(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非自発光表示パネルと、
前記非自発光表示パネルの表示領域を複数に分割したセグメント領域ごとに配置された
照明の各々の発光輝度を独立して制御する光源と、
画像データを取得する画像データ取得部と、
前記画像データ取得部が取得した前記画像データに基づき、前記セグメント領域に配置
された照明ごとに、あるセグメント領域の発光はその周辺のセグメント領域には漏れ込ま
ない理想条件を前提とした発光輝度の目標値である目標輝度Ｂｄ（ｘ，ｙ）を算出する目標輝度算出部と、
前記セグメント領域ごとに配置された照明の複数のセグメント領域にまたがって広がる
発光分布特性を示す発光分布関数ｆ（ｘ，ｙ）の逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）を取得する逆フィルタ取得部と、
前記目標輝度算出部が算出した前記セグメント領域ごとの前記目標輝度Ｂｄ（ｘ，ｙ）に対して前記逆フィルタ取得部が取得した前記逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）を畳み込み演算することで、周辺のセグメント領域の照明の発光輝度の設定値の影響が加わった前記照明の発光輝度の予測値である予測輝度ＢＰ（ｘ，ｙ）と前記目標輝度Ｂｄ（ｘ，ｙ）との二乗誤差（Ｂｄ（ｘ，ｙ）−ＢＰ（ｘ，ｙ））２が最小化されるような前記セグメント領域ごとの前記照明の発光輝度の設定値を算出する設定値算出部と、  
前記設定値算出部が算出した前記セグメント領域ごとの前記設定値に基づき、前記セグ
メント領域ごとの前記照明の発光輝度を制御する光源制御部と、
を備え、
前記逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）は、
Ｆ−１（ｕ，ｖ）＝Ｆ＊（ｕ，ｖ）／（｜Ｆ（ｕ，ｖ）｜２＋Ｇ）
ここで、Ｆ−１（ｕ，ｖ）はｆ−１（ｘ，ｙ）をフーリエ変換したものであり、Ｆ（ｕ，ｖ）はｆ（ｘ，ｙ）をフーリエ変換したものであり、Ｆ＊（ｕ，ｖ）はＦ（ｕ，ｖ）の複素共役であり、Ｇはパラメータである
により算出されたＦ−１（ｕ，ｖ）を逆フーリエ変換することにより算出される表示装置。
【請求項２】
前記逆フィルタ取得部は、ウィナーフィルタを用いて前記発光分布関数の前記逆フィル
タを算出する逆フィルタ算出部により算出された前記逆フィルタを取得する請求項１記載
の表示装置。
【請求項３】
前記逆フィルタ取得部が取得した前記逆フィルタに対して、特定の空間周波数よりも高
周波側での振幅の増加を制限する高周波制限処理を施す高周波制限処理部を備え、
前記設定値算出部は、前記高周波制限処理された前記逆フィルタを用いて前記畳み込み
演算を行う請求項１または２記載の表示装置。
【請求項４】
前記逆フィルタ取得部は、特定の空間周波数よりも高周波側での振幅の増加を制限する
高周波制限処理を施す高周波制限処理部により前記高周波制限処理が施された前記逆フィ
ルタを取得し、
前記設定値算出部は、前記高周波制限処理された前記逆フィルタを用いて前記畳み込み
演算を行う請求項１または２記載の表示装置。
【請求項５】
前記逆フィルタ取得部が取得した前記逆フィルタのフィルタ係数に対して窓関数を乗算
する窓関数乗算処理部を備え、
前記設定値算出部は、前記窓関数の乗算処理後の前記逆フィルタを用いて前記畳み込み
演算を行う請求項１から４のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項６】
前記表示領域内の前記セグメント領域の位置及び前記セグメント領域ごとの前記光源の
特性の少なくともいずれかに応じて異なる複数種類の前記発光分布関数の前記逆フィルタ
を格納する逆フィルタ格納部を備え、
前記逆フィルタ取得部は、前記逆フィルタ格納部から複数種類の前記逆フィルタを取得
し、
前記設定値算出部は、前記セグメント領域ごとに対応する前記逆フィルタを選択して前
