(57)【要約】【課題】画像表示装置の表示輝度範囲を理想の範囲に拡大し、かつ、画像品質も確保すること。【解決手段】画像信号に応じて画像を形成するＬＣＤパネル１０と、前記光変調素子に画像を表示させるための照明光を照射するＬＥＤパネル（バックライト）２０とを備えた画像表示装置において、前記照明光を複数の領域に分割して放射する照明手段２５と、前記複数の領域に対応する画像信号の輝度分布を算出して領域毎の照明光の明るさを決定する輝度分布算出手段５０と、前記輝度分布算出手段の決定に基づいて、前記照明手段の領域毎の照明光を制御するバックライト制御手段８０と、前記輝度分布算出手段の決定に基づいて、前記光変調素子に入力する画像信号を補正する画像補正手段６０とを備える画像表示装置。【選択図】図３
2010256912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の基板に挟まれた液晶層を有する表示パネルと、
該表示パネルに光を供給する光源と、
該光源からの光を拡散する光拡散層と、
前記表示パネルの画像及び前記光源の輝度を制御する表示処理回路とを有する液晶表示装置であって、
前記光源は複数の領域ごとに輝度の制御が可能であり、
前記表示処理回路は画像信号を基に前記表示パネルの一フレームの最大輝度分布を算出し、該最大輝度分布に基づき前記光源の複数の領域ごとの輝度を制御することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記最大輝度分布は、前記表示パネルの１走査期間における最大輝度を、１フレームの全走査期間において算出して求めた分布であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記表示処理回路は前記光拡散層上の輝度分布を算出し、
該光拡散層上の輝度分布を基に前記光源の複数の領域ごとの輝度を制御することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記表示処理回路は、前記複数の領域ごとの輝度の決定値を基に前記光拡散層の輝度分布を算出し、該算出結果を基に前記表示パネルの画像を補正することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記表示処理回路は前記光拡散層上の輝度分布を算出し、
該光拡散層上の輝度分布と、前記液晶層の最大透過率とを基に前記液晶パネル上に表示可能な輝度分布を算出し、
該液晶パネル上に表示可能な輝度分布に基づき、前記光源の複数の領域ごとの輝度を制御することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
一対の基板に挟まれた液晶層を有する表示パネルと、
該表示パネルに光を供給する光源と、
該光源からの光を拡散する光拡散層と、
前記表示パネルの画像及び前記光源の輝度を制御する表示処理回路とを有する液晶表示装置であって、
前記光源は複数の領域ごとに輝度の制御が可能であり、
前記光源の輝度の変化には許容量が設けられており、
前記表示処理回路は該輝度の変化の許容量に基づき前記輝度の設定値を補正することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項７】
前記輝度の変化の許容量は前記表示処理回路により制御されることを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
前記表示処理回路は、前記表示パネルの画像におけるシーンチェンジを検出し、該シーンチェンジに基づき前記輝度の変化の許容量を制御することを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置。
【請求項９】
一対の基板に挟まれた液晶層を有する表示パネルと、
該表示パネルに光を供給する光源と、
該光源からの光を拡散する光拡散層と、
前記表示パネルの画像及び前記光源の輝度を制御する表示処理回路と、
前記表示パネルの外部の輝度を検出する手段とを有する液晶表示装置であって、
前記光源は複数の領域ごとに輝度の制御が可能であり、
前記表示処理回路は前記表示パネルの画像信号から字幕に対応する信号を検出する手段と、該字幕に対応する信号を変換する手段とを有することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１０】
一対の基板に挟まれた液晶層を有する表示パネルと、
該表示パネルに光を供給する光源と、
該光源からの光を拡散する光拡散層と、
前記表示パネルの画像及び前記光源の輝度を制御する表示処理回路と、
前記表示パネルの外部の輝度の検出手段とを有する液晶表示装置であって、
前記光源は複数の領域ごとに輝度の制御が可能であり、
前記表示処理回路は画像信号を基に前記表示パネルの一フレームの輝度分布を算出し、該輝度分布と前記検出手段が検出した外部の輝度とに基づき、前記光源の複数の領域ごとの輝度を制御することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１１】
前記輝度分布は、前記表示パネルの１走査期間における輝度分布を、１フレームの全走査期間において算出して求めた分布であることを特徴とする請求項１０に記載の液晶表示装置。
【請求項１２】
前記光源は垂直走査方向に分割された領域ごとに輝度の制御が可能であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項１３】
前記表示処理回路はパルス振幅変調方式で前記光源の輝度を制御することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項１４】
前記光源は、発光ダイオードであることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項１５】
前記光源は、有機ＥＬ素子であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項１６】
前記光源が、冷陰極蛍光灯であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項１７】
画像信号に応じて画像を形成する光変調素子と、
前記光変調素子に画像を表示させるための照明光を照射する照明装置と、
前記照明装置の照明光を拡散させる光拡散層を備えた画像表示装置において、
前記照明装置は、ｎ個の光源領域に分割されており、
分割領域毎に輝度制御が可能であって、
画像信号から画面上の最大輝度分布を算出する最大輝度分布検出回路と、
前記最大輝度分布検出回路の算出結果を基に前記分割領域毎の照明光源の照射輝度を設定する照明光源輝度設定回路を設け、
前記照明光源輝度設定回路が設定した前記分割領域毎の照明光源輝度設定値を基に前記分割領域毎の照明光源の輝度を制御する照明光源輝度制御回路を備え、
前記照明光源輝度設定回路が設定した前記各分割領域の照明光源輝度設定値を基に前記光拡散層の輝度分布を算出する光拡散層輝度分布算出回路を備え、
前記光拡散層輝度分布算出回路の輝度算出結果を基に、画像信号を補正する画像信号補正回路とを備えたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項１８】
画像信号から映像シーンの切り替わりを検出するシーンチェンジ検出回路を設け、シーンチェンジ検出回路の検出結果を基に、前記照明光源輝度設定回路は前記分割領域毎の照明輝度設定値を再設定し、前記照明光源輝度設定回路が再設定した前記分割領域毎の照明光源輝度設定値を基に前記分割領域毎の照明光源の輝度を制御する照明光源輝度制御回路を備え、前記照明光源輝度設定回路が再設定した前記各分割領域の照明光源輝度設定値を基に、前記光拡散層の輝度分布を算出する光拡散層輝度分布算出回路を備え、前記光拡散層輝度分布算出回路の輝度算出結果を基に、画像信号を補正する画像信号補正回路とを備えたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項１９】
画像信号に応じて画像を形成する光変調素子と前記光変調素子に画像を表示させるための照明光を照射する照明装置と前記照明装置の照明光を拡散させる光拡散層を備えた画像表示装置において、前記照明装置は、ｎ個の光源領域に分割されており、分割領域毎に輝度制御が可能であって、字幕検出回路を備え、前記字幕検出回路により検出された字幕に対応する画像信号を適宜変更する字幕データ変換回路を設け、画像信号から画面上の最大輝度分布を算出する最大輝度分布検出回路と、前記最大輝度分布検出回路の算出結果を基に前記分割領域毎の照明光源の照射輝度を設定する照明光源輝度設定回路を設け、前記照明光源輝度設定回路が設定した前記分割領域毎の照明光源輝度設定値を基に前記分割領域毎の照明光源の輝度を制御する照明光源輝度制御回路を備え、前記照明光源輝度設定回路が設定した前記各分割領域の照明光源輝度設定値を基に、前記光拡散層の輝度分布を算出する光拡散層輝度分布算出回路を備え、前記光拡散層輝度分布算出回路の輝度算出結果を基に、画像信号を補正する画像信号補正回路とを備えたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項２０】
画像信号に応じて画像を形成する光変調素子と前記光変調素子に画像を表示させるための照明光を照射する照明装置と前記照明装置の照明光を拡散させる光拡散層を備えた画像表示装置において、前記照明装置は、ｎ個の光源領域に分割されており、分割領域毎に輝度制御が可能であって、字幕検出回路を備え、前記字幕検出回路により検出された字幕に対応する画像信号を適宜変更する字幕データ変換回路を設け、画像信号から画面上の最大輝度分布を算出する最大輝度分布検出回路と、前記最大輝度分布検出回路の算出結果を基に前記分割領域毎の照明光源の照射輝度を設定する照明光源輝度設定回路を設け、画像信号から映像シーンの切り替わりを検出するシーンチェンジ検出回路を設け、前記シーンチェンジ検出回路の検出結果を基に、前記照明光源輝度設定回路は前記分割領域毎の照明輝度設定値を再設定し、前記照明光源輝度設定回路が再設定した前記分割領域毎の照明光源輝度設定値を基に前記分割領域毎の照明光源の輝度を制御する照明光源輝度制御回路を備え、前記照明光源輝度設定回路が再設定した前記各分割領域の照明光源輝度設定値を基に、前記光拡散層の輝度分布を算出する光拡散層輝度分布算出回路を備え、前記光拡散層輝度分布算出回路の輝度算出結果を基に、画像信号を補正する画像信号補正回路とを備えたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項２１】
