WO2010024009A1

WO2010024009A1 - 画像表示装置および画像表示方法

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Publication number: WO2010024009A1
Application number: PCT/JP2009/059959
Authority: WO
Inventors: 勇司田中
Original assignee: シャープ株式会社
Priority date: 2008-09-01
Filing date: 2009-06-01
Publication date: 2010-03-04
Also published as: CN102124512B; BRPI0917382A2; JPWO2010024009A1; EP2320412A1; RU2448374C1; EP2320412A4; US8619010B2; US20110115827A1; EP2320412B1; CN102124512A

Abstract

　本発明は、エリアアクティブ駆動を行う表示装置において色再現性の高い表示を行うものであって、ＬＥＤ出力値算出部（１５１）は、入力画像（３１）に基づき、各エリアに対応したＬＥＤの発光時の輝度を示すＬＥＤデータ（３３）を求める。表示輝度算出部（１５２）は、ＬＥＤデータ（３３）と輝度拡散フィルタ（１５５）とに基づき各エリアの表示輝度からなる輝度画像（４１）を算出する。ＬＣＤデータ算出部（１５４）は、フレームメモリ（１５３）で遅延された入力画像（４２）と輝度画像（４１）とに基づき液晶パネルの表示素子における仮の光透過率を求め、その各色毎の最大値が１を超える場合仮の光透過率を最大値で除算した値を光透過率とし、超えない場合仮の光透過率を光透過率として、当該光透過率を表す液晶データ（３２）を求める。これにより輝度不足の色があっても各色の割合は変化しないので色再現性が高くなる。

Description

画像表示装置および画像表示方法

　本発明は、画像表示装置および画像表示方法に関し、特に、バックライトの輝度を制御する機能（バックライト調光機能）を有する画像表示装置および当該装置における画像表示方法に関する。

　液晶表示装置など、バックライトを備えた画像表示装置では、入力画像に基づきバックライトの輝度を制御することにより、バックライトの消費電力を抑制し、表示画像の画質を改善することができる。特に、画面を複数のエリアに分割し、エリア内の入力画像に基づき、当該エリアに対応したバックライト光源の輝度を制御することにより、さらなる低消費電力化と高画質化が可能となる。以下、このようにエリア内の入力画像に基づきバックライト光源の輝度を制御しながら、表示パネルを駆動する方法を「エリアアクティブ駆動」という。

　エリアアクティブ駆動を行う画像表示装置では、バックライト光源として、例えば、ＲＧＢ３色のＬＥＤ（Light Emitting Diode）や白色ＬＥＤが使用される。各エリアに対応したＬＥＤの輝度（発光時の輝度）は、当該各エリア内の画素の輝度の最大値および平均値などに基づいて適宜の輝度が求められ、ＬＥＤデータとしてバックライト用の駆動回路に与えられる。また、そのＬＥＤデータと入力画像とに基づいて表示用データ（液晶表示装置であれば、液晶の光透過率を制御するためのデータ）が生成され、当該表示用データは表示パネル用の駆動回路に与えられる。画面上における各画素の輝度は、液晶表示装置の場合には、バックライトからの光の輝度と表示用データに基づく光透過率との積になる。

　以上のようにして生成された表示用データに基づいて表示パネル用の駆動回路が駆動され、上述のＬＥＤデータに基づいてバックライト用の駆動回路が駆動されることにより、入力画像に基づく画像表示が行われる。

　なお、本件発明に関連して、以下の先行技術文献が知られている。日本特開２００２－９９２５０号公報には、入力画像信号を基にして複数の領域毎に照明光の輝度を制御する照明輝度制御部と、その輝度情報に基づいて入力画像信号を変換する画像信号変換部とを備えることにより画像表示におけるダイナミックレンジの拡大と消費電力の低減を図っている従来の画像表示装置の発明が開示されている。

日本特開２００２－９９２５０号公報

　ところが、上記従来の画像表示装置では、消費電力の低減のため照明光の輝度を低下させる。そのため、液晶表示装置の場合では、液晶の光透過率を最大値である１に設定したとしても照明光の輝度が不足することから必要な輝度で表示することができない場合が生じる。したがって、照明光が例えばＲＧＢ（赤・緑・青）の３色からなりこれらの光の輝度が個別に制御される場合、３色のうちの多くても２つの色の輝度について照明光の輝度が不足するとき、当該色について必要な輝度で表示することができないことがある。このときには、少なくとも１つの色の輝度については必要な輝度で表示されるので、本来表示されるべき各色の輝度比率が変化し、そのことにより色再現性が低下する（色相が変化する）という問題点が生じる。

　そこで、本発明は、表示部において色再現性の高い表示を行うことができる、エリアアクティブ駆動を行う画像表示装置および当該装置における画像表示方法を提供することを目的とする。

　本発明の第１の局面は、バックライトの輝度を制御する機能を有する画像表示装置であって、
　複数の原色となる光を発する複数の光源を含むバックライトと、
　前記光源からの光を透過することにより複数の色で１つの画素を表示する複数の表示素子を複数組含む表示パネルと、
　複数の色で構成される画素を複数含む入力画像を複数のエリアに分割し、前記入力画像に基づき各エリアに対応した光源の発光時の輝度を示す発光輝度データを求める発光輝度算出部と、
　各エリアについての前記発光輝度データに基づき、各表示素子において得られる最大輝度である表示輝度を求める表示輝度算出部と、
　前記入力画像と前記表示輝度算出部により求められる表示輝度とに基づき、前記表示素子の光透過率を制御するための表示用データを求める表示用データ算出部と、
　前記表示用データに基づき、前記表示パネルに対して前記表示素子の光透過率を制御する信号を出力するパネル駆動回路と、
　前記発光輝度データに基づき、前記バックライトに対して前記光源の輝度を制御する信号を出力するバックライト駆動回路と
を備え、
　前記表示用データ算出部は、前記入力画像の画素を構成する前記色毎の輝度のうちいずれかが対応する前記表示輝度よりも大きいときには、対応する表示素子の光透過率が１以下になるよう前記入力画像の画素を構成する前記色毎の輝度をそれぞれ同一値で除算した値に基づき、前記表示用データを求めることを特徴とする。

