JP5743782B2 - 画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数枚の分割導光板により構成されるバックライトを用いて画像の表示を行う画像表示装置に関し、特に、画像表示領域を複数の領域に分割し、個々の領域に対応するバックライトの明るさを個別に制御可能な画像表示装置に関する。

一般に、表示デバイスとして液晶パネルを用いた液晶表示装置のような非発光型の表示装置では、液晶パネルに画像を形成するためにバックライトにより液晶パネル背面側から光を照射している。液晶表示装置におけるバックライト方式は、直下方式、エッジライト方式の２通りに大別される。直下方式は、液晶パネルの直下に光源となる蛍光管やＬＥＤ（Light Emitting Diode）を配列する方式である。エッジライト方式は、アクリル板等で作成された板状の導光板の端部（エッジ部）に光源となる蛍光管やＬＥＤを配置し、導光板内部での多重反射を利用して面光源とするようにしたものである。

また最近の液晶表示装置では、コントラスト特性の改善とバックライト電源の省電力のため、画像表示領域を複数の領域（エリア）に分割し、該領域毎に対応する画像信号の特徴量（輝度レベル）に応じて対応する領域のバックライトの明るさを制御する、いわゆるエリア制御（ローカルディミングとも呼ばれる）技術が取り入れられている。エリア制御ではコントラスト向上のため、領域毎の明るさを精度良く制御する必要がある。これに関し特許文献１に記載の液晶表示装置では、導光板を複数のブロックに分割し、光源を点灯させたブロックからの光が隣接ブロックに漏れ出ないように導光板の低面に溝部を形成するなどの構造としている。

一方液晶表示装置では、光源あるいは導光板からの出射光を液晶パネルに均一に照射するために拡散板などの光学部材を有している。よって、液晶パネルの大型化に伴って、導光板や拡散板自体も大面積となる。これら光学部材の大型化は、これらを製造する設備装置の大型化を招き、製造コストの増加や加工精度の低下などの課題がある。これに関し特許文献２に記載の液晶ディスプレイ機器では、導光板を複数の分割導光板を結合した構造とし、各分割構造板の大きさは同一形状であり液晶パネルのサイズを構成する公約数としている。これにより、導光板を低コストで構成し、画面サイズに係わらず高輝度で均一な画質となることが述べられている。

特開２００９−１９９９２６号公報 特開２００９−６９７１２号公報

上記特許文献１に記載の技術では、光源から出射された光は隣接するブロック間の境界面において全反射するので、点灯されたブロック以外の他のブロックに漏れ出すことがほとんどなくコントラストを向上できる。しかしながら、隣接ブロックへの漏れ出しをなくしたことにより、点灯ブロック内での輝度分布すなわち隣接ブロックとの境界面における急峻な輝度低下が発生し、画質劣化の要因となる。

上記特許文献２に記載の技術では、隣接する分割導光板を保持部材あるいは接着部材によってマトリックス状に結合して一体構造とし、バックライトを構成する導光板を低コスト化で構成するものである。しかし、特許文献２では、画像表示領域を複数のエリアに分割し、対応するバックライトの輝度をエリアごとに制御するエリア制御については言及されていない。

ここで、分割した導光板（以下、「分割導光板」と呼ぶ）を用いてエリア制御を行う場合に、隣接する分割導光板の端部（以下、「境界部」と呼ぶ）に生じる輝度段差について説明する。

図１５は、輝度段差の発生を説明する図であり、分割導光板内の１つのエリアに対応する光源を点灯させた際の、導光板内の光の広がり分布を示す図である。縦軸は規格化した輝度値、横軸はエリア番号であり、ここではエリア３に対する光源のみを点灯させている。曲線３００は各エリアの境界に分割導光板の境界部が存在しない場合、曲線３０１はエリア３とエリア４の境界に分割導光板の境界部が存在する場合である。

曲線３００と曲線３０１を比較すると、エリア３とエリア４の間に境界部が存在することにより、エリア３からエリア４への光の広がりが阻止され、境界部及びその先のエリアの輝度値が低下している。このように境界部で急激な輝度段差が発生することで、エリア３内の輝度分布が悪化し、画質劣化の要因となる。この輝度低下は、分割導光板端部から空気層へ（もしくは空気層から分割導光板端部へ）様々な角度で入射する光の一部が、分割導光板と空気層の屈折率の違いにより全反射するために起こる。対策として、分割導光板間を空気層ではなく、分割導光板を構成する物質と同じ屈折率を有する保持部材や接着部材で構成することで輝度低下を軽減することは可能である。しかし、このような構造的な変更は組み立て精度の問題やコストアップに繋がるといった問題が有り、実現することが難しい。

このように、導光板を複数の分割導光板に分割して構成したバックライトを用いてエリア制御するとき、分割導光板の境界部（端部）に発生する輝度段差を構造的な変更なしで抑制する必要がある。

本発明は上記課題に鑑みなされたもので、複数枚の分割導光板により構成されるバックライトを用いた画像表示装置において、分割導光板の境界部に発生する輝度段差を好適に抑制することを目的とする。