周囲の明るさを検出する周辺輝度検出手段を備え、前記字幕データ変換回路は、前記周辺輝度検出手段の検出結果を基に前記字幕検出回路により検出された字幕に対応する画像信号を変換することを特徴とする請求項１９または請求項２０に記載の画像表示装置。
【請求項２２】
画像信号に応じて画像を形成する光変調素子と前記光変調素子に画像を表示させるための照明光を照射する照明装置と前記照明装置の照明光を拡散させる光拡散層を備えた画像表示装置において、前記照明装置は、ｎ個の光源領域に分割されており、分割領域毎に輝度制御が可能であって、画像信号から画面上の輝度分布を算出する輝度分布検出回路と、周囲の明るさを検出する周辺輝度検出手段を設け、前記輝度分布検出回路の算出結果及び、前記周辺輝度検出手段の検出結果を基に、前記分割領域毎の照明光源の照射輝度を設定する照明光源輝度設定回路を設け、前記照明光源輝度設定回路が設定した前記分割領域毎の照明光源輝度設定値を基に前記分割領域毎の照明光源の輝度を制御する照明光源輝度制御回路を備え、前記照明光源輝度設定回路が設定した前記各分割領域の照明光源輝度設定値を基に、前記光拡散層の輝度分布を算出する光拡散層輝度分布算出回路を備え、前記光拡散層輝度分布算出回路の輝度算出結果を基に、画像信号を補正する画像信号補正回路とを備えたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項２３】
画像信号に応じて画像を形成する光変調素子と前記光変調素子に画像を表示させるための照明光を照射する照明装置と前記照明装置の照明光を拡散させる光拡散層を備えた画像表示装置において、前記照明装置は、ｎ個の光源領域に分割されており、分割領域毎に輝度制御が可能であって、画像信号から画面上の輝度分布を算出する輝度分布検出回路と、周囲の明るさを検出する周辺輝度検出手段を設け、前記輝度分布検出回路の算出結果及び、前記周辺輝度検出手段の検出結果を基に、前記分割領域毎の照明光源の照射輝度を設定する照明光源輝度設定回路を設け、画像信号から映像シーンの切り替わりを検出するシーンチェンジ検出回路を設け、前記シーンチェンジ検出回路の検出結果を基に、前記照明光源輝度設定回路は前記分割領域毎の照明輝度設定値を再設定し、前記照明光源輝度設定回路が再設定した前記分割領域毎の照明光源輝度設定値を基に前記分割領域毎の照明光源の輝度を制御する照明光源輝度制御回路を備え、前記照明光源輝度設定回路が再設定した前記各分割領域の照明光源輝度設定値を基に、前記光拡散層の輝度分布を算出する光拡散層輝度分布算出回路を備え、前記光拡散層輝度分布算出回路の輝度算出結果を基に、画像信号を補正する画像信号補正回路とを備えたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項２４】
画像信号に応じて画像を形成する光変調素子と前記光変調素子に画像を表示させるための照明光を照射する照明装置と前記照明装置の照明光を拡散させる光拡散層を備えた画像表示装置において、前記照明装置は、ｎ個の光源領域に分割されており、分割領域毎に輝度制御が可能であって、字幕検出回路を備え、前記字幕検出回路により検出された字幕に対応する画像信号を適宜変更する字幕データ変換回路を設け、周囲の明るさを検出する周辺輝度検出手段を設け、画像信号から画面上の輝度分布を算出する輝度分布検出回路と、前記輝度分布検出回路の算出結果及び前記周辺輝度検出回路の検出結果を基に前記分割領域毎の照明光源の照射輝度を設定する照明光源輝度設定回路を設け、前記照明光源輝度設定回路が設定した前記分割領域毎の照明光源輝度設定値を基に前記分割領域毎の照明光源の輝度を制御する照明光源輝度制御回路を備え、前記照明光源輝度設定回路が設定した前記各分割領域の照明光源輝度設定値を基に、前記光拡散層の輝度分布を算出する光拡散層輝度分布算出回路を備え、前記光拡散層輝度分布算出回路の輝度算出結果を基に、画像信号を補正する画像信号補正回路とを備えたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項２５】
画像信号に応じて画像を形成する光変調素子と前記光変調素子に画像を表示させるための照明光を照射する照明装置と前記照明装置の照明光を拡散させる光拡散層を備えた画像表示装置において、前記照明装置は、ｎ個の光源領域に分割されており、分割領域毎に輝度制御が可能であって、字幕検出回路を備え、前記字幕検出回路により検出された字幕に対応する画像信号を適宜変更する字幕データ変換回路を設け、周囲の明るさを検出する周辺輝度検出回路を設け、画像信号から画面上の輝度分布を算出する輝度分布検出回路と、前記輝度分布検出回路の算出結果と前記周辺輝度検出手段の検出結果を基に前記分割領域毎の照明光源の照射輝度を設定する照明光源輝度設定回路を設け、画像信号から映像シーンの切り替わりを検出するシーンチェンジ検出回路を設け、前記シーンチェンジ検出回路の検出結果を基に、前記照明光源輝度設定回路は前記分割領域毎の照明輝度設定値を再設定し、前記照明光源輝度設定回路が再設定した前記分割領域毎の照明光源輝度設定値を基に前記分割領域毎の照明光源の輝度を制御する照明光源輝度制御回路を備え、前記照明光源輝度設定回路が再設定した前記各分割領域の照明光源輝度設定値を基に、前記光拡散層の輝度分布を算出する光拡散層輝度分布算出回路を備え、前記光拡散層輝度分布算出回路の輝度算出結果を基に、画像信号を補正する画像信号補正回路とを備えたことを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像信号に応じて照明光を変調することで画像の表示を行う画像表示装置に関し、特に、画像信号に応じて照明光の明るさを制御する照明装置とこれを備えた画像表示装置及び画像表示方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
表示装置は、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）やプラズマディスプレイパネルなどの発光型の表示装置と、液晶ディスプレイ（液晶表示装置，液晶表示パネルとも呼ぶ）やエレクトロクロミックディスプレイなどの非発光型の表示装置に大別できる。
【０００３】
非発光型の表示装置としては、画像信号に応じて光の反射光量を調節する反射型の光変調素子を用いるものと、画像信号に応じて光の透過光量を調整する透過型の光変調素子を用いるものがある。特に、透過型の光変調素子として液晶表示素子（液晶表示パネルとも呼ぶ）を用い、その裏面に照明装置（バックライトとも呼ぶ）を備える液晶表示装置は薄型，軽量であることから、コンピュータのモニターやテレビ（ＴＶとも呼ぶ）などさまざまな表示装置として採用されている。
【０００４】
ところで、ＣＲＴのような自発光型の表示装置では、画像を表示する際、画像信号に応じて特定の画素を必要な光量で選択的に発光させている。このため、黒表示や、暗い画像を表示する場合には画素の発光を停止したり、発光量を小さくできるので消費電力は小さくなる。また、黒表示の場合、画素は発光しないので暗室でのコントラスト比は数万以上と高くできる。
【０００５】
これに対し、一般に液晶表示装置のような非発光型の表示装置では、画像信号に関わらずバックライトは常に一定の明るさで発光させている。したがって、バックライトの明るさは通常、画面が最大輝度となる条件に合わせており、黒表示や暗い画像を表示する場合でも同じ明るさで発光しているため、表示に寄与しない不要な電力が消費されることになる。さらに、黒表示の際には、バックライトの光の一部が漏れて、十分に暗くならないので暗室でのコントラスト比は５００〜１０００程度であって、ＣＲＴなどの自発光型の表示装置に比べると小さくなる。
【０００６】
なお、従来からバックライトの明るさ（以下、輝度とも表現する）を制御することで消費電力を低減したり、画質を向上する液晶表示装置が提案されている。
【０００７】
例えば、下記特許文献１には、バックライトパネルを複数の分割領域単位で駆動し、画像信号に応じてバックライトの輝度を制御することにより、消費電力を削減することが開示されている。
【０００８】
また、下記特許文献２には、液晶表示パネルの背面に赤，緑，青の３色のエレクトロルミネッセンス素子（ＥＬ素子）を有するＥＬパネルを配置し、画像信号に応じてＥＬ素子の発光を制御することで、動画時のぼやけや色のにじみなどの画質劣化を防止する技術が開示されている。
【０００９】
さらに、下記特許文献３には、一つの画像フレームを基準として局部的に輝度が高い画像や全体的に高い輝度が要求される画面の場合にはバックライトの輝度を高くし、そうでない場合にはバックライトの輝度を通常状態に維持することで、高いコントラスト比を実現することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−１４２４０９号公報
【特許文献２】特開２００１−２９０１２５号公報
【特許文献３】特開２００２−２０２７６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記背景技術において、液晶表示装置などの非発光型の表示装置では、バックライトの輝度が一定の場合、十分なコントラスト比、換言すると広い表示輝度範囲を得ることができない。このため、画像信号に応じてバックライトの明るさを制御することで、表示輝度範囲を広げコントラスト比を向上している。
【００１２】
また、上記背景技術においては、各種目的のためにバックライトの輝度を制御する技術が開示されているが、いずれの技術も画像品質の確保の点で問題がある。
【００１３】
例えば、バックライトの輝度を調整することで画面全体の輝度を制御する方法では、画面の中に局部的に明るい領域がある場合に、バックライトの輝度を高くすると、この画面の中に暗い領域が並存する場合には、その領域の輝度が上がってしまい、所望とする低い輝度が実現できず、画質が劣化するという問題を生じる。つまり、バックライトの輝度を調整することで画面全体の輝度を制御する方法では、本質的にはコントラスト比が向上しないため高いコントラスト比が得られないという問題がある。
【００１４】
また、バックライトを複数の分割領域単位（分割バックライト領域とも呼ぶ）毎に駆動し、画像信号に応じてバックライトの輝度を制御する場合には、表示画像の隣り合う分割バックライト領域の境界に対応する位置に望ましくない輝度差が発生するという問題を生じる。これは以下の理由による。
【００１５】
例えば、図４を用いて説明すると、隣り合う２つの画面領域（図中、area０，area１と表示）において、表示すべき画像信号として一方の画面領域（area０）の中央部のみに輝度の高い領域が存在し、これ以外の領域では他方の画面領域（area１）と輝度が等しい場合を想定する。