　本発明の第２の局面は、本発明の第１の局面において、
　前記表示用データ算出部は、前記入力画像の画素を構成する前記色毎の輝度を当該画素の色に対応する前記表示輝度で除算することにより前記色毎の仮の光透過率を算出し、前記色毎の仮の光透過率のうちの最大値が１を超える場合には、前記色毎の仮の光透過率を前記最大値で除算することにより前記色毎の光透過率を算出し、前記最大値が１以下の場合には前記色毎の仮の光透過率を前記色毎の光透過率として算出することを特徴とする。

　本発明の第３の局面は、本発明の第２の局面において、
　前記表示用データ算出部は、
　　前記入力画像の画素を構成する前記色毎の輝度を当該画素の色に対応する前記表示輝度で除算することにより得られる前記色毎の仮の光透過率を出力する第１の割り算回路と、
　　前記第１の割り算回路から出力される前記色毎の仮の光透過率のうちの最大値を選択し、当該最大値が１を超える場合には当該最大値を選択値として出力し、当該最大値が１以下の場合には１を選択値として出力する最大値選択回路と、
　　前記第１の割り算回路から出力される前記色毎の仮の光透過率を前記最大値選択回路から出力される選択値で除算することにより得られる前記色毎の光透過率を出力する第２の割り算回路と
を含むことを特徴とする。

　本発明の第４の局面は、本発明の第１の局面において、
　前記バックライトは、光の三原色である赤色、緑色、および青色をそれぞれ発する光源を含み、
　前記表示パネルは、前記光源から発せられる赤色、緑色、および青色の光の透過率をそれぞれ制御する表示素子を含むことを特徴とする。

　本発明の第５の局面は、本発明の第４の局面において、
　前記表示パネルは、前記表示素子として液晶素子を含むことを特徴とする。

　本発明の第６の局面は、バックライトの輝度を制御する機能を有し、複数の原色となる光を発する複数の光源を含むバックライトと、前記光源からの光を透過することにより複数の色で１つの画素を表示する複数の表示素子を複数組含む表示パネルとを備える画像表示装置における画像制御方法であって、
　複数の色で構成される画素を複数含む入力画像を複数のエリアに分割し、前記入力画像に基づき各エリアに対応した光源の発光時の輝度を示す発光輝度データを求める発光輝度算出ステップと、
　各エリアについての前記発光輝度データに基づき、各表示素子において得られる最大輝度である表示輝度を求める表示輝度算出ステップと、
　前記入力画像と前記表示輝度算出ステップにより求められる表示輝度とに基づき、前記表示素子の光透過率を制御するための表示用データを求める表示用データ算出ステップと、
　前記表示用データに基づき、前記表示パネルに対して前記表示素子の光透過率を制御するパネル駆動ステップと、
　前記発光輝度データに基づき、前記バックライトに対して前記光源の輝度を制御するバックライト駆動ステップと
を備え、
　前記表示用データ算出ステップは、前記入力画像の画素を構成する前記色毎の輝度のうちいずれかが対応する前記表示輝度よりも大きいときには、対応する表示素子の光透過率が１以下になるよう前記入力画像の画素を構成する前記色毎の輝度をそれぞれ同一値で除算した値に基づき、前記表示用データを求めることを特徴とする。

　本発明の第７の局面は、本発明の第６の局面において、
　前記表示用データ算出ステップでは、前記入力画像の画素を構成する前記色毎の輝度を当該画素の色に対応する前記表示輝度で除算することにより前記色毎の仮の光透過率を算出し、前記色毎の仮の光透過率のうちの最大値が１を超える場合には、前記色毎の仮の光透過率を前記最大値で除算することにより前記色毎の光透過率を算出し、前記最大値が１以下の場合には前記色毎の仮の光透過率を前記色毎の光透過率として算出することを特徴とする。

　本発明の第８の局面は、本発明の第７の局面において、
　前記表示用データ算出ステップは、
　　前記入力画像の画素を構成する前記色毎の輝度を当該画素の色に対応する前記表示輝度で除算することにより得られる前記色毎の仮の光透過率を出力する第１の割り算ステップと、
　　前記第１の割り算ステップにおいて出力される前記色毎の仮の光透過率のうちの最大値を選択し、当該最大値が１を超える場合には当該最大値を選択値として出力し、当該最大値が１以下の場合には１を選択値として出力する最大値選択ステップと、
　　前記第１の割り算ステップにおいて出力される前記色毎の仮の光透過率を前記最大値選択ステップにおいて出力される選択値で除算することにより得られる前記色毎の光透過率を出力する第２の割り算ステップと
を含むことを特徴とする。

　本発明の第１の局面によれば、入力画像の画素を構成する色毎の輝度のうちいずれかが対応する表示輝度よりも大きいときには、対応する表示素子の光透過率が１以下になるよう各色の輝度を同一値で除算した値に基づき表示用データを求めるので、各色の合成輝度は低下するとしても、色再現性の高い表示を行うことができる。

　本発明の第２の局面によれば、各色毎の仮の光透過率を算出し、その最大値が１を超える場合には記色毎の仮の光透過率を最大値で除算することにより各色毎の光透過率を算出し、最大値が１以下の場合には各色毎の仮の光透過率をそのまま各色毎の光透過率として算出するので、簡単に色再現性の高い表示を行うことができる。