記畳み込み演算を行う請求項１から５のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項７】
前記セグメント領域と、当該セグメント領域に対応した前記逆フィルタとの対応関係を
前記セグメント領域ごとに記憶した対応関係記憶部を備え、
前記設定値算出部は、前記対応関係記憶部を参照して、前記セグメント領域ごとに対応
する前記逆フィルタを選択する請求項６記載の表示装置。
【請求項８】
前記目標輝度算出部は、前記セグメント領域ごとの前記画像データの画素値の代表値を
算出して、前記代表値の算出結果と前記セグメント領域ごとの画素値のとりうる最大値と
に基づき前記セグメント領域ごとのゲインアップの余裕分を算出し、算出された前記セグ
メント領域ごとのゲインアップの余裕分に基づき前記セグメント領域ごとの目標バックラ
イト輝度を算出し、算出された前記セグメント領域ごとの前記目標バックライト輝度に前
記発光分布関数の逆フィルタを畳み込むことで前記セグメント領域ごとの前記照明の発光
輝度の設定値を算出する請求項１から７のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項９】
前記代表値は、前記画素値のピーク値である請求項８記載の表示装置。
【請求項１０】
前記設定値算出部が算出した前記セグメント領域ごとの前記設定値に基づき、前記表示
領域の発光輝度を予測する予測部と、
前記予測部の予測結果に基づき、前記画像データの画素値の階調補正を行う階調補正部
と、
前記階調補正部による階調補正後の前記画素値に基づき、前記非自発光表示パネルの画
素の駆動を制御するパネル制御部と、
を備える請求項１から９のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項１１】
非自発光表示パネルと、前記非自発光表示パネルの表示領域を複数に分割したセグメン
ト領域ごとに配置された照明の各々の発光輝度を独立して制御する光源と、を備える表示
装置の制御方法において、
画像データを取得する画像データ取得ステップと、
前記画像データ取得ステップで取得した前記画像データに基づき、前記セグメント領域
に配置された照明ごとに、あるセグメント領域の発光はその周辺のセグメント領域には漏
れ込まない理想条件を前提とした発光輝度の目標値である目標輝度Ｂｄ（ｘ，ｙ）を算出する目標輝度算出ステップと、
前記セグメント領域ごとに配置された照明の複数のセグメント領域にまたがって広がる
発光分布特性を示す発光分布関数ｆ（ｘ，ｙ）の逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）を取得する逆フィルタ取得ステップと、
前記目標輝度算出ステップで算出した前記セグメント領域ごとの前記目標輝度Ｂｄ（ｘ，ｙ）に対して前記逆フィルタ取得ステップで取得した前記逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）を畳み込み演算することで、周辺のセグメント領域の照明の発光輝度の設定値の影響が加わった前記照明の発光輝度の予測値である予測輝度ＢＰ（ｘ，ｙ）と前記目標輝度Ｂｄ（ｘ，ｙ）との二乗誤差（Ｂｄ（ｘ，ｙ）−ＢＰ（ｘ，ｙ））２が最小化されるような前記セグメント領域ごとの前記照明の発光輝度の設定値を算出する設定値算出ステップと、
前記設定値算出ステップで算出した前記セグメント領域ごとの前記設定値に基づき、前
記セグメント領域ごとの前記照明の発光輝度を制御する光源制御ステップと、
を有し、
前記逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）は、
Ｆ−１（ｕ，ｖ）＝Ｆ＊（ｕ，ｖ）／（｜Ｆ（ｕ，ｖ）｜２＋Ｇ）
ここで、Ｆ−１（ｕ，ｖ）はｆ−１（ｘ，ｙ）をフーリエ変換したものであり、Ｆ（ｕ，ｖ）はｆ（ｘ，ｙ）をフーリエ変換したものであり、Ｆ＊（ｕ，ｖ）はＦ（ｕ，ｖ）の複素共役であり、Ｇはパラメータである