本発明は、複数のエリアをマトリクス状に配列した分割導光板を複数枚結合して構成された導光板と、各エリアに対応し個別に発光強度を制御可能な光源とを有するバックライトと、バックライトから照射された光を画素毎に変調して画像を表示する液晶パネルとを備えた画像表示装置において、各エリアにおける入力画像信号に応じて対応する光源の発光量を決定する発光量決定部と、決定した発光量に応じて液晶パネルに表示する画像信号の振幅を補正する画像信号補正部とを備える。ここに発光量決定部は、発光量を決定する処理対象エリアが隣接エリアとの間に分割導光板を結合する境界部を有しているか否かを判定する境界判定部と、境界判定部により境界部を有すると判定された処理対象エリアの発光量を、境界部を隔てた隣接エリアにおける発光量との比Ｒが一定の割合以上となるように補正する境界エリア処理部を有する構成とする。

本発明によれば、分割導光板の境界部における輝度段差を抑制し、エリア制御において画質劣化のない表示画像を得ることが可能となる。

本発明の画像表示装置に用いるバックライト装置の一例を示す概略図。 バックライト装置を用いた画像表示装置の分解断面図。 第１の実施例である画像表示装置のブロック構成図。 実施例１における第二調光値決定部１２の詳細構成図。 空間フィルタ部２２の動作を説明する図。 境界エリア処理部２３の動作を説明する図（境界部を挟まない場合）。 境界エリア処理部２３の動作を説明する図（境界部を挟む場合）。 実施例２における第二調光値決定部１２の詳細構成図。 境界制御空間フィルタ部２６の動作を説明する図（境界部を挟まない場合）。 境界制御空間フィルタ部２６の動作を説明する図（境界部を挟む場合）。 境界部を隔てないエリア対の輝度分布を示す図。 境界部を隔てたエリア対の輝度分布を示す図。 輝度段差ΔＬの定義を説明する図。 輝度段差ΔＬと調光値比Ｒの関係を示す図。 輝度段差の発生を説明する図。

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明の画像表示装置に用いるバックライト装置の一例を示す概略図である。バックライト装置１００はエッジライト方式で、導光板はアクリル材などから成る複数枚（ここでは４枚）の分割導光板１０１ａ〜１０１ｄを配置して構成し、各分割導光板１０１は、複数（ここでは１８個）の矩形状の表示領域（以下、「エリア」と呼ぶ）１０２をマトリクス状に配列して構成する。なお、各分割導光板１０１内は一体構造であり、これに含まれる各エリア１０２は同一材料が連続して構成される。各エリア１０２の下端には光源１０３を配置し、光源１０３で発光された光はエリア１０２の上端へ向けて進む。つまり、図１の場合では、光軸方向は画面下部から画面上部へ向かう方向である。以下、画面水平方向をＸ方向、画面垂直方向（ただし下方向）をＹ方向とする。また、各エリアのＸ方向位置を示すため、エリア番号１〜１２を付与する。

４枚の分割導光板１０１ａ〜１０１ｄは保持部材あるいは接着部材によって結合されるが、それらの境界は、Ｘ方向にＤ１、Ｙ方向にＤ２の間隙を設けて配置されている。間隙を設ける理由は、光源等からの熱により分割導光板１０１自体が伸びるため、その伸び量を吸収するためである。また、振動等による分割導光板１０１の反りを抑制する効果も併せ持つ。この間隙Ｄ１及びＤ２の大きさは０．５〜１．０ｍｍであり、Ｄ１とＤ２は互いに同じ値でも異なる値でもよい。この間隙Ｄ１及びＤ２は、保持部材、接着部材あるいは空気層で満たされている。以下、この間隙を隔てて対向する分割導光板１０１の端部を「境界部」と呼ぶ。

上記したように分割導光板１０１は間隙Ｄ１，Ｄ２を設けて配置されているため、分割導光板１０１上に配置された各エリア１０２には、これと隣接するエリアとの間に前記した間隙を有するもの、すなわち前記した「境界部」を有するものがある。以下、このようなエリアを「境界エリア」と呼ぶことにする。

図２は、図１のバックライト装置１００を用いた画像表示装置の分解断面図である。バックライト装置１００において、光源１０３は配線基板１０４に搭載されている。光源１０３には、白色光を放出する発光ダイオード（ＬＥＤ）を１または複数個（例えば３〜５個）用いるものとするが、赤、青、緑の光を放出する３色のＬＥＤや、レーザダイオードなど他の発光素子を用いてもよい。光源１０３が搭載された配線基板１０４に対向して、分割導光板１０１が取り付けられる。そのとき分割導光板１０１には光源１０３を収納する凹部１０５を設け、各光源１０３は分割導光板１０１の対応するエリア１０２を照射するよう配置される。光源１０３から発光した光は、分割導光板１０１内で反射され、図面左方向（Ｚ方向）に照射光となって出射される。