　本発明の第３の局面によれば、第１および第２の割り算回路と最大値選択回路とを備える簡易な回路構成で色再現性の高い表示を行うことができる。

　本発明の第４の局面によれば、光源および表示色に光の三原色を使用することにより、汎用的な構成で安価に色再現性の高い表示を行うことができる。

　本発明の第５の局面によれば、広く使用される液晶素子を使用することにより、安価に高精細かつ色表現性の高い表示を行うことができる。

　本発明の第６の局面によれば、本発明の第１の局面における効果と同様の効果を、画像表示装置における画像表示方法において奏することができる。

　本発明の第７の局面によれば、本発明の第２の局面における効果と同様の効果を、画像表示装置における画像表示方法において奏することができる。

　本発明の第８の局面によれば、本発明の第３の局面における効果と同様の効果を、画像表示装置における画像表示方法において奏することができる。

本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の構成を示すブロック図である。上記一実施形態に係る液晶表示装置に備えられるバックライトの詳細を示す図である。上記一実施形態に係る液晶表示装置において、エリアアクティブ駆動処理部の詳細な構成を示すブロック図である。一実施形態において、エリアアクティブ駆動処理部の処理を示すフローチャートである。上記一実施形態において、ＬＥＤデータ算出部の詳細な構成を示す図である。上記一実施形態において、液晶データとＬＥＤデータが得られるまでの経過を示す図である。

　以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。
＜１．　全体的な構成および動作概要＞
　図１は、本発明の一実施形態に係る液晶表示装置１０の構成を示すブロック図である。図１に示す液晶表示装置１０は、液晶パネル１１、パネル駆動回路１２、バックライト１３、バックライト駆動回路１４、および、エリアアクティブ駆動処理部１５を備えている。液晶表示装置１０は、画面を複数のエリアに分割し、エリア内の入力画像に基づきバックライト光源の輝度を制御しながら、液晶パネル１１を駆動するエリアアクティブ駆動を行う。以下、ｍとｎは２以上の整数、ｐとｑは１以上の整数、ｐとｑのうち少なくとも一方は２以上の整数であるとする。

　液晶表示装置１０には、Ｒ画像、Ｇ画像およびＢ画像を含む入力画像３１が入力される。Ｒ画像、Ｇ画像およびＢ画像は、いずれも（ｍ×ｎ）個の画素の輝度を含んでいる。エリアアクティブ駆動処理部１５は、入力画像３１に基づき、液晶パネル１１の駆動に用いる表示用データ（以下、液晶データ３２という）と、バックライト１３の駆動に用いるバックライト制御データ（以下、ＬＥＤデータ３３という）とを求める（詳細は後述）。

　液晶パネル１１は、（ｍ×ｎ×３）個の表示素子２１を備えている。表示素子２１は、行方向（図１では横方向）に３ｍ個ずつ、列方向（図１では縦方向）にｎ個ずつ、全体として２次元状に配置される。表示素子２１には、赤色光を透過するＲ表示素子、緑色光を透過するＧ表示素子、および、青色光を透過するＢ表示素子が含まれる。Ｒ表示素子、Ｇ表示素子およびＢ表示素子は、行方向に並べて配置され、３個で１個の画素を形成する。

　パネル駆動回路１２は、液晶パネル１１の駆動回路である。パネル駆動回路１２は、エリアアクティブ駆動処理部１５から出力された液晶データ３２に基づき、液晶パネル１１に対して表示素子２１の光透過率を制御する信号（電圧信号）を出力する。パネル駆動回路１２から出力された電圧は表示素子２１内の画素電極（図示せず）に書き込まれ、表示素子２１の光透過率は画素電極に書き込まれた電圧に応じて変化する。

　バックライト１３は、液晶パネル１１の背面側に設けられ、液晶パネル１１の背面にバックライト光を照射する。図２は、バックライト１３の詳細を示す図である。バックライト１３は、図２に示すように、（ｐ×ｑ）個のＬＥＤユニット２２を含んでいる。ＬＥＤユニット２２は、行方向にｐ個ずつ、列方向にｑ個ずつ、全体として２次元状に配置される。ＬＥＤユニット２２は、赤色ＬＥＤ２３、緑色ＬＥＤ２４および青色ＬＥＤ２５を１個ずつ含む。１個のＬＥＤユニット２２に含まれる３個のＬＥＤ２３～２５から出射された光は、液晶パネル１１の背面の一部に当たる。

　バックライト駆動回路１４は、バックライト１３の駆動回路である。バックライト駆動回路１４は、エリアアクティブ駆動処理部１５から出力されたＬＥＤデータ３３に基づき、バックライト１３に対してＬＥＤ２３～２５の輝度を制御する信号（電圧信号または電流信号）を出力する。ＬＥＤ２３～２５の輝度は、ユニット内およびユニット外のＬＥＤの輝度とは独立して制御される。

　液晶表示装置１０の画面は（ｐ×ｑ）個のエリアに分割され、１個のエリアには１個のＬＥＤユニット２２が対応づけられる。エリアアクティブ駆動処理部１５は、（ｐ×ｑ）個のエリアのそれぞれについて、エリア内のＲ画像に基づき、当該エリアに対応した赤色ＬＥＤ２３の輝度を求める。同様に、緑色ＬＥＤ２４の輝度はエリア内のＧ画像に基づき決定され、青色ＬＥＤ２５の輝度はエリア内のＢ画像に基づき決定される。エリアアクティブ駆動処理部１５は、バックライト１３に含まれるすべてのＬＥＤ２３～２５の輝度を求め、求めたＬＥＤ輝度を表すＬＥＤデータ３３をバックライト駆動回路１４に対して出力する。

　また、エリアアクティブ駆動処理部１５は、ＬＥＤデータ３３に基づき、液晶パネル１１に含まれるすべての表示素子２１におけるバックライト光の輝度を求める。さらに、エリアアクティブ駆動処理部１５は、入力画像３１とバックライト光の輝度とに基づき、液晶パネル１１に含まれるすべての表示素子２１の光透過率を求め、求めた光透過率を表す液晶データ３２をパネル駆動回路１２に対して出力する。なお、エリアアクティブ駆動処理部１５におけるバックライト光の輝度の求め方についての詳しい説明は後述する。