【００１６】
この場合、画面領域area０に対応した分割バックライト領域の輝度は画像信号に応じて輝度を高くする。このため、画面領域area０と画面領域area１にそれぞれ対応する分割バックライト領域では互いに輝度が異なることになる。
【００１７】
そして、液晶表示装置から出力される画像は、バックライトの輝度に画像信号に応じて制御される液晶表示パネルの透過率を掛け合わせたものとなる。このため、隣り合う分割バックライト領域にバックライトの輝度の差があると、出力される画像には、本来輝度の差が無い境界領域部分に不要な輝度差が生じて画質が劣化してしまうという問題が生じる。
【００１８】
本発明は、上記実情に鑑みなされたもので、その目的は、画像品質の劣化がなく消費電力を削減した照明装置を実現し、また、画像品質を劣化することなく、表示輝度範囲を拡大し、コントラスト比の高い画像表示装置及び画像表示方法を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
以下、本発明の特徴を図面の符号を引用して説明すると、まず、本発明は、画像信号に応じて画像を形成するＬＣＤパネル（１０）に画像を表示させるための照明光を照射する照明装置において、前記照明光を複数の領域（２５）に分割して放射するＬＥＤパネル（バックライト）（２０）と、前記複数の領域に対応する画像信号を基にして領域毎の照明光の明るさを決定する輝度分布算出手段（５０）と、前記輝度分布算出手段の決定に基づいて前記照明手段の領域毎の照明光を制御するバックライト制御手段（８０）とを備えることを特徴とし、照明装置の消費電力が削減できる。
【００２０】
次に、本発明は、画像信号に応じて画像を形成するＬＣＤパネル（１０）と前記光変調素子に画像を表示させるための照明光を照射する照明装置とを備えた画像表示装置において、前記照明光を複数の領域（２５）に分割して放射するＬＥＤパネル（バックライト）（２０）と、前記複数の領域に対応する画像信号の輝度分布を算出して領域毎の照明光の明るさを決定する輝度分布算出手段（５０）と、前記輝度分布算出手段の決定に基づいて前記照明手段の領域毎の照明光を制御するバックライト制御手段（８０）と、前記輝度分布算出手段の決定に基づいて前記光変調素子に入力する画像信号を補正する画像補正手段（６０）とを備えたことを特徴とし、コントラスト比が高く品質のよい画像が得られ、かつ、照明装置の消費電力が削減される。
【００２１】
前記輝度分布算出手段（５０）は、領域毎の照明輝度を決定し、この決定に基づいて前記画像補正手段（６０）は、前記光変調素子（１０）に入力する画像信号を領域毎の照明輝度及び領域間の照明輝度分布を考慮して補正することを特徴とし、コントラスト比が高くむらの少ない画像が得られ、かつ、照明装置の消費電力が削減される。
【００２２】
さらに、本発明は、領域毎に照明光を放射する照明装置からの照明光が照射される光変調素子に、画像信号に応じて画像を表示させる画像表示方法において、領域毎の画像信号に基づいて（９０ｐ１）前記照明装置から放射する領域毎の照明光の明るさを決定(90p2)し、この決定に基づき前記照明装置の照明光を制御（９０ｐ５）すると共に前記画像信号を補正（９０ｐ４）することを特徴とし、コントラスト比が高く品質のよい画像が得られ、かつ、照明装置の消費電力が削減される。
【００２３】
前記画像信号の補正（９０ｐ４）が、領域間の照明輝度の分布に基づいて（９０ｐ３）行われることを特徴とし、コントラスト比が高くムラの少ない画像が得られ、かつ、照明装置の消費電力が削減される。
【００２４】
前記照明装置から放射する各領域の照明光を決定する（９０ｐ２）際に、前記光変調素子の特性の良好な領域（図３１（ｃ））を使用するように前記画像信号を補正(９０ｐ４)して前記照明光を決定することを特徴とし、コントラスト比が高くムラの少ない画像が得られると共に照明装置の消費電力が削減され、かつ、視野角の改善を図ることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明においては、領域毎の画像信号に基づいて、照明装置の領域毎の照明光の放射動作を制御すると共に画像信号を補正するため、コントラスト比が高くムラの少ない画像品質が得られ、かつ、照明装置の消費電力の削減という利点がある。また、画像表示装置の画質改善と共に視野角の改善を図ったので、広告用ディスプレイ，テレビ用ディスプレイ，パーソナルコンピュータ用ディスプレイなど多くの画像表示装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】バックライト輝度の領域毎制御による表示輝度範囲拡大を説明する図。
【図２】横電界スイッチング方式の説明図。
【図３】本発明に係る画像表示装置の全体概略構成図。
【図４】本発明の効果を説明するための画像例を示す説明図。
【図５】画像信号補正を行わずにバックライト輝度の領域毎制御を行った場合の画質劣化を示す説明図。
【図６】画像信号補正による画質劣化低減を示す説明図。
【図７】ガンマ補正の原理図。
【図８】領域間のバックライト輝度分布による画質劣化を示す説明図。
【図９】領域間のバックライト輝度分布を補償した画像信号補正による画質劣化抑制を示す説明図。
【図１０】バックライト輝度分布が存在する領域を示した説明図。
【図１１】領域間のバックライト輝度分布の実測結果及びその近似関数を示した特性図。
【図１２】本発明に係る画像表示装置の全体詳細構成図。
【図１３】本発明に係る画像表示装置の動作を説明する概略チャート。
【図１４】図１２に示す輝度分布算出手段５０の回路構成図。
【図１５】図１２に示す画像補正手段６０の回路構成図。
【図１６】図１２に示すバックライト制御手段８０の回路構成図。
【図１７】光センサの配置例を示した図。
【図１８】本発明の一実施例であるバックライトとしてＬＥＤを用いた場合の構成図。
【図１９】マトリクス駆動方式によるＬＥＤ制御を示した概念図。
【図２０】アクティブマトリクス駆動方式によるＬＥＤ制御を実現する回路構成図。
【図２１】ＰＮＭ方式によるＬＥＤ制御のタイムチャート。
【図２２】ＰＡＭ方式によるＬＥＤ制御のタイムチャート。
【図２３】パッシブマトリクス駆動方式によるＬＥＤ制御を実現する回路構成図。
【図２４】パッシブマトリクス駆動方式によるＬＥＤ制御のタイムチャート。
【図２５】液晶応答と関連付けたパッシブマトリクス駆動方式によるＬＥＤ制御のタイムチャート。
【図２６】本発明の一実施例であるバックライトとして有機ＥＬ素子を用いた場合の構成図。
【図２７】ＬＥＤエッジ方式によるバックライト断面図。
【図２８】ＬＥＤエッジ方式における全体回路構成図。
【図２９】ＬＥＤエッジ方式における１フレームのタイムチャート。
【図３０】視野角の説明図。
【図３１】一般的液晶表示装置における視野角特性の傾向を示す概念図。
【図３２】一般的１ＰＳ方式における赤色表示時の色差視野角特性階調依存性を示す特性図。
【図３３】一般的ＶＡ方式における赤色表示時の色差視野角特性階調依存性を示す特性図。
【図３４】本発明に係る画像表示装置を応用したＴＶ装置の構成図。
【図３５】本発明に係る画像表示装置の一例を示すブロック図。
【図３６】画像信号の最大輝度検出の方法を説明するための図。
【図３７】画像信号の最大輝度とＬＣＤが表示可能な最大輝度の関係を表す図。
【図３８】本発明に係る画像表示装置の一例を示すブロック図。
【図３９】ちらつきが発生する要因を説明するための図。
【図４０】ちらつきを軽減する方法を説明するための図。
【図４１】フレーム間のヒストグラム差分量と、照明光源輝度設定値のフレーム間変更量を示すための図。
【図４２】本発明に係る画像表示装置の一例を示すブロック図。
【図４３】字幕の画像データを変更する前の、画像信号最大輝度分布を示す図。
【図４４】字幕の画像データを変更する前の、照明光源輝度設定による表示可能な最大輝度を示す図。
【図４５】字幕の画像データを変更した後の、画像信号最大輝度分布を示す図。
【図４６】字幕の画像データを変更した後の、照明光源輝度設定による表示可能な最大輝度を示す図。
【図４７】本発明に係る画像表示装置の一例を示すブロック図。
【図４８】輝度分布算出回路を説明するための図。
【図４９】周辺の明るさとＬＣＤパネルの表面反射輝度を示す図。
【図５０】視認可能なダイナミックレンジと、画像信号輝度分布の関係を表す図。
【図５１】照明光源輝度設定をした後の表示ダイナミックレンジを示す図。
【図５２】照明光源輝度設定をした後の表示ダイナミックレンジを示す図。
【図５３】本発明に係る画像表示装置の一例を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施例について、図面を用いて詳細に説明する。
【実施例１】
【００２８】
図１から図１１は、本発明の実施例１を示し、まず、図１を用いて、表示輝度範囲を拡大してコントラスト比を高くすることを説明する。
【００２９】
図１において、現状の液晶表示装置のバックライト（ＢＬ）の相対輝度を１と定義する。理想的な表示輝度範囲（ｃｄ１０）は、０.０１ｃｄ／ｍ2〜１０００ｃｄ／ｍ2 であるのに対して、液晶表示装置に要求される表示輝度範囲（ｃｄ２０）は、０.１ｃｄ／ｍ2〜１０００ｃｄ／ｍ2で、コントラスト比（ＣＲ）≧１００００である。
【００３０】
ところが、液晶表示装置の現状の表示輝度範囲(ｃｄ３０)は、１.０ｃｄ／ｍ2〜５００ｃｄ／ｍ2 で、コントラスト比（ＣＲ）は５００と小さい。これは、背景技術で説明した液晶表示装置では、画像信号に関わらずバックライトは常に一定の明るさで発光させているため、黒表示の際に、バックライトの光の一部が漏れて十分に暗くならないためである。
【００３１】
そこで、本発明では、画像信号に応じてバックライトの輝度を制御し、例えば、画像信号が暗いときには、バックライトの輝度を暗くなるように制御して、表示輝度範囲(cd40)を０.１ｃｄ／ｍ2〜５０ｃｄ／ｍ2（ＢＬ相対輝度０.１）とする。一方、画像信号が明るいときには、バックライトの輝度を明るくなるように制御して、表示輝度範囲(ｃｄ５０)を２.０ｃｄ／ｍ2〜１０００ｃｄ／ｍ2（ＢＬ相対輝度２）とすることにより、実際の表示輝度範囲(ｃｄ６０)を得ることができ、この範囲は要求される表示輝度範囲(ｃｄ２０)と同じになる。
【００３２】
図２は、本発明に係る光変調素子として最良の形態の１つである横電界スイッチング方式の液晶表示パネル（以下「ＬＣＤパネル」ともいう。）の原理図である。このＬＣＤパネルの画素は、透明基板（１０−２）上に配置した画素電極（１０−２ａ）と共通電極（１０−２ｄ）、及び画素電極(１０−２ａ)に接続されたＴＦＴ(Thin Film Transistor)からなるスイッチング素子（１０−２ｂ）を有する。