分割導光板１０１の出射側には３枚の拡散シート２０１が配置されている。各拡散シートの表面には細かい凹凸が形成されており、これが分割導光板１０１からの光を拡散させる。ここで、拡散シート２０１の枚数は３枚以外でもよい。また、必要に応じて、画面の正面輝度を向上させるプリズムシート等の別の光学シートを用いてもよい。

拡散シート２０１の出射側には液晶パネル２０２が配置され、拡散シート２０１で拡散された光は、液晶パネル２０２の表示領域全体を照明するように構成されている。この表示領域は、バックライト装置１００の照射面、つまり４枚の分割導光板１０１ａ〜１０１ｄの大きさとほぼ等しいものとする。

以下、上記したバックライト装置１００を備える画像表示装置の実施例を説明する。

図３は、本発明の第１の実施例である画像表示装置のブロック構成図である。画像表示装置は、画像フレーム受信部１０と、第一調光値決定部１１と、第二調光値決定部１２と、時間フィルタ部１３と、バックライト制御部１４と、バックライト部１５と、バックライト輝度分布算出部１６と、画像信号補正部１７と、液晶制御部１８と、液晶パネル２０とを有して構成されている。なお、第一調光値決定部１１及び第二調光値決定部１２を併せて、発光量決定部１９とする。バックライト部１５は、前記図１、図２におけるバックライト装置１００が対応し、複数の分割導光板１０１を配置して構成する導光板と、配線基板１０４上に置かれた光源１０３により構成される。液晶パネル２０は、図２における液晶パネル２０２が対応する。

画像表示装置の全体動作を説明する。画像フレーム受信部１０が受信した画像フレーム信号は、発光量決定部１９ならびに画像信号を補正するための画像信号補正部１７へ送出される。

発光量決定部１９の第一調光値決定部１１は、入力された画像フレーム信号を画面内のエリア１０２毎に分解し、画素毎の輝度情報を基に各エリア１０２における輝度分布（すなわち、複数の輝度範囲に分けてそれぞれに含まれる画素がどれだけ存在するか）を示すヒストグラムを検出する。また、ヒストグラム検出結果とエリアに対応する光源の発光量との関係を、図示しないメモリ（例えばＲＯＭ等）にテーブル形式で予め保持しておく。該ヒストグラム検出結果に基づいてテーブルを参照することにより、各エリア１０２に対応する光源１０３の初期発光量（以下、第一調光値信号）を決定し、第二調光値決定部１２に送出する。

ここで、画素毎の輝度情報とは、画像フレーム信号の各画素における最大階調値もしくは階調値から求める液晶パネル上の輝度値である。ヒストグラム検出結果とは、エリア内において輝度情報値の頻度を検出し、輝度情報値の頻度上位５％から最大値（最大輝度情報値）までの任意の値を指す。すなわち、各エリアにおいて実質的に最大階調（輝度）となる最大階調情報を検出する。

また、ヒストグラム検出結果とこれに対応する光源の発光量との関係を表すテーブルでは、エリア制御に基づき、最大階調（輝度）が小さいエリアでは対応する光源の発光量（第一調光値信号）を小さく設定する。テーブルは予め数種類用意しておき、ユーザが設定する映像モード、入力される映像の映像ジャンル情報、周囲照度、周囲温度、人の有無、人の視聴位置等で切り替えて使用してもよい。

次に発光量決定部１９の第二調光値決定部１２は、分割導光板１０１間の輝度段差を視認し難くするように、各エリア１０２に対応する光源１０３の発光量を補正する。第二調光値決定部１２における処理には、空間フィルタ処理と境界エリア処理が含まれる。空間フィルタ処理では、バックライトを構成する各エリア間の光の広がりの影響を補償するため、前記第一調光値信号に対して空間方向のフィルタ処理を施す。境界エリア処理では、境界エリア（境界部を有するエリア）に対する調光値信号を補正し、境界部を隔てるエリア対に対応する光源が互いに一定の割合以上で点灯させるようにする。このようにして、分割導光板１０１の境界部で発生する輝度段差を抑制した第二調光値信号を生成する。なお、空間フィルタ処理と境界エリア処理の詳細については後述する。

時間フィルタ部１３では、第二調光値決定部１２で決定した第二調光値信号に対し、急峻な輝度変動を抑えるように時間方向のフィルタ処理を行う。この処理は、例えば現在の画像信号のフレームのタイミングで得られた第二調光値信号と前フレームのタイミング、もしくは前フレームとその前のフレームのタイミングで得られた第二調光値信号との加重平均を求める処理である。時間方向のフィルタ処理が施された、第二調光値信号は、エリアに対応する光源の発光量としてバックライト制御部１４ならびにバックライト輝度分布算出部１６に送出される。

バックライト制御部１４は、時間フィルタ部１３で決定された発光量を受け、バックライト部１５内の光源１０３を点灯制御する。なお、光源１０３を駆動する信号は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号、もしくは振幅変調信号である。ＰＷＭ信号の場合、ＰＷＭ周波数は一定とし、発光強度に応じてＯＮ期間とＯＦＦ期間の比（デューティ比）を変化させて駆動する。またＰＷＭ周波数は、画像表示装置のフレーム周波数より高いもくしは同等程度であることが望ましい。