　液晶表示装置１０では、Ｒ表示素子の輝度は、バックライト１３から出射される赤色光の輝度とＲ表示素子の光透過率との積になる。１個の赤色ＬＥＤ２３から出射された光は、対応する１個のエリアを中心として複数のエリアに当たる。したがって、Ｒ表示素子の輝度は、複数の赤色ＬＥＤ２３から出射された光の輝度の合計とＲ表示素子の光透過率との積になる。同様に、Ｇ表示素子の輝度は複数の緑色ＬＥＤ２４から出射された光の輝度の合計とＧ表示素子の光透過率との積になり、Ｂ表示素子の輝度は複数の青色ＬＥＤ２５から出射された光の輝度の合計とＢ表示素子の光透過率との積になる。

　以上のように構成された液晶表示装置１０によれば、入力画像３１に基づき好適な液晶データ３２とＬＥＤデータ３３を求め、液晶データ３２に基づき表示素子２１の光透過率を制御し、ＬＥＤデータ３３に基づきＬＥＤ２３～２５の輝度を制御することにより、入力画像３１を液晶パネル１１に表示することができる。また、エリア内の画素の輝度が小さいときには、当該エリアに対応したＬＥＤ２３～２５の輝度を小さくすることにより、バックライト１３の消費電力を低減することができる。また、エリア内の画素の輝度が小さいときには、当該エリアに対応した表示素子２１の輝度をより少数のレベル間で切り替えることにより、画像の分解能を高め、表示画像の画質を改善することができる。

＜２．　エリアアクティブ駆動処理部の構成＞
　図３は、本実施形態におけるエリアアクティブ駆動処理部１５の詳細な構成を示すブロック図である。エリアアクティブ駆動処理部１５は、所定の処理を実行するための構成要素として、ＬＥＤ出力値算出部１５１と、表示輝度算出部１５２と、ＬＣＤデータ算出部１５４とを備え、所定のデータを格納するための構成要素として、フレームメモリ１５３と、輝度拡散フィルタ１５５とを備えている。なお、本実施形態においては、ＬＥＤ出力値算出部１５１によって発光輝度算出部が実現され、ＬＣＤデータ算出部１５４によって表示用データ算出部が実現されている。また、これらの構成要素は専用のハードウェアからなるが、これらの構成要素の各機能は所定のマイクロコンピュータやシグナルプロセッサ等のハードウェアに実装されるプログラムにより実現されてもよい。

　ＬＥＤ出力値算出部１５１は、入力画像を複数のエリアに分割し、各エリアに対応したＬＥＤの発光時の輝度を示すＬＥＤデータ（発光輝度データ）３３を求める。なお、以下においては、ＬＥＤの発光時の輝度の値を「ＬＥＤ出力値」という。

　輝度拡散フィルタ１５５には、典型的には各エリアの表示輝度を算出するために光の拡散の仕方を数値で表したデータであるＰＳＦ（Point Spread Filter Data）データ４３が格納されている。表示輝度算出部１５２は、ＬＥＤデ－タ３３と、輝度拡散フィルタ１５５に格納されているＰＳＦデータ４３との畳み込み積分を行うことにより、輝度画像４１を求める。なお、この輝度画像４１は、液晶データ３２と同じ画像サイズになるよう、線形補間されている。

　フレームメモリ１５３は、入力画像３１を一旦格納し、ＬＥＤ出力値算出部１５１および表示輝度算出部１５２による演算が終了するまで（演算時間が経過するまで）保持した後、対応する輝度画像４１と同時に与えられるよう遅延された入力画像４２をＬＣＤデータ算出部１５４に与える。

　ＬＣＤデータ算出部１５４は、上記演算時間分だけ遅延された入力画像４２と、対応する輝度画像４１とに基づいて、液晶パネル１１に含まれるすべての表示素子２１の光透過率を表す液晶データ３２を求める。このＬＣＤデータ算出部１５４の詳しい構成は後述する。

＜３．　エリアアクティブ駆動処理部の処理手順＞
　図４は、エリアアクティブ駆動処理部１５の処理を示すフローチャートである。エリアアクティブ駆動処理部１５には、入力画像３１に含まれるある色成分（以下、色成分Ｃという）の画像が入力される（ステップＳ１１）。色成分Ｃの入力画像には（ｍ×ｎ）個の画素の輝度が含まれる。なお、本実施形態では、色成分はＲＧＢの３色であり、実際には各色同時に本処理が行われる。

　次に、エリアアクティブ駆動処理部１５は、色成分Ｃの入力画像に対してサブサンプリング処理（平均化処理）を行い、（ｓｐ×ｓｑ）個（ｓは２以上の整数）の画素の輝度を含む縮小画像を求める（ステップＳ１２）。ステップＳ１２では、色成分Ｃの入力画像は、横方向に（ｓｐ／ｍ）倍、縦方向に（ｓｑ／ｎ）倍に縮小される。次に、エリアアクティブ駆動処理部１５は、縮小画像を（ｐ×ｑ）個のエリアに分割する（ステップＳ１３）。各エリアには（ｓ×ｓ）個の画素の輝度が含まれる。次に、エリアアクティブ駆動処理部１５は、（ｐ×ｑ）個のエリアのそれぞれについて、エリア内の画素の輝度の最大値Ｍａと、エリア内の画素の輝度の平均値Ｍｅとを求める（ステップＳ１４）。

