度を目標レベルまで上げることが可能となる。

図３は、入力映像信号のＡＰＬとバックライト輝度との関係を表す特性曲線を示す図である。横軸はＡＰＬを百分率（％）で表したものであり、表示映像が画面全体で全て黒の場合にはＡＰＬは０％で、全て白の場合にはＡＰＬは１００％となる。また縦軸はバックライト光源９の発光輝度を百分率（％）で表したものであり、バックライト輝度を最も明るくしたときを１００％、バックライト調光時の最低輝度は概ね１０％乃至２０％程度となるように制御している。
なお、図３は冷陰極管を用いたバックライトの特性曲線の例を示したが、ＬＥＤ、有機ＥＬ等、他の光源を用いた場合には図３とは異なる特性曲線となることは言うまでもない。

制御マイコン８は、図示しない内蔵のＲＯＭを用いたルックアップテーブルを参照したり、あるいは、近似関数を用いた演算によって、入力映像信号の平均輝度レベルに対するバックライト光源９の駆動電圧値（もしくは電流値）を適応的に可変する。この際、制御マイコン８は、図３に示すＡＰＬ−バックライト輝度（明るさ）特性に基づいて、バックライト光源９の目標輝度を決定する。すなわち、図３に基づくバックライト光源９の発光輝度制御例の場合、入力映像信号のＡＰＬが上がるに従ってバックライト光源９の発光輝度を高くし、画面輝度が上がっていくように制御される。

図４及び図５は、本発明の映像表示装置によるアクティブバックライト制御の一例を説明するためのフロー図である。なお、本例の処理は図１に示した映像表示装置により実行されるものとし、図中、調光現在値はバックライト光源９に現在設定されている発光輝度の設定値、調光目標値はバックライト光源９の発光輝度の目標値、調光アップ用ステップ数はバックライト光源９の調光を上げるときの発光輝度設定値の変化量、調光ダウン用ステップ数はバックライト光源９の調光を下げるときの発光輝度設定値の変化量を示す。

まず、図４（Ａ）に基づいて、本発明の映像表示装置による初期設定処理の一例を説明する。映像表示装置の制御マイコン８は、現在の映像モードの調光設定値を調光現在値として設定する（ステップＳ１）。映像表示装置は、複数の映像モードを備え、映像モード毎に異なる調光設定値を備えるようにしてもよい。この場合、視聴者がリモコン等により選択した映像モードに応じた調光設定値を調光現在値として設定する。
次に、図４（Ｂ）に基づいて、本発明の映像表示装置による調光目標値設定処理の一例を説明する。ここでの処理は１６ｍｓｅｃ単位で実行される。
映像表示装置の制御マイコン８は、入力映像信号のＡＰＬ（平均輝度レベル）を取得し（ステップＳ１１）、取得したＡＰＬに応じた調光レベルを図３に示した特性曲線（ＡＰＬ−バックライト輝度特性）から計算し、これを調光目標値として設定する（ステップＳ１２）。

次に、図５に基づいて、本発明の映像表示装置による調光処理の一例を説明する。ここでの処理は３２ｍｓｅｃ単位で実行される。
映像表示装置の制御マイコン８は、調光目標値が調光現在値よりも大きいかどうかを判定し（ステップＳ２１）、調光目標値が調光現在値よりも大きいと判定された場合（ＹＥＳの場合）、入力映像信号のＡＰＬが高く変化したと判定する。この場合、制御マイコン８は、調光アップ用ステップ数を調光ステップ量として設定する（ステップＳ２２）。

次に、制御マイコン８は、調光現在値に調光ステップ量を加算し、この加算結果を調光現在値として決定する（ステップＳ２３）。そして、決定した調光現在値を光源駆動部１０に設定する（ステップＳ２４）。光源駆動部１０は、制御マイコン８から送られてきた調光現在値（目標輝度と発光輝度変化量）に基づいて、バックライト光源９の発光輝度を変化させる。

一方、上記ステップＳ２１において、調光目標値が調光現在値以下と判定された場合（ＮＯの場合）、制御マイコン８は、調光目標値が調光現在値よりも小さいかどうかを判定する（ステップＳ２５）。ここで、調光目標値が調光現在値よりも小さいと判定された場合（ＹＥＳの場合）、入力映像信号のＡＰＬが低く変化したと判定する。この場合、制御マイコン８は、調光ダウン用ステップ数を調光ステップ量として設定する（ステップＳ２６）。この調光ダウン用ステップ数は、調光アップ用ステップ数よりも少ない値に設定される。