バックライト輝度分布算出部１６では、時間フィルタ部１３で決定された発光量を受け、液晶パネル２０の直下における輝度分布を算出し、適切なゲイン量を画像信号補正部１７に送出する。画像信号補正部１７では、得られたゲイン量に基づき画像補正を行う。例えば、光源の発光量を最大輝度の１／２に低下させるものであれば画像信号の振幅を２倍にし、発光輝度を低下させることによる画像の輝度低下を相殺するように画像補正を行う。この補正された画像信号を液晶制御部１８へ送出し、液晶パネル２０を駆動する。液晶パネル２０では、その画素毎にバックライト部１５から出射された光を変調し、画像を形成表示する。

次に、第二調光値決定部１２の動作について詳細に説明する。
図４は、第二調光値決定部１２の詳細構成図である。第一調光値受信部２１は、第一調光値決定部１１において決定された第一調光値信号を入力（受信）し記憶領域部２４に送出する。記憶領域部２４はＲＡＭ等で構成され第一調光値信号を記憶する。また第一調光値受信部２１は、第一調光値信号の入力を完了すると、受信完了信号を空間フィルタ部２２に送出する。空間フィルタ部２２では、記憶領域部２４から第一調光値信号を読出し、空間フィルタ処理を行い第二調光値信号を生成する。境界エリア処理部２３は、第二調光値信号の内で境界エリアに属する調光値に対して境界エリア処理を行う。その際境界判定部２５は、処理対象エリアが境界エリアであるかどうかを判定する。以下、空間フィルタ処理と境界エリア処理について説明する。

図５は、空間フィルタ部２２の動作を説明する図である。（ａ）には空間フィルタ処理で参照するエリアとその第一調光値信号を示し、（ｂ）には演算に用いる空間フィルタ係数αを示している。この例では、処理対象となる画面位置（ｘ，ｙ）の中央エリアとその周囲の８エリアを示しており、ＢＬは、各エリアにおける光源の第一調光値信号を示す。なお、位置（ｘ，ｙ）は、例えば画面左上端にあるエリアを原点（ｘ＝０，ｙ＝０）としている。

空間フィルタ部２２では、バックライトを構成する各エリア間の光の広がりの影響を補償するため、記憶領域部２４で保持している第一調光値信号に対して、空間方向のフィルタ処理を施す。つまり、ＢＬ（ｘ，ｙ）の分布に対して空間フィルタ係数α（ｍ，ｎ）を用いて（１）式の演算を行うことで、空間フィルタ部通過後の調光値ＢＬｏ（ｘ，ｙ）を算出する。
ＢＬｏ（ｘ，ｙ）＝Ｍａｘ｛α（ｍ，ｎ）×ＢＬ（x＋ｍ，ｙ＋ｎ）｝ （１）
ただし、ｍ＝−１〜＋１、ｎ＝−１〜＋１

この演算は、中央エリアと周囲エリアの各調光値にフィルタ係数αを掛け、その中の最大値を採用することを意味する。すなわち係数αを掛けた各調光値を比較し、中央エリアの値よりも大きい周囲エリアの値があれば、中央エリアの値をそれよりも大きい周囲エリアの値で置き換えることに特徴がある。

図５（ｂ）には空間フィルタ係数α（ｍ，ｎ）の一例を示す。α（ｍ，ｎ）は予め記憶領域部２４に保持されている。ここで係数α（ｍ，ｎ）の値は参照する各エリアからの寄与度（重み付け）を示すもので、処理対象の中央エリアの値α（０，０）を最大値１．２とし周囲エリアの値を小さくしている。具体的には、周囲エリアの係数αは、０．４以下とすることが望ましい。

例えば、中央エリアの調光値ＢＬ（ｘ，ｙ）＝０で、周囲エリアの調光値ＢＬ（ｘ＋１，ｙ）＝１００の場合、空間フィルタ通過後の調光値の値ＢＬｏ（ｘ，ｙ）は、α（１，０）×ＢＬ（ｘ＋１，ｙ）＝０．３×１００＝３０で置き換える。このように、隣接するエリア間の光の広がりを制御することで、各エリアに対応する光源の発光量の空間的な変化を緩やかにすることができる。以上の処理を全エリアに対して施すことで、画面全体のＢＬｏを算出し、第二調光値信号を生成する。

なお、この例では処理対象である中央エリアに対し隣接する周囲８エリアを参照範囲としたが、更にその外側に隣接するエリアを参照範囲に加え、計２４エリアとしてもよい。

図６、図７は、境界エリア処理部２３の動作を説明する図である。図６は処理対象エリアが境界エリアに該当しない（境界部を挟まない）場合であり、図７は処理対象エリアが境界エリアに該当する（境界部を挟む）場合である。いずれも、（ａ）は処理で参照するエリアとその第二調光値信号を、（ｂ）は演算に用いる境界エリア係数βを示している。