　次に、エリアアクティブ駆動処理部１５は、（ｐ×ｑ）個のエリアのそれぞれについてのＬＥＤ出力値（ＬＥＤの発光時の輝度の値）を求める（ステップＳ１５）。このＬＥＤ出力値を決定する方法としては、例えば、エリア内の画素の輝度の最大値Ｍａに基づいて決定する方法や、エリア内の画素の輝度の平均値Ｍｅに基づいて決定する方法、またはエリア内の画素の輝度の最大値Ｍａと平均値Ｍｅを加重平均することにより得られる値に基づいて決定する方法などがある。ここで、たとえ最大値Ｍａのみに基づいてＬＥＤの出力値が決定される場合であっても、当該エリアに隣接する周囲のエリアの輝度が低い場合には、当該エリア内の画素の輝度が最大値Ｍａまでに至らず輝度が不足することもある。したがって、本来表示されるべき各色の輝度比率が変化し、そのことにより色再現性が低下する（色相が変化する）という問題点は、最大値Ｍａのみに基づいてＬＥＤの出力値が決定される場合であっても同様に生じる。なお、上記ステップＳ１１からステップＳ１５までの処理は、エリアアクティブ駆動処理部１５内のＬＥＤ出力値算出部１５１で行われる。

　次に、エリアアクティブ駆動処理部１５は、ステップＳ１５で求めた（ｐ×ｑ）個のＬＥＤ出力値に対して輝度拡散フィルタ（点拡散フィルタ）１５５を適用することにより、（ｔｐ×ｔｑ）個（ｔは２以上の整数）の表示輝度を含む第１のバックライト輝度データを求める（ステップＳ１６）。ステップＳ１６では、（ｐ×ｑ）個のＬＥＤ出力値が横方向と縦方向にそれぞれｔ倍に拡大されて、（ｔｐ×ｔｑ）個の表示輝度が求められている。なお、上記ステップＳ１６の処理は、エリアアクティブ駆動処理部１５内の表示輝度算出部１５２で行われる。

　次に、エリアアクティブ駆動処理部１５は、第１のバックライト輝度データに対して線形補間処理を行うことにより、（ｍ×ｎ）個の輝度を含む第２のバックライト輝度データを求める（ステップＳ１７）。ステップＳ１７では、第１のバックライト輝度データは、横方向に（ｍ／ｔｐ）倍、横方向に（ｎ／ｔｑ）倍に拡大される。第２のバックライト輝度データは、（ｐ×ｑ）個の色成分ＣのＬＥＤがステップＳ１５で求めた輝度で発光したときに、（ｍ×ｎ）個の色成分Ｃの表示素子２１に入射する色成分Ｃのバックライト光の輝度を表す。この第２のバックライト輝度データは、輝度画像４１として表示輝度算出部１５２から出力される。なお、この輝度画像４１は各色毎に（時分割で逐次に、または並行して同時に）生成され、同時にＬＣＤデータ算出部１５４に与えられる。

　次に、エリアアクティブ駆動処理部１５は、色成分Ｃの入力画像に含まれる（ｍ×ｎ）個の画素の輝度を、それぞれ、第２のバックライト輝度データに含まれる（ｍ×ｎ）個の輝度で割ることにより、（ｍ×ｎ）個の色成分Ｃの表示素子２１の仮の光透過率Ｔｔを求める（ステップＳ１８）。このことにより（ｍ×ｎ）個の画素からなる仮の液晶データが生成される。ここで、仮の光透過率Ｔｔは１を超える場合があるものとする。液晶の光透過率が１を超えることはないので、従来のエリアアクティブ駆動では、もし１を超える値が算出される場合、すなわち色成分Ｃの入力画像に含まれる画素輝度が第２のバックライト輝度データよりも大きい場合には、光透過率Ｔが１を超えないようにその値を１に丸める処理が行われる。しかし、本実施形態では、仮の光透過率Ｔｔが１を超える場合であっても、その値を１に丸める処理は行わない。

　次に、エリアアクティブ駆動処理部１５は、ステップＳ１８で求めた（ｍ×ｎ）個の色成分Ｃの表示素子２１の仮の光透過率Ｔｔを選択値Ｓで除算することにより、（ｍ×ｎ）個の色成分Ｃの表示素子２１の光透過率Ｔを求める（ステップＳ１９）。ここで、上記選択値Ｓは、（ｍ×ｎ）個の画素のうちの或る１つの画素を構成する全ての色成分（ＲＧＢ３色の色成分）に対応するそれぞれの仮の光透過率Ｔｔのいずれかが１を超える場合には、これら３つの仮の光透過率Ｔｔのうちの最大値に設定し、これらいずれも１を超えない場合には上記選択値Ｓを１に設定する。このような選択値Ｓで仮の光透過率Ｔｔを除算すれば、仮の光透過率Ｔｔのいずれかが１を超える場合にも色再現性を維持することができる。

　すなわち、例えば光透過率Ｔが１を超えないようにその値を１に丸める処理を行う従来の構成によれば、光透過率Ｔが１を超える場合、１つの画素を構成するＲＧＢ各色の輝度値のうち丸められる色に対応する輝度値のみが小さくなる。したがって、３色全体としての輝度値（の合成値）は再現されるべき輝度値に近くなるが、３色の輝度の比率が変化するので当該画素における色再現性が低下する（色相が変化する）。しかし、上述した本実施形態の構成によれば、仮の光透過率Ｔｔのいずれかが１を超える場合には、その最大値で除算することになるので、３色全体としての輝度値（の合成値）は再現されるべき輝度値より小さくなる。しかし、３色の輝度の比率は変化しないので当該画素における色再現性は低下しない（色相が変化しない）。したがって、画像をより自然な色で表示することができる。

　なお、上記ステップＳ１８、Ｓ１９の処理は、エリアアクティブ駆動処理部１５内のＬＣＤデータ算出部１５４で行われる。このようなＬＣＤデータ算出部１５４の詳しい構成につき図５を参照して説明する。