【００３３】
２枚の透明基板（１０−２）（１０−４）の間には、誘電異方性が正のネマチック液晶からなる液晶層が設けられ、液晶層を構成する液晶分子（１０−３）は、２枚の透明基板（１０−２）（１０−４）上に形成された図示しない配向膜により、その液晶分子長軸の配向方向が規定される。液晶分子（１０−３）の配向方向は、理想的には２枚の透明基板（１０−２）（１０−４）間で捩じれのない、いわゆるホモジニアス配向である。
【００３４】
透明基板（１０−４）の前面と透明基板（１０−２）の背面には、それぞれ偏光板（１０−６）及び偏光板（１０−１）を配置する。偏光板（１０−１）と偏光板（１０−６）は、互いにその直線偏光の透過軸が直交するように配置する。また、偏光板（１０−１）の直線偏光の透過軸は液晶分子（１０−３）の配向方向に平行又は直交するように配置する。
【００３５】
バックライトから放射し、ＬＣＤパネルヘ入射する光（入射光（１０−１０））は、偏光板（１０−１）を透過した後、液晶層等を通過して偏光板（１０−６）に入射する。この際、画素電極（１０−２ａ）及び共通電極（１０−２ｄ）に、液晶分子（１０−３）の配列が変化するような電圧を印加しない場合（ＯＦＦ）は、偏光板（１０−６）に入射した光の大部分は吸収されて黒（暗）表示となる。
【００３６】
一方、画素電極（１０−２ａ）及び共通電極（１０−２ｄ）に電圧を印加して（ＯＮ）、主に横方向に発生する電界（１０−２ｃ）により液晶分子（１０−３）の配列を変化させると、偏光板（１０−６）に入射する光は、その偏光状態が変化し、偏光板(１０−６)を透過して出射光（１０−１１）が得られるので所定の明るさの表示が実現できる。
【００３７】
横電界スイッチング方式のＬＣＤパネルは視野角が広いためパソコン（ＰＣ）やテレビ（ＴＶ）のモニターとして広く用いられている。
【００３８】
光変調素子としては、横電界スイッチング方式のＬＣＤパネルの他に、例えばＴＮ（Twisted Nematic）方式，ＳＴＮ（Super Twisted Nematic）方式，ＥＣＢ（ElectricalControlled Birefringence）方式，ＶＡ（Vertical Alingned)方式などのＬＣＤパネルを用いることができる。これらのＬＣＤパネルは偏光板を備え、液晶層に入射する光の偏光状態を制御することで映像の表示を行うものであり、比較的低い駆動電圧でコントラスト比の高い映像が得られるもので、本発明の光変調素子として好適である。
【００３９】
次に、図３は、本発明に係る画像表示装置の全体の概略構成図であって、１０はＬＣＤパネルからなる光変調素子、１５は光拡散シート、２０は照明手段としてのＬＥＤパネルであって照明光を放射する。３０は画像信号処理手段、５０は輝度分布算出手段、６０は画像補正手段、８０は照明制御手段としてのバックライト制御手段である。ここで、LEDパネル２０は、複数の領域２５に分割（５×６）した例で示している。
【００４０】
まず、画像信号が画像信号処理手段３０に入力されると、画像表示や領域制御のためのタイミング信号の生成処理が行われる。
【００４１】
次に、輝度分布算出手段５０において、入力されたオリジナル画像信号の最大値・最小値などの解析が、各領域２５に対応して行われ、この解析結果により、領域２５毎のバックライト輝度レベルが決定される。
【００４２】
次に、画像補正手段６０は、領域２５毎のバックライト輝度レベルに応じて画像補正を行う。また、同時に、バックライト制御手段８０で、領域２５毎のバックライト輝度レベルに応じてバックライトを制御する。これにより、図１で説明したように、液晶表示装置の要求される表示輝度範囲をカバーし、かつ、各領域２５での輝度差による画質劣化を防止することができる。
【００４３】
図４から図１１は、本発明の動作原理を説明するための図である。図４は画像表示装置において、２つの隣り合う領域（（area０），（area１））に表示される画像の例を示す図である。この図は領域（area０）の中央部に明るい円を表示し、この円以外の領域（以下「背景部」という。）と領域（area１）の全面を円よりも暗く表示する場合を示す。ここでは、以下、図４において破線（sample）で示される位置での表示動作について説明する。
【００４４】
図４の領域（area０）では、画像に明るい部分が含まれるが、領域（area１）では画像に明るい部分が含まれない。このため領域（area０）では、バックライトの輝度を高く、領域（area１）では、バックライトの輝度を低く制御する。この制御によって、図１を参照して説明したとおり、表示輝度範囲を拡大し、コントラスト比を高くすることができる。しかし、このような制御を行った場合には、画質劣化という新たな課題が生じる。これについて図５を参照して説明する。
【００４５】
図５において、（ａ）オリジナル画像信号は、図４の破線（sample）で示す位置に表示すべき画像の階調レベルを模式的に示すものである。同図（ｂ）バックライト輝度は、領域毎に制御されたバックライトの輝度を模式的に示すものである。なお、光変調素子（ＬＣＤパネル）の透過率は、これに入力する画像信号に応じて制御されるので、画像信号の階調レベルをＬＣＤパネルの透過率のレペルに読み替えることができる。このため、出力画像の輝度は同図（ｃ）出力画像に示すように、同図（ａ）オリジナル画像信号に応じて制御されるＬＣＤパネルの透過率と同図（ｂ）バックライト輝度とを掛け合わせたものとなる。この場合、領域（area０）では、バックライトの輝度が高いためその背景部は、本来同じ輝度でなければならない領域（area１）よりも輝度が高くなってしまう。
【００４６】
つまり、バックライトの輝度を領域毎に制御することで、本来同じ明るさであるはずの部分に輝度の違い、つまり、明るさの違いが発生して画質が劣化してしまう。
【００４７】
そこで、このような画質劣化の発生を防止するために画像信号を補正する方法について図６を参照して説明する。図６は、同図（ａ）に示すオリジナル画像信号を、同図（ｂ）に示すように補正することで、画質劣化が発生しないことを説明するための原理図である。すなわち、同図（ｃ）に示すように、バックライトの輝度を制御することで発生する画像劣化をなくすため、領域（area１）に対する画像信号は、同図（ｂ）に示すように、オリジナル画像信号よりもレベルを上げるように補正する。これにより、出力画像は、同図（ｄ）に示すように、オリジナル画像信号、つまり表示すべき画像の階調レベルに対応した画質劣化のない画像となる。
【００４８】
図７は、画像信号の補正の原理を説明するための図であり、横軸が階調（Gray Scale）、縦軸が輝度（単位：ｃｄ／ｍ2）を示す。曲線Ｂ0と曲線Ｂ1は、それぞれバックライトの輝度が異なる場合の階調レベルと画像表示装置の輝度の関係を示し、曲線Ｂ0が領域（area０）に対応し、曲線Ｂ1が領域（area１）に対応する。ここで、それぞれの曲線は一般にガンマ曲線と呼ばれるものであり、階調をＧ、輝度をＢとすると、両者は次式(１)により関係付けられる。
【００４９】
Ｂ＝ｋＧγ                                              ・・・（１）
ここで、ｋは定数である。また、γは一般にガンマ係数と呼ばれるもので、一般の画像表示装置では１.８〜３程度の値である。
【００５０】
図７に示すように、領域（area０）と領域（area１）ではバックライトの輝度が異なるため、式（１）における比例定数ｋが異なる。比例定数ｋは、バックライトの輝度に比例し、領域（area０）においてｋ０、領域（area１）においてｋ1とすると、本例ではｋ0＞ｋ1である。
【００５１】
例えば、領域（area０）の背景部の階調レベルをＧ0とする場合、領域（area０）において階調Ｇ0に対応する輝度と、領域（area１）の輝度を同じにするには、領域(area１)の階調レベルを同図に示す階調Ｇ0から階調Ｇ1に変換すればよい。これを式で表すと次式（２）（３）のようになる。
【００５２】
ｋ１Ｇ１γ＝ｋ０Ｇ０γ                                        ・・・（２）
Ｇ１＝Ｇ０（ｋ０／ｋ１）１／γ                                ・・・（３）
ここで、ｋ0／ｋ1は領域（area０）と領域（area１）におけるバックライトの輝度比である。
【００５３】
このように、図６に示すオリジナル画像信号（ａ）の領域（area１）における階調レベルを補正して（上げて）、補正後の画像信号（ｂ）とすることで、出力画像（ｄ）の領域間における輝度の差をなくすことができる。
【００５４】
なお、現実のバックライトでは領域間の輝度は図６（ｃ）に示すように急激（階段状）には変化せず、図８（ｃ）に示すようになだらかに変化することが一般的である。このため、このような領域間におけるバックライトの輝度の変化を考慮していない画像信号の補正では出力画像が図８（ｄ）に例示するようになり、画質の劣化を生じてしまう。そこで、バックライトの領域間の輝度分布を考慮した画像信号補正方法について、図９を参照して説明する。
【００５５】
図９は、同図（ａ）に示すオリジナル画像信号を、同図（ｂ）に示すように補正することで、画質劣化が発生しないことを説明するための原理図である。すなわち、領域毎にバックライトの輝度制御を行った結果、発生する同図（ｃ）に示す領域間の輝度分布を補償するように画像信号の補正を行い、同図（ｂ）に示す補正後の画像信号を得る。これにより、出力画像は同図（ｄ）に示すように、オリジナル画像信号、つまり、表示すべき画像の階調レベルに対応した画質劣化のない画像となる。
【００５６】
図１０及び図１１を用いて、バックライトの領域間の輝度分布を補償する画像信号補正について説明する。図１１（ａ）は、バックライトの領域間の輝度分布を実測した結果である。同図において、バックライトの最大輝度（本例では約７０００ｃｄ／ｍ2）が１となるように縦軸を正規化し、横軸を画素数で表したものが図１１（ｂ）である（図１１（ｂ）では、説明を分かり易くするため、位置０を領域（area０）と領域（area１）の境界としている）。図１１（ｂ）について、横軸をＸ、縦軸をｆ(Ｘ)と近似関数化する。この近似関数ｆ(Ｘ)を用いると、画像信号補正が容易となる。
【００５７】
図１１（ｂ）によると、−６５＜Ｘ＜６５において輝度分布の影響が生じる。この範囲を領域（area０１）とし、近似関数ｆ(Ｘ)を用いて画像信号補正を行うことを図１０を参照して説明する。ここで、Ｇ0 は領域（area０１）におけるオリジナル画像信号、つまり、表示すべき画像の階調である。図１０に示した例では、領域（area０１）におけるオリジナル画像信号レベルに差異がないため、Ｇ0 はＸに依らない定数となるが、一般的にはＸの関数である。この場合、Ｇ0(Ｘ) とすればよい。ここで、補正後の画像信号（各画素に最終的に入力される階調レベル）をＧ(Ｘ)とすると、Ｇ(Ｘ)は次式（４）で表される。