境界判定部２５は対象エリアが境界エリアに該当するか否かを判定し、境界エリア係数β（ｍ，ｎ）を決定して境界エリア処理部２３に出力する。境界エリアに該当する場合には、周囲のどのエリアと境界部を有するかを判断して境界エリア係数β（ｍ，ｎ）を決定する。この判定のために、記憶領域部２４には分割導光板１０１とエリア１０２の位置関係を記憶させておく。

境界エリア処理部２３では、空間フィルタ部２２で生成された第二調光値信号ＢＬｏ（ｘ，ｙ）に対して、境界エリア係数β（ｍ，ｎ）を用いて（２）式の演算を行うことで、境界エリア処理後の第二調光値信号ＢＬｄ（ｘ，ｙ）を算出する。
ＢＬｄ（ｘ，ｙ）＝Ｍａｘ｛β（ｍ，ｎ）×ＢＬｏ（x＋ｍ，y＋ｎ）｝ （２）
ただし、ｍ＝−１〜＋１、ｎ＝−１〜＋１

図６（ａ）では、処理対象となる画面位置（ｘ，ｙ）の中央エリアは周囲エリアとの間で境界部を有していないため、（ｂ）のように、中央エリアの係数β（０，０）＝１に、全ての周囲エリアの係数β（ｍ，ｎ）＝０に設定する。これにより（２）式の演算の結果、ＢＬｄ（ｘ，ｙ）＝ＢＬｏ（ｘ，ｙ）となり、空間フィルタ部２２の出力である第二調光値信号ＢＬｏ（ｘ，ｙ）がそのまま出力される。

これに対し、図７（ａ）では、処理対象となる画面位置（ｘ，ｙ）の中央エリアは、Ｘ方向に隣接する画面位置（ｘ＋１，ｙ）のエリアとの間で境界部（間隙Ｄ１）を有している。この場合（ｂ）のように、境界部を挟んで隣接するエリア（ｘ＋１，ｙ）の係数β（１，０）として０以外の値、ここでは例えば０．７を設定する。これより（２）式の演算の結果、ＢＬｄ（ｘ，ｙ）として、ＢＬｏ（ｘ，ｙ）もしくは０．７×ＢＬｏ（ｘ＋１，ｙ）のいずれか大きい値を出力する。例えば、ＢＬｏ（ｘ，ｙ）＝３０、ＢＬｏ（ｘ＋１，ｙ）＝１００の場合には、ＢＬｄ（ｘ，ｙ）の値は０．７×１００＝７０で置き換えられる。

以上のように、処理対象エリアが境界エリアである場合のみ、その調光値ＢＬｏ（ｘ，ｙ）を補正する処理を行う。この補正においても、対象エリアの調光値が調光値の高い隣接エリアの値で引き上げられることになる。上記の例で言えば、処理前の調光値の比が３０：１００だったものが、処理後の調光値の比は７０：１００となる。これより境界部を隔てるエリア対の調光値の差は縮まり、調光値の比Ｒは０．３から０．７に増加し、係数βで決まる割合以上で点灯するようになる。なお、調光値の比Ｒは、大きい方の調光値を分母とする分数で表わすこととし、０〜１の範囲の値となる。

対象エリアが境界エリアであるとき、その境界部の位置は様々な方向に存在する。例えば、Ｙ方向に隣接するエリア（ｘ，ｙ＋１）の間に境界部（間隙Ｄ２）が存在する場合は、β（ｘ，ｙ＋１）＝０．７とする。さらに、Ｘ方向とＹ方向の両方向に境界部が存在する場合は、β（ｘ＋１，ｙ）＝β（ｘ，ｙ＋１）＝β（ｘ＋１，ｙ＋１）＝０．７とすればよい。なお、光源の指向性等の影響により、ある一定方向、例えばＸ方向のみ輝度段差が強く視認される場合は、一定方向のβ（ｘ＋１，ｙ）のみに値（０．７）を設定してもよい。

また、本実施例の境界エリア処理は映像の種類によらず常時適用可能であるが、輝度段差の視認し易さが映像の種類により変化する場合には、映像の種類により境界エリア係数βの値を切替えたり、あるいは境界エリア処理機能をＯＮ／ＯＦＦさせる構成としても良い。

このように、境界部を隔てるエリア対に対応する光源は、それらの調光値比Ｒが境界エリア係数β以上で点灯することになり、分割導光板の境界部で発生する輝度段差を互いに相殺し、輝度段差を抑制することが可能となる。上記例では境界エリア係数βの値として０．７を設定したが、導光板の構造（すなわち輝度段差の発生し易さ）に応じて０．５〜１．０の範囲から適宜選択して設定する。これは、係数βが０．５より小さくなると、分割導光板の境界部で発生する輝度段差を相殺する効果が小さくなり、係数βが１．０に近付くと、各エリアの調光値が同一になってしまい、エリア制御の意味を成さなくなるからである。

次に、本実施例による輝度段差抑制の効果を具体的に説明する。
図１におけるバックライト装置のエリア１０２から境界部を隔てないエリア対と、境界部を隔てたエリア対を選び、選んだ各エリアに対応する光源をそれらの調光値比Ｒを変えて点灯させた場合の輝度分布を比較した。