　図５は、ＬＣＤデータ算出部の詳細な構成を示すブロック図である。この図５に示されるように、ＬＣＤデータ算出部１５４は、第１の割り算回路５４１～５４３と、第２の割り算回路５４５～５４７と、最大値選択回路５４４とを含む。第１の割り算回路５４１は、輝度画像４１のうちのＲ（赤）の輝度データであるＲ輝度データ４１ｒと、遅延された入力画像４２のうちのＲ（赤）の輝度データである入力Ｒ輝度データ４２ｒとを受け取る。これらの輝度データの画像における位置（画素位置）は同一であり、フレームメモリ１５３により、同一の位置のデータが同時にＬＣＤデータ算出部１５４に与えられるようその演算時間分だけ遅延される制御が行われる。

　第１の割り算回路５４１は、Ｒ輝度データ４１ｒにより入力Ｒ輝度データ４２ｒを除算し、得られた結果を仮のＲ液晶データ３２ｒｔとして第２の割り算回路５４５および最大値選択回路５４４に与える。なお、この動作については、ステップＳ１８において詳述した。

　以上の動作は、第１の割り算回路５４２，５４３についてもＧ（緑）およびＢ（青）のデータについても同様に行われるので、その詳しい説明は省略する。

　最大値選択回路５４４は、第１の割り算回路５４１～５４３から受け取った、仮のＲ液晶データ３２ｒｔと、仮のＧ液晶データ３２ｇｔと、仮のＢ液晶データ３２ｂｔとを比較し、最大値のものを選択する。選択された値が１を超える場合は当該値を選択値Ｓとして出力し、１以下である場合には１を選択値Ｓとして出力する。出力された選択値Ｓは、第２の割り算回路５４５～５４７に与えられる。

　第２の割り算回路５４５は、第１の割り算回路５４１から受け取った仮のＲ液晶データ３２ｒｔを、最大値選択回路５４４から受け取った選択値Ｓで除算し、得られた結果をＲ液晶データ３２ｒとして出力する。なお、第２の割り算回路５４６，５４７についてもＧ（緑）およびＢ（青）のデータについて同様に処理を行うので、その詳しい説明は省略する。

　このようにして全画素に渡って算出されるＲ液晶データ３２ｒ、Ｇ液晶データ３２ｇ、およびＢ液晶データ３２ｂは、後述するステップＳ２０のように、液晶データ３２としてパネル駆動回路１２に与えられる。なお、上記液晶データ３２は、実際にはパネル駆動回路１２に適した値になるよう変換されている。

　なお、上記ＬＣＤデータ算出部１５４における各機能はプログラムにより実現されてもよい。その場合、最大値選択回路５４４（に相当するプログラム部分）は、選択された値が１を超える場合は当該値を選択値Ｓとして第２の割り算回路５４５（に相当するプログラム部分）によりＲ液晶データ３２ｒを求め、１以下である場合には仮のＲ液晶データ３２ｒｔをＲ液晶データ３２ｒとする構成が好ましい。そうすれば、第２の割り算回路５４５（に相当するプログラム部分）の処理回数を低減することができる。

　最後に、エリアアクティブ駆動処理部１５は、各色成分について、ステップＳ１９で求めた（ｍ×ｎ）個の光透過率を表す液晶データ３２と、ステップＳ１５で求めた（ｐ×ｑ）個のＬＥＤ出力値を表すＬＥＤデータ３３とを出力する（ステップＳ２０）。この際、液晶データ３２とＬＥＤデータ３３は、パネル駆動回路１２とバックライト駆動回路１４の仕様に合わせて好適な範囲の値に変換される。

　このようにエリアアクティブ駆動処理部１５は、Ｒ画像、Ｇ画像およびＢ画像に対して図４に示す処理を行うことにより、（ｍ×ｎ×３）個の画素の輝度を含む入力画像３１に基づき、（ｍ×ｎ×３）個の透過率を表す液晶データ３２と、（ｐ×ｑ×３）個のＬＥＤ出力値を表すＬＥＤデータ３３とを求める。

　図６は、ｍ＝１９２０、ｎ＝１０８０、ｐ＝３２、ｑ＝１６、ｓ＝１０、ｔ＝５の場合について、液晶データとＬＥＤデータが得られるまでの経過を示す図である。図６に示すように、（１９２０×１０８０）個の画素の輝度を含む色成分Ｃの入力画像に対してサブサンプリング処理を行うことにより、（３２０×１６０）個の画素の輝度を含む縮小画像が得られる。縮小画像は、（３２×１６）個のエリア（エリアサイズは（１０×１０）画素）に分割される。各エリアについて画素の輝度の最大値Ｍａと平均値Ｍｅを求めることにより、（３２×１６）個の最大値を含む最大値データと、（３２×１６）個の平均値を含む平均値データが得られる。そして、最大値データまたは平均値データに基づいて、若しくは最大値データと平均値データとの加重平均に基づいて、（３２×１６）個のＬＥＤ輝度（ＬＥＤ出力値）を表す色成分ＣのＬＥＤデータが得られる。

　色成分ＣのＬＥＤデータに輝度拡散フィルタ１５５を適用することにより、（１６０×８０）個の表示輝度を含む第１のバックライト輝度データが得られる。第１のバックライト輝度データに補正用フィルタ１５６を適用することにより、第１のバックライト輝度データに含まれる表示輝度に補正が施される。第１のバックライト輝度データに対して線形補間処理を行うことにより、（１９２０×１０８０）個の表示輝度を含む第２のバックライト輝度データが得られる。

　以上の処理は、ＲＧＢ各色において並行して同時に、または時分割的に行われることにより、ＲＧＢ各色全てにおいて第２のバックライト輝度データが得られる。最後に、入力画像に含まれる画素の輝度を第２のバックライト輝度データに含まれる表示輝度で割ることにより、（１９２０×１０８０）個の仮の光透過率を算出する。そして色成分Ｃを含むＲＧＢ各色における仮の光透過率がいずれも１を超えない場合には１を選択値とし、またいずれかが１を超える場合にはそれらのうちの最大値を選択値Ｓとして算出する。そして色成分Ｃにおける（１９２０×１０８０）個の仮の光透過率を上記選択値Ｓで割ることにより、（１９２０×１０８０）個の色成分Ｃの液晶データが得られる。