【００５８】
Ｇ（Ｘ）＝Ｇ０［１／ｆ（Ｘ）］１／γ                          ・・・（４）
なお、ここでは、近似関数ｆ(Ｘ)を求め、図１０に示した式、つまり式（４）を用いてＧ(Ｘ)を求めたが、図１１に例示したようなバックライトの領域間の輝度分布の実測値をデータとしてメモリに記憶させ、これを基に補正するようにしてもよい。あるいは、図１０に示した式において、Ｇ0 の係数部分を近似関数としてもよい。
【実施例２】
【００５９】
以下、本発明の実施例２を図１２ないし図１７を用いて説明する。本実施例は、図３に示した本発明に係る全体概略構成の詳細な構成であって、同一部分は同じ番号を用いている。
【００６０】
図１２において、ＬＣＤパネル１０は、データドライバー１１の信号線ｓ９０とゲートドライバー１２の信号線ｓ１００により駆動される。データドライバー１１へのデータ信号ｓ７０は画像補正手段６０から供給される。さらに、ゲートドライバー１２へのタイミング信号ｓ６０も同様に画像補正手段６０から供給される。
【００６１】
バックライトとして機能するＬＥＤパネル２０は、カラムドライバー２１の信号線s140とロードライバー２２の信号線ｓ１５０により駆動される。カラムドライバー２１へのカラムドライバー信号ｓ１１５とＰＷＭ信号ｓ１２０はバックライト制御手段８０から供給される。さらに、ロードライバー２２へのタイミング信号ｓ１１０も同様にバックライト制御手段８０から供給される。ＬＥＤパネル２０の所定個所にはセンサが配置され、このセンサ信号ｓ１３０は、バックライト制御手段８０と画像補正手段６０に供給される。
【００６２】
ＬＣＤパネル１０とＬＥＤパネル２０を制御する表示コントローラ９０は、画像信号ｓ１から各種アドレスｓ５，ｓ６を生成する画像信号処理手段３０と、画像信号処理手段３０からの画素信号ｓ１０を格納するフレームメモリ４０と、各種アドレスｓ５，ｓ６と画素信号ｓ１０を入力して領域毎のバックライトの輝度分布を算出する輝度分布算出手段５０と、輝度分布算出手段５０からのバックライト輝度分布データ信号ｓ３０に応じて、表示データｓ２０を補正する画像補正手段６０と、輝度分布算出手段５０からのバックライト輝度分布データ信号ｓ３０と領域識別信号ｓ４０を入力してバックライトの輝度レベルを制御するバックライト制御手段８０とで構成される。
【００６３】
画像信号処理手段３０からは、フレームメモリ４０への書き込み画像のアドレスである入力画素アドレスｓ５とＬＣＤパネルの表示のための表示アドレスｓ６が出力され、輝度分布算出手段５０に供給されている。また、画像信号処理手段３０からの画素信号ｓ１０は、フレームメモリ４０と輝度分布算出手段５０に供給されている。
【００６４】
フレームメモリ４０からの表示データｓ２０は画像補正手段６０に供給されている。また、輝度分布算出手段５０からは、領域毎のバックライト輝度分布データ信号ｓ３０と領域識別信号ｓ４０が出力される。バックライト輝度分布データ信号ｓ３０は画像補正手段６０とバックライト制御手段８０に入力され、領域識別信号ｓ４０はバックライト制御手段８０に入力される。なお、フレームメモリ４０を用いないでリアルタイム処理を行ってもよい。
【００６５】
画像補正手段６０には、図１０，図１１に示した所定関数ｆ(Ｘ)をテーブル化した補正メモリ７０が接続され、輝度勾配データｓ５０が読み込まれる。
【００６６】
図１３は、図１２の回路構成の動作を説明する概略チャート図である。まず、輝度分布算出手段５０において、画像信号処理手段３０からの画素信号ｓ１０の領域毎の最大・最小値などの解析調査を実施し（９０ｐ１）、この解析調査に基づいて図１に示すように領域毎のバックライトの明るさを決定し(９０ｐ２)、領域毎のバックライトの明るさに基づいて、図１１に示すように領域間のバックライト輝度分布を算出する（９０ｐ３）。次に、画像補正手段６０において、領域毎のバックライト輝度分布データ信号ｓ３０に基づいて、フレームメモリ４０からの１フレーム遅れた表示データｓ２０を補正する(９０ｐ４)。また、同時に、バックライト制御手段８０では、領域毎のバックライトの輝度分布データ信号ｓ３０と領域識別信号ｓ４０に基づいて、バックライト制御を行う（９０ｐ５）。したがって、図９に示すように、ムラのない出力画像が得られる。なお、領域間のバックライト輝度分布を算出するステップ（９０ｐ３）を省略すると、図６に示すような出力画像が得られるが、これは領域間のバックライトの輝度が階段状に変化する場合である。
【００６７】
図１４は、輝度分布算出手段５０の詳細な回路である。まず、入力画素アドレスｓ５が入力されると、入力画素アドレス判定回路５１によって、入力画素がどの領域にあるかを示す領域識別信号を生成し、この領域識別信号は、画素信号ｓ１０の最大値・最小値を検出する領域毎に設けられた最大最小検出回路５２，５３に供給される。最大最小検出回路５２，５３は、それぞれの領域にある画素信号の最大値・最小値を解析調査し、それぞれの領域の最大値・最小値のデータをそれぞれの領域に対応するレジスタ５５，５６に格納する。
【００６８】
次に、表示画素アドレス判定回路５４は、表示画素アドレスｓ６が入力されると、領域識別信号ｓ４０を生成し、この表示領域に対応したレジスタ５５に格納された最大値・最小値のデータを読み出すことによって、その表示領域のバックライト輝度のレベルが決定される。このレベルはバックライト輝度分布計算回路５７に入力され、表示領域毎の輝度分布データ信号ｓ３０を出力する。表示領域毎の最大値・最小値から平均値を算出したり、全表示領域の最大値と最小値から輝度のレベルの範囲を算出してもよい。
【００６９】
図１５は、画像補正手段６０の詳細な回路である。まず、領域毎のバックライト輝度分布データ信号ｓ３０と補正メモリ７０に格納されている輝度勾配データ信号ｓ５０とから輝度勾配近似計算回路６２は輝度勾配を近似計算し、この輝度勾配から表示画素補正係数算出回路６３は補正係数を算出し、この補正係数に基づいて表示画素補正回路６１は表示データｓ２０を補正する。この補正データは表示制御回路６５により、ＬＣＤパネルのタイミング信号ｓ６０とデータ信号ｓ７０に変換される。なお、ＬＥＤパネル２０の所定個所に設置されたセンサからのセンサ信号ｓ１３０は、光センサ検出回路６４で変換され、輝度勾配近似計算６２で利用し、ＬＥＤ特性違いによる発光ムラを削減する効果がある。
【００７０】
図１６は、バックライト制御手段８０の詳細な回路である。領域識別信号ｓ４０は領域タイミング回路８１に入力され、ＬＥＤパネル２０のロードライバー信号ｓ１１０とカラムドライバー信号ｓ１１５として出力される。また、領域毎のバックライト輝度分布データ信号ｓ３０は、パルス幅変調（ＰＷＭ）発生回路８２に入力され、ＰＷＭ信号ｓ１２０として出力される。なお、センサ信号ｓ１３０は、このバックライト制御手段８０においても、画像補正手段６０と同様に、光センサ検出回路８３に入力され、パルス幅変調（ＰＷＭ）発生回路８２に修正を加える。これにより、ＬＥＤの特性の違いによる発光ムラを削減する効果がある。
【００７１】
図１７（ａ）〜（ｄ）は、ＬＥＤパネル２０に光センサを設置する個所の例を説明した図である。同図（ａ）はＬＥＤパネル２０のコーナ（Ｓ１，Ｓ２）に設置する例、同図（ｂ）はＬＥＤパネル２０の辺（Ｓ１，Ｓ２）に設置する例、同図（ｃ）は分割領域の中央内部（Ｓ１，Ｓ２）に設置する例、同図（ｄ）は分割領域の境界（Ｓ１，Ｓ２）に設置する例である。それぞれの図において、２個の設置例を示したが、センサの個数はバランスを考慮して分散して２個以上複数配置してもよい。
【実施例３】
【００７２】
図１８ないし図２９は、照明装置（バックライト）の実施例であって、図１８は、照明光を放射する発光素子として発光ダイオードＬＥＤを用いた領域別バックライトの構造図である。ＬＥＤパネル２０は、予め指定された領域２５に分割し、各領域２５には、複数個のＬＥＤ（ここでは４個）を配置する。また、ＬＥＤパネル２０はＬＣＤパネル１０の直下に配置し、光拡散シート１５を通すことにより、各領域２５の輝度の分布は均一化される。
【００７３】
図１９は、ＬＥＤパネル２０のマトリクス駆動方式の基本モデルを示した図であって、データ線（DATAline）と走査線（SCANline）の交叉点には、スイッチ素子Ｍが配置され、データ線（DATAline）と走査線（SCANline）間の電位差に応じて、スイッチＳＷをオンオフする役目を持つ。２つの共通電極線（ＣＯＭＭＯＮ１，ＣＯＭＭＯＮ２）の間に電位があり、かつ、スイッチＳＷがオンのとき、発光ダイオードＬＥＤは発光する。スイッチ素子Ｍにトランジスタを用いるとアクティブマトリクス駆動方式になる。また、データ線（DATAline）と走査線（SCANline）をそれぞれＬＥＤのアノードとカソードに接続して、それぞれの電位差を制御することでスイッチ素子Ｍを省略してもよい。この場合は、パッシブマトリクス駆動方式となる。
【００７４】
図２０は、ＬＥＤパネル２０のアクティブマトリクス駆動方式の具体的回路図である。データ線（DATAline（Ｄ１，Ｄ２，・・・））と走査線（SCANline（Ｇ１，Ｇ２，・・・））とのそれぞれの交叉点には、データ線（DATAline）と走査線（SCANline）とによって選択されるトランジスタスイッチＳＷ１と、このスイッチＳＷ１がオンすることで電荷をチャージするコンデンサＣと、チャージされたコンデンサＣの電位差でオンするトランジスタスイッチＳＷ２と、このスイッチＳＷ２がオンすることで発光する発光ダイオードＬＥＤが接続されている。また、発光ダイオードＬＥＤは２つの共通電極（ＣＯＭＭＯＮ１，ＣＯＭＭＯＮ２）に接続され、この共通電極の電位差で発光する。
【００７５】
図２１は、図２０に示すアクティブマトリクス駆動方式において、発光ダイオードLEDの発光制御をパルス密度変調（ＰＮＭ (Pulse Number Modulation)）方式で行う場合のタイムチャートである。同図（ａ）は、画像信号の画像１周期（Tcycle（１画面書き換え周期））毎に、画像が画像表示期間（Tdisp ）で表示される。この例では動画表示時に人が感じるぼやけを抑制するためにTdisp＜Tcycle としている。同図（ｂ）は、画像表示期間（Tdisp ）の一部であるバックライト走査１周期(TBLgi) を拡大したタイムチャートであって、Ｇ１，Ｇ２，・・・，Ｇｎは、図２０に示すロードライバー２２の走査線（SCANline）からの出力であり、また、Ｄ１，・・・，Ｄｎは、図２０に示すカラムドライバー２１のデータ線（DATAline）からの出力である。このパルス密度変調（ＰＮＭ）は、１画像表示期間（Tdisp）において、ＬＥＤに入力されるパルスの数を制御することで、発光時間を調整し、バックライト輝度を変化させる方式である。当然、１画像表示期間（Tdisp ）において、入力されるパルスの数が多いＬＥＤの輝度が高くなる。