図１１は、境界部を隔てないエリア対の輝度分布を示す図であり、このようなエリア対として、例えば図１におけるエリア番号３、４のエリアを取り上げる。（ａ）は調光値比Ｒ＝０．３で、（ｂ）は調光値比Ｒ＝１．０で、各エリアの光源を点灯させている。いずれの場合も単一エリアを点灯させたときの輝度分布は滑らかに変化していることから、エリア３とエリア４を同時に点灯させたときの合計の輝度分布は、両者の境界位置においても輝度段差は発生せず、滑らかに推移している。

図１２は、境界部を隔てたエリア対の輝度分布を示す図であり、このようなエリア対として、例えば図１におけるエリア番号６、７のエリアを取り上げる。（ａ）は調光値比Ｒ＝０．３で、（ｂ）は調光値比Ｒ＝１．０で、各エリアの光源を点灯させている。

境界部を有するエリア（境界エリア）６，７においては、境界部において光の広がりが遮断されるため、輝度が急峻に低下する。これは導光板の端部から間隙（空気層）へ入射する光の一部が、導光板と空気層の屈折率の違いにより全反射するためである。その結果、単一エリアのみを点灯させた場合には境界部での輝度段差は視認される大きさとなってしまう。これに対し、エリア６とエリア７を同時に点灯させたときの合計の輝度分布は、両者の境界位置における輝度段差を緩和する効果がある。その効果は両エリアの調光値の比Ｒに依存し、（ａ）はＲ＝０．３の場合で、境界部にはまだ段差が視認される。（ｂ）はＲ＝１．０の場合で、境界部における段差は解消され、滑らかな分布となっている。

ここで、輝度段差を解消するために必要な調光値比Ｒについて解析する。
図１３は、解析に用いる輝度段差ΔＬの定義を説明する図である。境界部を隔てて隣接するエリアにおいて、境界部位置をＳ０とし、Ｓ０から各エリア内にそれぞれ一定の距離だけ進入した位置を測定位置Ｓ１，Ｓ２とする。そして、各位置Ｓ１，Ｓ２での輝度をＬ１，Ｌ２とする。このとき境界部における規格化された輝度変化率は（３）式で表わされ、これを輝度段差ΔＬとする。
ΔＬ＝｜Ｌ１−Ｌ２｜／｛Ｍａｘ（Ｌ１，Ｌ２）×｜Ｓ１−Ｓ２｜｝ （３）

図１４は、輝度段差ΔＬと調光値比Ｒの関係を示す図である。図１４では、境界部を隔てる場合の輝度段差の特性ΔＬ１と、比較のために境界部を隔てない場合の輝度段差の特性ΔＬ０を示し、調光値比Ｒを０から１の範囲で変化させている。なお、測定位置の間隔は｜Ｓ１−Ｓ２｜＝５ｍｍとしている。

図１４より、いずれの調光値比Ｒにおいても、境界部を隔てる場合の輝度段差ΔＬ１は境界部を隔てない場合の輝度段差ΔＬ０よりも大きく、調光値比Ｒを１に近づけるほど輝度段差ΔＬ１，ΔＬ０は小さくなる。ここで、境界部を隔てない場合の輝度段差ΔＬ０はＲ＝０の場合に最大値０．０１５となり、これを輝度段差の許容値とする。この判断基準に従えば、境界部を隔てる場合の輝度段差ΔＬ１を許容値０．０１５以内とするには、調光値比Ｒをおよそ０．５以上とすればよい。すなわち、境界部を隔てる一対のエリアの調光値比Ｒを０．５〜１．０の範囲内の一定の割合で点灯させることで、輝度段差を抑制しつつ本来のエリア制御を実行することが可能となる。

以上のように本実施例によれば、分割導光板を複数枚並べて構成されるバックライト装置において、境界エリア処理により境界部を隔てるエリア対に対応する光源を所定範囲の調光値比で点灯するよう制御することで、分割導光板の境界部で発生する輝度段差を抑制することが可能となる。

図８は、本発明の第２の実施例である画像表示装置の第二調光値決定部１２の詳細構成図である。実施例２では、第二調光値決定部１２における空間フィルタ処理と境界エリア処理を同時に行うための境界制御空間フィルタ部２６を設け、実施例１（図５）における空間フィルタ部２２と境界エリア処理部２３の機能を統合している。他の構成は実施例１（図４、図５）と同様である。以下、空間フィルタ処理と境界エリア処理を統合した処理を「境界制御空間フィルタ処理」と呼ぶ。

第二調光値決定部１２では、第一調光値決定部１１において決定された第一調光値信号を記憶領域部２４に記憶する。また記憶領域部２４は、境界制御空間フィルタ処理に用いる境界空間フィルタ係数γを格納し、境界判定部２５は処理対象エリアが境界エリアであるかどうかを判定する。境界制御空間フィルタ部２６は、記憶領域部２４から第一調光値信号を読出し、境界制御空間フィルタ処理を行い第二調光値信号を生成する。その際境界判定部２５は、処理対象エリアが境界エリアであるか否かに応じて、境界制御空間フィルタ処理で用いる境界空間フィルタ係数γを切り替えて出力する。