　例えば、入力画像に含まれる或る画素において、その赤色の輝度をＸｒ（＝６０）、その緑色の輝度をＸｇ（＝７５）、その青色の輝度をＸｂ（＝８０）とし、第２のバックライト輝度データに含まれる上記画素に対応する画素の赤色の輝度をＡｒ（＝１００）、その緑色の輝度をＡｇ（＝１５０）、その青色の輝度をＡｂ（＝７０）とする。そうすれば、赤色に対応する仮の光透過率はＸｒ／Ａｒ＝０．６、緑色に対応する仮の光透過率はＸｇ／Ａｇ＝０．５、青色に対応する仮の光透過率はＸｂ／Ａｂ＝１．１４２…、となるので、青色に対応する仮の光透過率（Ｘｂ／Ａｂ）が１を超えている。したがって、この値が選択値Ｓとなるので、赤色に対応する光透過率Ｂｒ＝０．５２５…、緑色に対応する光透過率Ｂｇ＝０．４３７５…、青色に対応する光透過率Ｂｂ＝１．０、となり、次式（１）が成り立つ。
　　　Ｘｒ：Ｘｇ：Ｘｂ＝Ａｒ・Ｂｒ：Ａｇ・Ｂｇ：Ａｇ・Ｂｇ　　…（１）

　このように最終的な光透過率に対応する表示画素の輝度は、本来表示されるべき輝度よりも低くなるが、次式（１）に示されるようにＲＧＢ各色の比率が本来表示されるべきＲＧＢ各色の比率に一致している。そのため、本表示装置は、色再現性がよく自然な色を表示することができる。

　なお図４では、エリアアクティブ駆動処理部１５は、ノイズ除去のために入力画像に対してサブサンプリング処理を行い、縮小画像に基づきエリアアクティブ駆動を行うこととしたが、元の入力画像に基づきエリアアクティブ駆動を行ってもよい。

＜４．　効果＞
　本実施形態によれば、ステップＳ１９において前述したように、或る１つの画素を構成する全ての色成分（ＲＧＢ３色の色成分）に対応するそれぞれの仮の光透過率Ｔｔのいずれかが１を超える場合には、これら３つの仮の光透過率Ｔｔのうちの最大値に、またこれらのいずれも１を超えない場合には１に設定した選択値Ｓで仮の光透過率Ｔｔを除算する。この構成によれば、仮の光透過率Ｔｔのいずれかが１を超える場合にも表示部において色再現性の高い表示を行うことができる。

＜５．その他＞
　上記各実施形態では、バックライト１３は赤色ＬＥＤ２３、緑色ＬＥＤ２４および青色ＬＥＤ２５で構成されているが、バックライトを冷陰極管（ＣＣＦＬ：Cold Cathode Fluorescent Lamp ）などで構成してもよい。また、液晶パネル１１は液晶を含む多数の表示素子２１で構成されているが、液晶に代えてバックライト１３からの光の透過率を制御可能な電気光学特性を有する周知の物質からなるシャッター素子を使用してもよい。

　上記各実施形態では、ＬＥＤユニット２２は赤色ＬＥＤ２３、緑色ＬＥＤ２４および青色ＬＥＤ２５を１個ずつ含むこととしたが、ＬＥＤユニット２２に含まれる３色のＬＥＤの個数はこれ以外でもよい。例えば、ＬＥＤユニット２２は赤色ＬＥＤ２３と青色ＬＥＤ２５を１個ずつ含み、緑色ＬＥＤ２４を２個含んでいてもよい。この場合、バックライト駆動回路１４は、２個の緑色ＬＥＤ２４の輝度の合計がステップＳ１５で決定されたＬＥＤ輝度になるように、２個の緑色ＬＥＤ２４を制御すればよい。また３色の他に白色ＬＥＤを含む構成であってもよい。この構成では、仮の光透過率Ｔｔのいずれかが１を超える場合に生じる、３色全体としての輝度値（の合成値）が再現されるべき輝度値より小さくなる現象を、その低下分だけ白色ＬＥＤの輝度を高めることにより解消することができる。また上記３色または４色以外の複数の原色を発するＬＥＤを適宜組み合わせた構成であってもよい。

　上記実施形態では、各色毎の仮の光透過率Ｔｔのいずれかが１を超える場合には、その最大値で除算するが、必ずしも上記仮の光透過率Ｔｔのうちの最大値で除算する必要はなく、この最大値よりも大きい所定値であってもよい。そうすれば光透過率Ｔが１を超えることなく、かつ３色の輝度の比率が変化しないので当該画素における各色の合成輝度は低下するとしても色再現性は低下しない。したがって、画像をより自然な色で表示することができる。なお、この所定値が最大値より小さい場合であっても色再現性の低下を抑制する効果を奏することができる。

　本発明は、複数の原色を発する光源を含むバックライト装置を備える画像表示装置に適用されるものであって、バックライトの輝度を制御する機能（バックライト調光機能）を有する液晶表示装置などの画像表示装置に適している。

　１０　…液晶表示装置
　１１　…液晶パネル
　１２　…パネル駆動回路
　１３　…バックライト
　１４　…バックライト駆動回路
　１５　…エリアアクティブ駆動処理部
　２１　…表示素子
　２２　…ＬＥＤユニット
　３１　…入力画像
　３２　…液晶データ
　３３　…ＬＥＤデータ
　４１　…輝度画像
　４２　…遅延された入力画像
　４３　…ＰＳＦデータ
　１５１…ＬＥＤ出力値算出部
　１５２…表示輝度算出部
　１５３…フレームメモリ
　１５４…ＬＣＤデータ算出部
　１５５…輝度拡散フィルタ
　５４１～５４３…第１の割り算回路
　５４５～５４７…第２の割り算回路
　５４４…最大値選択回路