【００７６】
図２２は、図２０に示すアクティブマトリクス駆動方式の別な実施例として、パルス振幅変調（ＰＡＭ（Pulse Amplitude Modulation））方式のタイムチャートを示した図である。ここで、area１のＬＥＤは図２０におけるデータ線Ｄ１と走査線Ｇ１により駆動され、area２のＬＥＤは図２０におけるデータ線Ｄ１と走査線Ｇ２により駆動されるとする。図２０に示したコンデンサＣには、接続されているデータ線と走査線の電位差に応じて電荷がチャージされ、一定期間この電位差を保つ。トランジスタＳＷ２の抵抗は、この電位差に応じて変化する。この作用によりＬＥＤに対して、データ線と走査線間の電位差に応じて、トランジスタＳＷ１がオフとなった後も一定期間電位差を与えることが可能となる。
【００７７】
これをタイムチャートで表したものが図２２である。同図では、area１及びarea２のＬＥＤに印加されている電圧（ｐ１１，ｐ１２，ｐ２１，ｐ２２）を示している。当然、印加されている電圧が大きいほど輝度が高い。また、同図に示すように、データ線と信号線間に電位差を与え、ＬＥＤに電圧が印加されるまでに一定の書き込み時間を要する。
【００７８】
このため、実際に駆動する場合、図２０において、データ線Ｄ１と走査線Ｇ１間に電位差を与えた後、書き込み時間ｔｗ１後にデータ線Ｄｌと走査線Ｇ２間に電位差を与える。この結果、area１とarea２のＬＥＤが発光を開始するタイミングはｔｗ１だけずれるが、この時間は非常に短いため画質に与える影響は小さい。
【００７９】
図２３は、パッシブマトリクス駆動方式の回路構成図であって、マトリクスには発光ダイオードＬＥＤのみが存在し、カラムドライバー２１にはデータ線（DATAline（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，・・・））が接続され、また、ロードライバー２２には走査線（SCANline（Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，・・・））が接続され、これら各交叉点に発光ダイオードＬＥＤが配置される。
【００８０】
図２４は、図２３に示すパッシブマトリクス駆動方式において、発光ダイオードＬＥＤの発光制御をパルス幅変調（ＰＷＭ(Pulse Width Modulation））方式で行う場合のタイムチャートで、一般にスクロール制御方式となる。すなわち、走査線（SCANline (Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，・・・））を順次選択し、画像の１フレームを走査する。ここで、データ線（ATAline (Ｄ１，Ｄ２，・・・））に電位があるときに発光素子ＬＥＤが発光する。このパルス幅変調（ＰＷＭ）は、パルス幅を制御することで、発光時間を調整し、バックライト輝度を変化させることができる方式である。当然、パルス幅が長いほど輝度も高くなる。
【００８１】
図２５は、パッシブマトリクス駆動方式におけるタイムチャートを、ＬＣＤパネル側（画素書込走査及び液晶応答）とバックライト側（ＢＬ１行目発光（Ｇ１），ＢＬ２行目発光（Ｇ２），・・・）で関連付けて示したものである。ＬＣＤパネル１０に対して、上行から下行に画素書き込み走査が順次なされる。
【００８２】
しかし、液晶応答に時間を要するため、図２５に示すように、最上段から最下段の画素へ順次光透過が可能となる。液晶応答が安定する前にバックライトが発光すると、動画ぼやけの要因となるため、同図では、当該バックライト領域に含まれる画素の液晶応答が安定した後、バックライトを発光させている。この結果、同図に示すように、バックライトの発光が行方向にスクロールするような制御となる。
【００８３】
図２６は、バックライトに有機ＥＬ素子を用いる場合の構造の一例を示す概略断面図である。バックライト２０は高い放熱特性が得られることを考慮して、金属などの熱伝導性が高く、ガスバリア性を有する材質からなる封止基板２０−１と、絶縁膜２０−２と、光反射性の金属からなる反射電極２０−３と、発光ユニット２０−４，２０−６，２０−８及びチャージ生成層２０−５，２０−７と、光透過性の導電材料からなる透明電極２０−９と、ガラスやプラスチックなどの透明でガスバリア性を有する透明基板２０−１０とから構成される。
【００８４】
このように、発光ユニットとチャージ生成層を複数積層する構造の素子はマルチフォトン有機ＥＬ素子と呼ばれ、例えば、ＳＩＤ０３，ＤＩＧＥＳＴ，ｐ.９６４−９６５に記載されているように、発光ユニットとチャージ生成層の積層数に応じた高い発光効率（ｃｄ／Ａ）が得られるため、本発明に係るバックライトに好適な素子である。
【００８５】
この素子は、反射電極２０−３と透明電極２０−９に直流電圧を印加して電流を流す各発光ユニット２０−４，２０−６，２０−８が発光してバックライトとして機能する。バックライト２０は透明基板２０−１０側をＬＣＤパネル１０に向けて配置し、ＬＣＤパネル１０とバックライト２０の間には必要に応じて光拡散シート１５を配置する。
【００８６】
図２７は、照明装置としてのＬＥＤエッジ方式による領域別バックライト断面図であって、バックライトパネルの対向する辺にＬＥＤ１０１が配置される。このＬＥＤ１０１の光は、導光部１０２を伝わり、反射部１０３の反射体１０４で反射され、光拡散シート１０６を介して、表面に出てくる。中央部の反射体１０４がオンになると光が出射される仕組みである。反射体１０４は駆動素子１０５に連動して上下するようになっている。また、ＬＥＤ１０１は、領域毎に制御するため、アレイ状のモジュールになっている。
【００８７】
図２８は、図２７に示すＬＥＤエッジ方式を用いた場合の全体回路構成を示したものである。バックライト部１００の両端に配置したサイドライトＬＥＤ１０１は、図１２に示す表示コントローラ９０により制御される。また、表示コントローラ９０は、データドライバー１１とゲートドライバー１２を制御してＬＣＤパネル１０に画像信号ｓ１に対応する画像を表示する。さらに、表示コントローラ９０は、点灯領域制御回路２０３を制御し、点灯領域制御回路２０３は、図２７に示す駆動素子１０５を駆動する。
【００８８】
図２９は、図２８に示すＬＥＤエッジ方式におけるタイムチャートを、ＬＣＤパネル側（走査線及び液晶応答）とバックライト側（反射体）で関連付けて示したものである。ＬＣＤパネル１０への走査線１，２，３・・・ｎ・・・７６８がオンとなると、液晶応答１，２，３・・・ｎ・・・７６８が開始され、この液晶応答が安定すると、反射体１，２，３・・・ｋ・・・１６がオンされる。この反射体がオンのときに光が出射され、画像が表示される。
【００８９】
以上、照明装置の光源として発光ダイオードと有機ＥＬ素子を用いたが、これらの光源の代りに、冷陰極蛍光灯（ＣＣＦＬ）を用いると、高輝度であることが利点である。
【実施例４】
【００９０】
以下では、本発明に係る画像表示装置に用いる液晶表示素子の問題である視野角特性について検討し、この視野角特性の問題を解消する本発明の実施例を図３０〜図３３を用いて説明する。
【００９１】
一般に現行の液晶表示装置は、図３０に示すような視野角により画像の見え方が異なるという共通の課題を持っている。現行の液晶表示装置の大半は、図３１に示すように良好な視野角特性を保つ得意表示領域（ｃ）とそうではない不得意表示領域（ａ）を持つ。さらに、この得意表示領域，不得意表示領域は、液晶表示モードにより異なる。
【００９２】
図３２は、横電界スイッチング方式の１つであるＩＰＳ（In-Plane Switching）方式における赤色の視野角特性を示したものである。同図は横軸に赤色階調（赤色単色）をとり、縦軸に液晶表示パネルを正面から見たときの色を、横方向や斜め上方向などの角度をかえて見た場合、どの角度範囲まで正面の色と同じ色として見えるかを示したものである。つまり、ある画像において、正面から見える色と同じ色として見える角度範囲である。これは正面から測定したＣＩＥ１９７６ｕ′ｖ′色度座標値と、角度を変えて測定したｕ′ｖ′色度座標値の差を２乗平均した値が０．０２以下である条件で求めた。以後、これを色差視野角特性と呼ぶ。この図によると、本実施例で用いているＩＰＳ方式の液晶では、２５５階調領域のなかで１００階調以上の領域において色差視野角特性が良好であり、それ以下の領域ではやや特性が落ちることが示されている。
【００９３】
一方、図３３は、縦電界スイッチング方式の１つであるＶＡモードの赤色の色差視野角特性を示したもので、低階調から中階調領域において色差視野角特性が大きく変化している。
【００９４】
そこで、本発明に係るバックライト制御手段及び画像補正手段によって、このような各液晶表示モード固有の不得意表示領域に画像信号が集中した場合（図３１（ａ）を参照）、不得意表示領域を使用せずに画像を変換し、図３１（ｃ）のような得意領域に変換して表示することで、各液晶表示モードが本来不得意とする画像に対しても良好な表示を行うことが可能となる。この変換は、図１２に示す輝度分布算出手段５０と画像補正手段６０とバックライト制御手段８０を用いて実現できる。すなわち、特性の良好な領域を使用するように画像信号を補正して（上げて）バックライト輝度を決定する（下げる）。
【実施例５】
【００９５】
図３４は、本発明の画像表示装置を応用したＴＶ装置の構成図である。ＥＱはＴＶ装置本体で、表示装置ＬＣＤ，チューナＴＶ，録画器ＤＶＤ，パーソナルコンピュータＰＣなどで構成される。アンテナＡＮＴからはＴＶ映像信号が入力され、また、ＰＣはインターネットＮＥＴに接続され、ホームネットワーク及びホームシアターとしての役割を持っている。また、リモコンＣＮＴにより、自由に、ＴＶ，ＤＶＤ，ＰＣを切り替え、各種コンテンツを切り替えることもできるようになっている。また、コンテンツにより、表示装置ＬＣＤのバックライトを遠隔制御装置としてのリモコンＣＮＴで制御したり、部屋の明るさを検出手段としてのセンサＳｅで検出して、バックライトを自動制御して最適な映像を提供することが可能である。たとえば、動画表示の時は、動画ボケを生じないようにバックライトの輝度を制御したり、部屋の明るさに応じて、バックライトを制御して人に最適な映像を自動で切り替えることができる。
【００９６】
以上、本発明によると、バックライトの輝度を制御し、それに応じた画像補正を行うため、画質劣化を防止しながら表示輝度範囲を拡大し、電力消費を低減できる。