図９、図１０は、境界制御空間フィルタ部２６の動作を説明する図である。図９は処理対象エリアが境界エリアに該当しない（境界部を挟まない）場合であり、図１０は処理対象エリアが境界エリアに該当する（境界部を挟む）場合である。いずれも、（ａ）は処理で参照するエリアとその第一調光値信号を、（ｂ）は演算に用いる境界空間フィルタ係数γを示している。この例でも、処理対象となる画面位置（ｘ，ｙ）の中央エリアとその周囲の８エリアを示している。

境界判定部２５は対象エリアが境界エリアに該当するか否かを判定し、境界空間フィルタ係数γ（ｍ，ｎ）を決定して境界制御空間フィルタ部２６に出力する。境界エリアに該当する場合には、境界部は周囲のどのエリアとの間に存在するかを判断して境界空間フィルタ係数γ（ｍ，ｎ）を決定する。

境界制御空間フィルタ部２６では、記憶領域部２４で保持している第一調光値信号ＢＬ（ｘ，ｙ）に対して、境界空間フィルタ係数γ（ｍ，ｎ）を用いて（４）式の演算を行うことで、境界制御空間フィルタ処理後の第二調光値信号ＢＬd（ｘ，ｙ）を算出する。
ＢＬｄ（ｘ，ｙ）＝Ｍａｘ｛γ（ｍ，ｎ）×ＢＬ（x＋ｍ，ｙ＋ｎ）｝ （４）
ただし、ｍ＝−１〜＋１、ｎ＝−１〜＋１

図９（ａ）では、処理対象となる画面位置（ｘ，ｙ）の中央エリアは周囲エリアとの間で境界部を有していないため、（ｂ）に示す境界空間フィルタ係数γとして、前記図５（ｂ）に示した空間フィルタ係数αと同じ値を設定する。これにより（４）式の演算を行うことで、バックライトを構成する各エリア間の光の広がりの影響を補償する空間フィルタ処理のみの機能を実現する。

これに対し、図１０（ａ）では、処理対象となるの中央エリア（ｘ，ｙ）は、Ｘ方向に隣接するエリア（ｘ＋１，ｙ）との間で境界部（間隙Ｄ１）を有している。この場合には（ｂ）に示す境界空間フィルタ係数γとして、一旦前記図５（ｂ）に示した空間フィルタ係数αと同じ値を設定した後、境界部を挟んで隣接するエリア（ｘ＋１，ｙ）の係数γ（１，０）を、前記図７（ｂ）の該当エリア（ｘ＋１，ｙ）の境界エリア係数β（＝０．７）に置き換えて設定する。これにより（４）式の演算を行うことで、前記した空間フィルタ処理の機能を実現するとともに、境界部を隔てるエリア対の調光値の差を縮め、調光値比Ｒを所定の割合以上で点灯させる境界エリア処理の機能を同時に実現する。

例えば、第一調光値信号が処理対象の中央エリアでＢＬ（ｘ，ｙ）＝３０、隣接エリアでＢＬ（ｘ＋１，ｙ）＝８０、他のエリアで０の場合を考える。この時、図９（ａ）のように処理対象エリアが境界エリアでない場合は、γ（０，０）×ＢＬ（ｘ，ｙ）＝１．２×３０＝３６とγ（１，０）×ＢＬ（ｘ＋１，ｙ）＝０．３×８０＝２４の比較から、ＢＬｄ（ｘ，ｙ）＝３６となる。一方、図１０（ａ）のように処理対象エリアが境界エリアである場合は、γ（０，０）×ＢＬ（ｘ，ｙ）＝３６とγ（１，０）×ＢＬ（ｘ＋１，ｙ）＝０．７×８０＝５６の比較から、ＢＬｄ（ｘ，ｙ）＝５６となる。その結果、境界部を隔てて隣接するエリアとの調光値比Ｒは、３０／８０＝０．３７から５６／８０＝０．７に増加する。

対象エリアが境界エリアであるとき、その境界部の位置は様々な方向に存在する。例えば、Ｙ方向に隣接するエリア（ｘ，ｙ＋１）の間に境界部（間隙Ｄ２）が存在する場合は、γ（ｘ，ｙ＋１）＝０．７とする。さらに、Ｘ方向とＹ方向の両方向に境界部が存在する場合は、γ（ｘ＋１，ｙ）＝γ（ｘ，ｙ＋１）＝γ（ｘ＋１，ｙ＋１）＝０．７とすればよい。

ここで、境界部を隔てて隣接するエリアに対し設定する境界空間エリア係数γは、前記境界エリア係数βと同様に導光板の構造に応じて０．５〜１．０の範囲から適宜選択して設定する。これは、係数γが０．５より小さくなると、分割導光板の境界部で発生する輝度段差を相殺する効果が小さくなり、係数γが１．０に近付くと、各エリアの調光値が同一になってしまい、エリア制御の意味を成さなくなるからである。本実施例における輝度段差抑制の効果は前記実施例１と同様である。