次に、制御マイコン８は、調光現在値から調光ステップ量を減算し、この減算結果を調光現在値として決定する（ステップＳ２７）。そして、ステップＳ２４に移行して、決定した調光現在値を光源駆動部１０に設定する。光源駆動部１０は、制御マイコン８から送られてきた調光現在値（目標輝度と発光輝度変化量）に基づいて、バックライト光源９の発光輝度を変化させる。

また、上記ステップＳ２５において、調光目標値が調光現在値以上と判定された場合（ＮＯの場合）、制御マイコン８は、調光目標値と調光現在値とが等しく、変化がないと判定し、そのまま終了する。

なお、調光アップ用ステップ数と調光ダウン用ステップ数は、本例の場合、３２ｍｓ当りのバックライト光源９の発光輝度の変化量に相当し、調光アップ用ステップ数＞調光ダウン用ステップ数の関係にあるものとする。これにより、ＡＰＬが高くなる際の調光速度を、ＡＰＬが低くなる際の調光速度よりも速くすることができる。

また上記実施形態においては、入力映像信号の特徴量として、表示画面内における検出領域の平均輝度レベル（ＡＰＬ）を用いているが、本発明ではこれに限らず、表示画面内における特定領域の映像信号に対するピーク輝度の状態（有無または多少）を求めて、バックライト光源の輝度変調に利用する構成としてもよい。
同様に入力映像信号の特徴量として、１フレーム内の所定領域（期間）における最大輝度レベルや最小輝度レベル、輝度分布状態（ヒストグラム）を用いたり、またはこれらを二つ以上組み合わせて求めた特徴量に基づき、バックライト光源の発光輝度を可変制御してもよい。さらに入力映像信号の特徴量に応じて、バックライト光源の発光輝度を可変制御するとともに、これと連動して、入力映像信号の階調補正制御を行う構成としてもよい。

本発明の一実施形態に係る映像表示装置の構成例を示すブロック図である。 図１に示した映像表示装置におけるＡＰＬの変化に対するバックライト光源の発光輝度の時間変化を示す図である。 入力映像信号のＡＰＬとバックライト輝度との関係を表す特性曲線を示す図である。 本発明の映像表示装置によるアクティブバックライト制御の一例を説明するためのフロー図である。 本発明の映像表示装置によるアクティブバックライト制御の一例を説明するためのフロー図である。 特許文献３に記載されている映像表示装置の構成例を示すブロック図である。 図６に示した映像表示装置におけるＡＰＬの変化に対するバックライト光源の発光輝度の時間変化を示す図である。

符号の説明

１，１０６…映像信号処理部、２…液晶コントローラ、３，１０８…液晶パネル、４…ゲートドライバ、５…ソースドライバ、６，１０１…ＡＰＬ検出部、７…リモコン受光部、８…制御マイコン、９，１０５…バックライト光源、１０，１０４…光源駆動部、１０２…中間制御信号作成部、１０３…信号変化制御部、１０７…表示素子駆動部。

Claims (3)

1. 入力映像信号を表示する表示パネルと、該表示パネルを照明するバックライト光源と、前記入力映像信号の特徴量を検出する特徴量検出部と、該検出された特徴量に基づいて前記バックライト光源の所定時間当りの発光輝度の変化量を可変制御する光源制御部とを備えた映像表示装置であって、
   前記光源制御部は、前記入力映像信号の特徴量が高く変化した際の前記変化量が、前記入力映像信号の特徴量が低く変化した際の前記変化量よりも大きくなるように制御することを特徴とする映像表示装置。
2. 請求項１に記載の映像表示装置において、前記光源制御部は、前記入力映像信号の特徴量に応じて前記バックライト光源の目標輝度を決定し、該決定した目標輝度よりも前記バックライト光源に設定されている設定輝度が低い場合、前記目標輝度に到達するまでの前記変化量が所定量よりも大きくなるように制御することを特徴とする映像表示装置。
3. 請求項１又は２に記載の映像表示装置において、前記入力映像信号の特徴量は、該入力映像信号の平均輝度レベル、最大輝度レベル、最小輝度レベル、輝度分布状態のいずれか一つまたは二つ以上の組み合わせにより求められるものであることを特徴とする映像表示装置。

Images