【実施例６】
【００９７】
本発明の実施の形態６について説明する。図３５は本実施の形態に用いた構成を表している。
【００９８】
本実施例の表示装置は、光変調素子としてのＬＣＤパネル２０８を有する表示部、照明装置２１３を有する光源部、表示部の画像及び光源の輝度を制御する回路部から構成される。なお、ここでは画像，輝度を制御する回路部を表示処理回路３００とする。照明装置２１３は垂直走査方向に８つの光源領域に分割し、それぞれの分割領域にＬＥＤ光源を備え、その上に光拡散層２０５を設けた。ＬＣＤパネル２０８は光拡散層２０５上の光を透過させ画像を表示する。本実施例では表示処理回路３００において、１フレーム分の最大輝度分布を基にバックライト２１３の各分割領域の輝度を制御する点に特徴を有する。以下、表示処理回路３００の内部構成について１例を説明する。
【００９９】
表示処理回路３００には、画像信号を記憶するフレームメモリ２００と、ＬＣＤパネルに送られる画像信号から最大輝度の空間的分布を検出する最大輝度分布検出回路２０１と、各分割領域の輝度を設定する照明光源輝度設定回路２０２と、照明光源輝度設定回路２０２が設定した照明光源輝度設定値を基に分割領域毎に照明光源の輝度を制御する照明光源輝度制御回路２０４と、光拡散層２０５上の輝度分布を算出する光拡散層輝度分布算出回路２０６と、画像信号補正回路２０７を設ける。
【０１００】
以下に各回路要素の動作を詳細に説明する。
【０１０１】
まず、最大輝度分布検出回路２０１の最大輝度の空間的画面分布を算出する方法について図３６を用いて説明する。ＬＣＤパネルには１水平走査期間に１ラインの画像信号が送られ、これを少なくとも全ライン数分繰り返し、１垂直走査が完了する。最大輝度分布検出回路２０１は水平期間毎に１ライン分の画像信号を読み取り、そのラインで最も高い輝度を示す画像信号を検出する。これを全ライン分繰り返すことにより、垂直走査方向に対する最大輝度を示す画像信号分布を算出することができる。ここで、予め２５５階調を輝度５００ｃｄ／ｍ2、２００階調を輝度３００ｃｄ／ｍ2、０階調を輝度０.１ｃｄ／ｍ2というように割り付けておけば、最大輝度の垂直走査方向の空間的分布を検出したことになる。
【０１０２】
照明光源輝度設定回路２０２は、最大輝度分布検出回路２０１の検出結果を基に、８つに分割された照明装置の分割領域毎の照明光源輝度を設定する。照明光源の輝度は１フレーム期間中の発光期間によりその輝度を制御するＰＷＭを用いており、本実施の形態では輝度の低い設定値から輝度の高い設定値まで１６個の設定値を用いた。
【０１０３】
光拡散層輝度分布算出回路２０６は、照明光源輝度設定回路２０２で設定された、各分割領域光源の輝度設定値を基に、光拡散層２０５上の輝度分布を算出する。図３７は分割領域毎に設定された照明光源輝度に対して、光拡散層２０５上の輝度にＬＣＤの最大透過率を積算した輝度、つまり設定された各分割領域の照明光源輝度により、ＬＣＤ上に表示できる最大の輝度を表したものである。このＬＣＤ上に表示できる最大の輝度が、各ライン上において最大輝度分布検出回路２０１が算出した各ライン上の最大輝度以上であれば、照明光源の輝度は十分である。
【０１０４】
照明光源輝度設定回路２０２は光拡散層輝度分布算出回路２０６の算出結果と、最大輝度分布検出回路２０１の検出結果を逐次比較し、光拡散層上の輝度が、各ラインの画像信号の最大輝度を表示するのに必要最小限の分割領域毎の照明光源輝度設定を行う。
【０１０５】
照明光源輝度制御回路２０４は、照明光源輝度設定回路２０２の設定値に基づき、分割領域毎の照明光源の発光期間を制御する。
【０１０６】
画像信号補正回路２０７は、各ライン下における光拡散層２０５の輝度を基に、画像信号が示す表示輝度となるように透過率を制御する、すなわち画像信号を補正する。
【０１０７】
以上のように、本実施例では画像及び光源の輝度を制御する表示処理回路３００において、ラインごとの最大輝度を全ライン検出し、１画面分の最大輝度分布を算出する。さらに、この１画面分の最大輝度分布を基に照明装置の各分割領域の輝度を設定するため、各分割領域間の相互作用も考慮した輝度設定が可能となる。また、照明光源の輝度を領域毎に減じながら元の画像を再現することが可能となる。
【０１０８】
領域毎の照明光源輝度設定から光拡散層輝度分布算出には、１フレーム分の画像信号を読み取ることが必要なため、画像信号はフレームメモリ２００に記憶しておき、次のフレームでフレームメモリ２００から読み出し、画像信号の補正及びＬＣＤへの出力を行った。
【実施例７】
【０１０９】
本発明の実施の形態７について説明する。図３８は本実施の形態に用いた構成図である。本実施の形態に用いた構成は、表示処理回路３０１がシーンチェンジ検出回路２１２を有する点以外は形態６と同様である。
【０１１０】
実施の形態６で説明した通り、照明光源輝度設定回路２０２は、画像信号の最大輝度分布と拡散層輝度分布を基に、各分割領域の光源輝度設定値を算出するが、動画を表示する際は、画像信号の最大輝度分布が刻々と変わるため、各分割領域の照明光源輝度もこれに伴って変化する。ここで光源の輝度変化が大きい場合において、ちらつきが発生するという課題が生じた。ちらつきが発生する原因を以下に説明する。
【０１１１】
本実施例の光源輝度は、１フレーム中に発光する期間により制御している。つまり、光源の発光輝度は一定で、明るい輝度を得るためには１フレーム中の発光期間を長く、低い輝度を得るためには１フレーム中の発光期間を短くしている。ここで、ある同一シーンの映像で表示輝度の変化しない背景を表示することを考える。
【０１１２】
図３９は表示輝度の変化しない背景輝度を表示する際のＬＣＤの透過率波形と照明光源の輝度波形，表示輝度波形の関係を表している。あるフレームにおいて背景以外の映像に明るい部分が現れ、このため照明光源の輝度が急激に変化したとする。このとき、照明光源はその輝度を増大させるため１フレーム中の発光期間を長くする、ＬＣＤは照明光源の輝度増大に対し、表示輝度が変化しないように透過率を減少させる。しかしながらＬＣＤの透過率応答には数ｍｓから十数ｍｓの時間を要するため、目標透過率に達する前に照明光源が点灯してしまい、結果として背景の表示輝度が上昇してしまう。
【０１１３】
表示輝度は、発光輝度とその発光期間の積で表される。図３９上の斜線部分の面積は、正しく背景輝度を表示する際の発光輝度と、その発光期間の積に相当している。照明光源の輝度が急激に増大するフレームにおいて、表示輝度波形が斜線面積からはみ出しているが、これがちらつきの原因となっている。
【０１１４】
このちらつきを解決するためには、照明光源の急激な輝度変化を抑制することが有効である。そこで、照明光源輝度設定回路２０２は、前フレームに用いた設定値を記憶しておき、現フレームで算出された設定値と比較し、前フレームの設定値からの変更許容量を設け、この変更許容量以内において前フレームで用いられた設定値から現フレームで算出された設定値に近づけるように現フレームで用いる分割領域毎の照明光源輝度を再設定し、急激な輝度変化を抑制した。
【０１１５】
図４０は許容変更量を考慮してフレーム毎の照明光源輝度設定値変更を行った際の、ＬＣＤの透過率波形と照明光源の輝度波形，表示輝度波形の関係を表している。現フレームで算出された設定値に対して、前フレームで用いた設定値と比較し、現フレームで算出された設定値の方が大きい場合、許容変更量範囲内で設定値を増大させる。逆に前フレームで用いた設定値が現フレームで算出された設定値より小さい場合は、許容変更量範囲内で設定値を減少させる。勿論現フレームで算出された設定値が前フレームに用いた設定値と等しい場合は、設定値は変更しない。
【０１１６】
以上のようにして、照明光源輝度設定回路２０２が最大輝度分布検出回路２０１の検出結果を基に算出した設定値を直接用いず、前フレームに用いた設定値との比較から、許容変更量以内で現フレームに用いる設定値を再設定することにより、同一シーンでのちらつきを防止することができた。
【０１１７】
さらに好ましくは、シーンが変わった場合は、照明光源輝度設定回路２０２が算出した設定値に素早く切り替わった方がよい。そこでシーンチェンジ検出回路２１２を導入して、シーンが変化しない場合は照明光源輝度設定値の許容変更量を小さくしてちらつきを防止し、シーンが変化した場合は、その変化の大きさに応じて照明光源輝度設定値の変更許容量を大きくし素早く照明光源輝度が切り替わるようにし、全く違和感のない照明光源輝度制御を行うことが可能となった。
【０１１８】
シーンチェンジ検出回路２１２は、フレーム毎に全画面の映像のヒストグラムを作成し、フレーム間でヒストグラムの差分を計算し、その差分量の大小判断により構成することができる。
【０１１９】
図４１は照明光源輝度設定回路２０２が算出した設定値と、再設定された設定値と、フレーム間ヒストグラム差分つまりシーンチェンジ検出回路２１２の状態の関係を表している。フレーム間のヒストグラム差分量が小さいときは、同一シーンと判断し、照明光源輝度設定回路２０２が算出した設定値に再設定された設定値が徐々に近づいていき、フレーム間ヒストグラム差分量が大きいときはシーンチェンジと判断し、算出された設定値に素早く近づくように再設定されている。
【実施例８】
【０１２０】
本発明の実施の形態８について説明する。図４２は本実施の形態の構成を示すブロック図である。本実施の形態は、画像表示装置周囲の明るさを検出する周辺輝度検出手段209と、表示処理回路３０２が字幕検出回路２１１と、字幕データ変換回路２１０を有する点以外は実施の形態７と同様である。
【０１２１】
本実施例は、字幕の表示輝度を適宜減ずることによって、照明光源の輝度を減少させ消費電力を低減するのが目的である。
【０１２２】
ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）で映画を鑑賞する際など、画面上に字幕が現れることがしばしばある。この字幕は２５５階調の白色である場合が多く、これを表示するためには照明光源を最大輝度で発光させる必要があった。
【０１２３】
しかしながら、周囲の明るさによっては２５５階調の輝度の字幕は眩しく感じられるケースもあり、適宜字幕の輝度を減じた方が見やすくなり、且つ消費電力を低減できる効果もある。
【０１２４】
本実施の形態では周囲の明るさを検出する周辺輝度検出手段２０９と、画像信号から字幕に対応する信号を検出する字幕検出回路２１１と、字幕検出回路２１１が検出した字幕に対する画像信号を変換する字幕データ変換回路２１０を備えた。以下に本実施形態における制御方法について説明する。
【０１２５】