本実施例では、バックライト輝度分布の変化を緩やかにする空間フィルタ処理と分割導光板の境界部で発生する輝度段差を抑制する境界エリア処理を同時に行うことで、演算処理時間を短縮する効果がある。

本発明は、バックライトを複数の表示領域に分割して個別に光源輝度を制御する、いわゆるエリア制御を採用した液晶テレビや携帯ディスプレイなどの液晶表示装置に好適に適用できる。

１０…画像フレーム受信部、
１１…第一調光値決定部、
１２…第二調光値決定部、
１３…時間フィルタ部、
１４…バックライト制御部、
１５…バックライト部、
１６…バックライト輝度分布算出部、
１７…画像信号補正部、
１８…液晶制御部、
１９…発光量決定部、
２０…液晶パネル、
２１…第一調光値受信部、
２２…空間フィルタ部、
２３…境界エリア処理部、
２４…記憶領域部、
２５…境界判定部、
２６…境界制御空間フィルタ部、
１００…バックライト装置、
１０１（１０１ａ〜１０１ｄ）…分割導光板、
１０２…エリア、
１０３…光源、
１０４…配線基板、
２０１…拡散シート
２０２…液晶パネル、
Ｄ１，Ｄ２…境界部間隙、
ΔＬ…輝度段差。

Claims (5)

1. 複数のエリアをマトリクス状に配列した分割導光板を複数枚結合して構成された導光板と、各エリアに対応し個別に発光強度を制御可能な光源とを有するバックライトと、該バックライトから照射された光を画素毎に変調して画像を表示する液晶パネルとを備えた画像表示装置において、
   前記分割導光板は、第１の方向と、該第１の方向に直交する第２の方向にそれぞれ複数枚配列されており、
   前記各エリアにおける入力画像信号に応じて対応する光源の発光量を決定する発光量決定部と、
   該決定した発光量に応じて前記液晶パネルに表示する画像信号の振幅を補正する画像信号補正部とを備え、
   前記発光量決定部は、
   発光量を決定する処理対象エリアが隣接エリアとの間に前記分割導光板を結合する境界部を有しているか否かを判定する境界判定部と、
   該境界判定部により境界部を有すると判定された処理対象エリアの発光量を、境界部を隔てた隣接エリアにおける発光量との比Ｒが一定の割合以上となるように補正する境界エリア処理部を有し、
   該境界エリア処理部は、境界部を有すると判定された処理対象エリアと、該処理対象エリアに前記境界部を隔てて前記第１の方向に隣接する第１隣接エリアとの発光量の比Ｒ１と、前記処理対象エリアと、該処理対象エリアに前記境界部を隔てて前記第２の方向に隣接する第２隣接エリアとの発光量の比Ｒ２とを異ならせることを特徴とする画像表示装置。
2. 請求項１記載の画像表示装置において、
   前記発光量決定部は、第一調光値決定部と第二調光値決定部とを備え、
   該第一調光値決定部では、入力画像信号から前記各エリア毎の輝度情報を検出し、該輝度情報に基づき該エリアに対応する光源の初期発光量である第一調光値信号を決定し、
   前記第二調光値決定部では、前記第一調光値決定部にて決定された第一調光値信号を空間方向に補正して各エリア間の光の広がりを補償する空間フィルタ部を有すると共に、該空間フィルタ部からの信号を前記境界判定部と前記境界エリア処理部により処理して光源の発光量である第二調光値信号を決定することを特徴とする画像表示装置。
3. 請求項２記載の画像表示装置において、
   前記第二調光値決定部では、前記空間フィルタ部と前記境界エリア処理部との機能を統合した境界制御空間フィルタ部を有し、前記第一調光値決定部にて決定された第一調光値信号を空間方向に補正する処理と、処理対象エリアの発光量を境界部を隔てた隣接エリアにおける発光量との比Ｒが一定の割合以上となるように補正する処理を同時に実行することを特徴とする画像表示装置。
4. 複数のエリアをマトリクス状に配列した分割導光板を複数枚結合して構成された導光板と、各エリアに対応し個別に発光強度を制御可能な光源とを有するバックライトと、該バックライトから照射された光を画素毎に変調して画像を表示する液晶パネルとを備えた画像表示装置において、
   前記分割導光板は、第１の方向と、該第１の方向に直交する第２の方向にそれぞれ複数枚配列されており、
   前記各エリアにおける入力画像信号に応じて対応する光源の発光量を決定する発光量決定部を備え、
   該発光量決定部は、前記分割導光板を結合する境界部を隔てて隣接するエリア対に対し、それらの発光量の比Ｒを一定の範囲内となるように補正するものであって、
   該発光量決定部は、前記境界部を隔てて前記第１の方向に隣接する第１のエリア対の発光量の比Ｒ１と、前記境界部を隔てて前記第２の方向に隣接する第２のエリア対の発光量の比Ｒ２とを異ならせることを特徴とする画像表示装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像表示装置において、
   前記発光量決定部は、前記発光量の比Ｒを０．５〜１．０の範囲となるように補正することを特徴とする画像表示装置。

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