Claims

　バックライトの輝度を制御する機能を有する画像表示装置であって、
　複数の原色となる光を発する複数の光源を含むバックライトと、
　前記光源からの光を透過することにより複数の色で１つの画素を表示する複数の表示素子を複数組含む表示パネルと、
　複数の色で構成される画素を複数含む入力画像を複数のエリアに分割し、前記入力画像に基づき各エリアに対応した光源の発光時の輝度を示す発光輝度データを求める発光輝度算出部と、
　各エリアについての前記発光輝度データに基づき、各表示素子において得られる最大輝度である表示輝度を求める表示輝度算出部と、
　前記入力画像と前記表示輝度算出部により求められる表示輝度とに基づき、前記表示素子の光透過率を制御するための表示用データを求める表示用データ算出部と、
　前記表示用データに基づき、前記表示パネルに対して前記表示素子の光透過率を制御する信号を出力するパネル駆動回路と、
　前記発光輝度データに基づき、前記バックライトに対して前記光源の輝度を制御する信号を出力するバックライト駆動回路と
を備え、
　前記表示用データ算出部は、前記入力画像の画素を構成する前記色毎の輝度のうちいずれかが対応する前記表示輝度よりも大きいときには、対応する表示素子の光透過率が１以下になるよう前記入力画像の画素を構成する前記色毎の輝度をそれぞれ同一値で除算した値に基づき、前記表示用データを求めることを特徴とする、画像表示装置。
　前記表示用データ算出部は、前記入力画像の画素を構成する前記色毎の輝度を当該画素の色に対応する前記表示輝度で除算することにより前記色毎の仮の光透過率を算出し、前記色毎の仮の光透過率のうちの最大値が１を超える場合には、前記色毎の仮の光透過率を前記最大値で除算することにより前記色毎の光透過率を算出し、前記最大値が１以下の場合には前記色毎の仮の光透過率を前記色毎の光透過率として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。
　前記表示用データ算出部は、
　　前記入力画像の画素を構成する前記色毎の輝度を当該画素の色に対応する前記表示輝度で除算することにより得られる前記色毎の仮の光透過率を出力する第１の割り算回路と、
　　前記第１の割り算回路から出力される前記色毎の仮の光透過率のうちの最大値を選択し、当該最大値が１を超える場合には当該最大値を選択値として出力し、当該最大値が１以下の場合には１を選択値として出力する最大値選択回路と、
　　前記第１の割り算回路から出力される前記色毎の仮の光透過率を前記最大値選択回路から出力される選択値で除算することにより得られる前記色毎の光透過率を出力する第２の割り算回路と
を含むことを特徴とする、請求項２に記載の画像表示装置。
　前記バックライトは、光の三原色である赤色、緑色、および青色をそれぞれ発する光源を含み、
　前記表示パネルは、前記光源から発せられる赤色、緑色、および青色の光の透過率をそれぞれ制御する表示素子を含むことを特徴とする、請求項１に記載の画像表示装置。
　前記表示パネルは、前記表示素子として液晶素子を含むことを特徴とする、請求項４に記載の画像表示装置。
　バックライトの輝度を制御する機能を有し、複数の原色となる光を発する複数の光源を含むバックライトと、前記光源からの光を透過することにより複数の色で１つの画素を表示する複数の表示素子を複数組含む表示パネルとを備える画像表示装置における画像制御方法であって、
　複数の色で構成される画素を複数含む入力画像を複数のエリアに分割し、前記入力画像に基づき各エリアに対応した光源の発光時の輝度を示す発光輝度データを求める発光輝度算出ステップと、
　各エリアについての前記発光輝度データに基づき、各表示素子において得られる最大輝度である表示輝度を求める表示輝度算出ステップと、
　前記入力画像と前記表示輝度算出ステップにより求められる表示輝度とに基づき、前記表示素子の光透過率を制御するための表示用データを求める表示用データ算出ステップと、
　前記表示用データに基づき、前記表示パネルに対して前記表示素子の光透過率を制御するパネル駆動ステップと、
　前記発光輝度データに基づき、前記バックライトに対して前記光源の輝度を制御するバックライト駆動ステップと
を備え、
　前記表示用データ算出ステップは、前記入力画像の画素を構成する前記色毎の輝度のうちいずれかが対応する前記表示輝度よりも大きいときには、対応する表示素子の光透過率が１以下になるよう前記入力画像の画素を構成する前記色毎の輝度をそれぞれ同一値で除算した値に基づき、前記表示用データを求めることを特徴とする、画像表示方法。
　前記表示用データ算出ステップでは、前記入力画像の画素を構成する前記色毎の輝度を当該画素の色に対応する前記表示輝度で除算することにより前記色毎の仮の光透過率を算出し、前記色毎の仮の光透過率のうちの最大値が１を超える場合には、前記色毎の仮の光透過率を前記最大値で除算することにより前記色毎の光透過率を算出し、前記最大値が１以下の場合には前記色毎の仮の光透過率を前記色毎の光透過率として算出することを特徴とする、請求項６に記載の画像表示方法。
　前記表示用データ算出ステップは、
　　前記入力画像の画素を構成する前記色毎の輝度を当該画素の色に対応する前記表示輝度で除算することにより得られる前記色毎の仮の光透過率を出力する第１の割り算ステップと、
　　前記第１の割り算ステップにおいて出力される前記色毎の仮の光透過率のうちの最大値を選択し、当該最大値が１を超える場合には当該最大値を選択値として出力し、当該最大値が１以下の場合には１を選択値として出力する最大値選択ステップと、
　　前記第１の割り算ステップにおいて出力される前記色毎の仮の光透過率を前記最大値選択ステップにおいて出力される選択値で除算することにより得られる前記色毎の光透過率を出力する第２の割り算ステップと
を含むことを特徴とする、請求項７に記載の画像表示方法。