実施の形態７で説明したように、最大輝度分布検出回路２０１は、画像信号から垂直走査方向の最大輝度分布を算出する。図４３は字幕を含む画像信号から算出された垂直走査方向の最大輝度分布の一例である。字幕の現れる領域は最大表示輝度となっている。この最大輝度分布から分割領域毎の照明光源の輝度を設定した場合の、その照明光源輝度を以ってＬＣＤ上に表示できる最大の輝度分布を表したのが図４４であり、字幕が表示される領域付近の照明光源の輝度が高くなっていることがわかる。字幕検出回路２１１が字幕を検出した場合は、字幕データ変換回路２１０が、周辺輝度検出手段２０９の検出結果を基に２５５階調の字幕の画像信号を変更する。例えば周囲の明るさが１５０ｌｘだったら、２００階調に変更し、周囲の明るさが１０ｌｘだったら１２８階調に変更するといった具合に、周囲が暗くなるに従って低い階調に変更する。字幕の画像信号を変更した後、字幕が現れた領域のラインの画像信号をフレームメモリ２００から読み出し再度最大輝度分布回路に入力し、最大輝度分布を修正する。図４５は修正した最大輝度分布を示す図である。ここでは、字幕の画像信号を１２８階調に変更した。この最大輝度分布から分割領域毎の照明光源輝度を設定した際の、ＬＣＤ上に表示できる最大の輝度を表したのが図４６である。以上のように、字幕を検出し、周辺の明るさに応じて字幕の画像信号を変更し、字幕の現れる領域の照明光源の輝度を低減することができた。
【実施例９】
【０１２６】
本発明の実施の形態９について説明する。図４７は本実施の形態の構成を示すブロック図である。本実施の形態は、本発明の実施の形態７に記載した構成から、最大輝度分布検出回路２０１を輝度分布検出回路２１５に変更し、また、周辺輝度検出手段２０９を追加したこと以外は同様の構成である。
【０１２７】
輝度分布検出回路２１５は、ＬＣＤパネル２０８の各ラインの画像信号から、各ライン上の輝度毎の画素数をカウントする。例えば、１番目のラインには、５００ｃｄ／ｍ2 の輝度を示す画素が１０個、５０ｃｄ／ｍ2 の輝度を示す画素が１００個といった具合に、輝度毎の画素数をカウントする。この動作を全ラインに対して行うことにより、垂直走査方向に対する輝度の分布状況を検出することが可能となる。
【０１２８】
図４８は、輝度分布検出回路２１５によって得られた垂直走査方向の輝度の分布を示すものである。各ラインにおいて、輝度毎にその画素数分プロットしている。このような検出を行うことにより、各ライン上の最大輝度，最低輝度のみならず、明るい映像が集中している領域、中間的明るさの集中している領域、暗い映像が集中している領域といった情報も読み取ることが可能になる。図４８の例においては、画面上部は明るい映像が集中しており、画面中央付近では中間的な明るさが集中しており、画面下部付近では暗い映像が集中している。
【０１２９】
照明光源輝度設定回路２０２は、輝度分布検出回路２１５及び、周辺輝度検出手段209からの情報を基に、領域毎の照明光源の輝度を設定する。以下に照明光源輝度設定の方法について詳述する。
【０１３０】
ここで、画像表示装置周辺の明るさと、表示ダイナミックレンジの関係について説明する。ＬＣＤパネル２０８の表示面は反射防止加工がされており、周辺の光がなるべく反射しないように処理されていることが多い。しかしながら、完全に反射を無くすことは困難で表示面は僅かに明るくなってしまう。図４９は我々が作成したＬＣＤパネル２０８における、周囲の明るさと、照明光源無発光時のＬＣＤパネル２０８表面反射輝度の関係を表す測定結果である。周辺の明るさが明るくなるに従ってＬＣＤパネル２０８表面の輝度は上昇していく。ＬＣＤパネル２０８に表示される映像で、この反射輝度以下の映像は反射輝度の影響により人間が見る輝度の分解能が低下し視認されにくくなる。つまり周囲が明るくなるに従ってＬＣＤの表示ダイナミックレンジは狭くなる。
【０１３１】
図５０は、輝度分布検出回路２１５が検出したライン毎の輝度分布と、周辺の明るさに対して、ＬＣＤ上で視認できるダイナミックレンジの関係を表した図である。周辺の明るさが２００ｌｘの場合は、視認できる表示ダイナミックレンジは２ｃｄ／ｍ2 から５００ｃｄ／ｍ2と比較的狭く、周辺の明るさが１０ｌｘの場合は０.１ｃｄ／ｍ2 から５００ｃｄ／ｍ2 と広い。ここで用いたＬＣＤはコントラスト比が５００：１である。つまり５００ｃｄ／ｍ2を表示する最大輝度とすると最低の輝度は１ｃｄ／ｍ2であり、１ｃｄ／ｍ2以下の輝度を表示するためには照明光源の輝度変調が必要である。
【０１３２】
照明光源輝度設定回路２０２は、周辺輝度検出手段２０９の検出結果により視認できるダイナミックレンジを決定し、ライン毎の輝度分布の情報を基に分割領域毎の照明光源輝度を設定する。照明光源の輝度設定方法について、周辺の明るさが２００ｌｘの場合と、１０ｌｘの場合とに分けて説明する。
【０１３３】
まず、周辺の明るさが２００ｌｘの場合を考える。この場合、表示すべき輝度範囲は２ｃｄ／ｍ2から５００ｃｄ／ｍ2であり、照明光源が最大輝度で発光した時のＬＣＤのダイナミックレンジ１ｃｄ／ｍ2から５００ｃｄ／ｍ2より狭い。よって、各ライン上の最大輝度が表示可能となるように分割領域毎の照明光源の輝度設定をすればよい。図５１は各ライン上の最大輝度が表示可能となるように分割領域毎の照明光源の輝度を設定した際の、ＬＣＤの最大透過率で表示した際の輝度と最低輝度で表示した際の輝度、つまり表示ダイナミックレンジを示した図である。周辺の明るさ２００ｌｘで視認できるダイナミックレンジの中に入る輝度をすべて表示ダイナミックレンジ内に入れると共に照明光源の輝度を減じることができた。
【０１３４】
次に周辺の明るさが１０ｌｘの場合を考える。この場合表示する最低の輝度は０.１cd／ｍ2であり、各ライン上の最大の輝度を表示するように分割領域毎の照明光源輝度を設定すると、最低の輝度を正しく表示できないケースが出てくる。例えば、図５１は各ライン上の最大輝度を表示できるように分割領域の照明光源輝度を設定した際の表示できるダイナミックレンジであるが、この場合最低表示できる輝度は０.１ｃｄ／ｍ2より大きくなっている。よって図５０における最下ラインの１０８０番付近に多数存在する０.１ｃｄ／ｍ2の画素を正しく表示できない。このように周辺の明るさが暗く視認できるダイナミックレンジが広い場合は、各ライン上の最大輝度のみによる分割領域毎の照明光源輝度設定では不十分なことがある。
【０１３５】
輝度分布検出回路２１５はこれを改善するための回路である。つまり輝度分布検出回路２１５は各ライン上で輝度毎にその輝度を示す画素数を知ることができるので、より多くの画素を表示ダイナミックレンジに取り込むように照明光源の輝度設定が可能になる。
【０１３６】
具体的には、各ライン上において、輝度が高い画素の順から許容できる画素数をダイナミックレンジから外しその分照明光源の輝度を減じて低い輝度の画素をダイナミックレンジの中に取り込む。勿論許容される画素数は表示映像が著しく劣化しない僅かな画素数である。この際、許容画素数を周辺輝度検出手段２０９による検出結果、また各ライン上の輝度分布状況に応じて変更するとより有効である。つまり、周辺の明るさが暗く、かつ各ライン上における輝度分布が低い輝度に集中しているときは、許容画素数を増やし、周辺の明るさが明るく、かつ輝度分布が明るい輝度の集中している場合は許容画素を減らすといった設定をすることによって最適な照明光源輝度設定が可能になる。
【０１３７】
図５２は各ライン上の最大輝度を示す画素から数えて２つの画素までは許容し、輝度の分布から適宜ダイナミックレンジから外すことにより低輝度を示す画素をより多くダイナミックレンジ内に取り込むように分割領域毎の照明光源の輝度を設定した際の、ＬＣＤの最大透過率で表示した際の輝度と最低輝度で表示した際の輝度、つまり表示ダイナミックレンジを示した図である。この結果、最低０.１ｃｄ／ｍ2の輝度を表示することが可能となり、実質的にコントラスト５０００：１まで表示特性を向上させることができた。
【０１３８】
以上のように、本実施例では、各垂直走査ラインの輝度分布を全ラインにおいて検出し、１画面分の輝度分布を検出する。垂直走査方向に対する輝度の分布状況を検出する。
【０１３９】
これまでの説明では、最大輝度を５００ｃｄ／ｍ2にすることを前提として述べてきたが、周辺の明るさに応じて照明光源の輝度の絶対量を減少させることも当然可能である。
【０１４０】
また、輝度分布検出回路２１５は１ライン毎の輝度分布を検出したが、１ラインに限定されるものではなく複数ラインとしてもよく、最大で照明光源の分割領域分のライン数まで可能である。
【０１４１】
本実施の形態では、照明光源を垂直走査方向に８つに分割したが、分割をさらに細分化することにより、より高画質な映像を表示することが可能である。
【実施例１０】
【０１４２】
本発明の実施の形態１０について説明する。実施の形態９で用いた構成は、実施の形態８で説明した字幕検出回路２１１と、字幕データ変換回路２１０を容易に導入することが可能である。
【０１４３】
図５３は本実施の形態に用いる構成のブロック図である。実施の形態９の構成に加え、字幕検出回路２１１，字幕データ変換回路２１０を備えた。
【０１４４】
字幕検出回路２１１は画像信号から字幕に対応する画像信号を検出し、字幕データ変換回路２１０は、検出された字幕に対応する画像信号を周辺輝度検出手段２０９の検出結果により適宜変更し、字幕が現れたラインの画像信号を再度フレームメモリ２００から読み出し、輝度分布検出回路２１５に入力する。輝度分布検出回路２１５は字幕に対応する画像信号の変更後の、字幕が現れたラインの輝度分布を再算出し、画面全体の輝度分布情報を修正する。修正された輝度分布情報は、照明光源輝度設定回路２０２に送られる。その後の照明光源輝度設定回路２０２の分割領域毎の照明光源輝度設定方法は実施の形態９で説明したものと同様である。
【符号の説明】
【０１４５】
１０，２０８  ＬＣＤパネル、２０  ＬＥＤパネル（バックライト）、３０  画像信号処理手段、４０，２００  フレームメモリ、５０  輝度分布算出手段、６０  画像補正手段、７０  補正メモリ、８０  バックライト制御手段、９０  表示コントローラ、２０１  最大輝度分布検出回路、２０２  照明光源輝度設定回路、２０４  照明光源輝度制御回路、２０５  光拡散層、２０６  光拡散層輝度分布算出回路、２０７  画像信号補正回路、２０９  周辺輝度検出手段、２１０  字幕データ変換回路、２１１  字幕検出回路、２１２  シーンチェンジ検出回路、２１３  照明装置、２１４  分割領域、２１５  輝度分布検出回路、３００，３０１，３０２，３０３，３０４  表示処理回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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