により算出されたＦ−１（ｕ，ｖ）を逆フーリエ変換することにより算出される表示装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、セグメント領域ごとに発光輝度を独立して制御する表示装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  タブレット端末やスマートフォンなどの携帯端末、デジタルカメラ、ＴＶ、及び各種のモニタには、液晶表示装置（表示装置）を備えるものが多い。液晶表示装置は、画素ごとに光の透過率を調整可能な液晶パネルと、この液晶パネルに向けて光を照射するバックライト（光源）とを備えている。【０００３】  近年、液晶表示装置の１つとして、液晶パネルの表示領域を複数に分割したセグメント領域ごとの発光輝度を独立して制御可能なバックライトを用いてバックライトローカルディミング（以下、ＢＬＤと略す）制御を行うものが知られている。バックライトには、各セグメント領域をそれぞれ個別に照明する１個又は複数個の発光ダイオード（以下、ＬＥＤと略す）が配列されている。なお、本明細書でいう「表示輝度」とは、液晶パネルの画素（液晶素子）から観測される輝度であり、画素の透過率とＬＥＤの発光輝度との積により決定される。【０００４】  ＢＬＤ制御では、画像に局所的に輝度が低い暗部と局所的に輝度が高い明部とが含まれている場合に、この暗部に対応するセグメント領域の発光輝度を下げることで暗部の黒浮きが低減される。これにより、表示領域に表示される表示画像のコントラスト比が高くなるので、ＢＬＤ制御を行う液晶表示装置（以下、単に液晶表示装置という）では表示画像の画質が向上する。【０００５】  また、液晶表示装置では、セグメント領域ごとに画素の画素値にゲインアップ（光透過率の増加）の余裕があるのか否かを判別し、その余裕がある場合にはＬＥＤの発光輝度を低下させるとともに画素値をゲインアップする補正を行う。例えば、セグメント領域内の画素値のピーク値が画素値の取りうる最大値の１／２である場合には、セグメント領域内の各画素の画素値を２倍だけゲインアップするとともにＬＥＤの発光輝度を１／２にする。これにより、消費電力を削減しつつ表示画像のコントラスト比を高めることができる。【０００６】  上記補正を行う液晶表示装置では、セグメント領域ごとにＬＥＤの発光輝度の設定値（以下、ＬＥＤ設定値という）を算出し、この算出結果に基づきセグメント領域ごとのＬＥＤの発光を制御する。ここで従来の液晶表示装置では、あるセグメント領域のＬＥＤ光はその周辺のセグメント領域には漏れ込まないとの仮定の下でセグメント領域ごとにＬＥＤ設定値を算出しているが、この仮定を満たす液晶表示装置を実現することは極めて困難である。このため液晶表示装置では、１つのセグメント領域のＬＥＤを発光させた場合に、このＬＥＤからの光が周辺のセグメント領域に漏れてしまうので、上記仮定の下では適切なＬＥＤ設定値を定めることが困難である。【０００７】  そこで、特許文献１に記載の液晶表示装置では、セグメント領域間でのＬＥＤの発光輝度の寄与率を予め求めておき、この寄与率を用いた連立方程式を解くことによりセグメント領域ごとのＬＥＤ設定値を算出する。【０００８】  また、特許文献２に記載の液晶表示装置では、隣接するセグメント領域間での光漏れ量を示す領域係数を例えば３段階分（強、中、弱）用意しておき、あるセグメント領域のＬＥＤ設定値を３段階の領域係数のいずれかで補正している。すなわち、この液晶表示装置では、あるセグメント領域についてそ���周辺のセグメント領域からの光漏れ量を加算することにより、隣接セグメント領域間の輝度差を緩和している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−３４２５１号公報
【特許文献２】特開２０１１−２４８２１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】  上記特許文献１の液晶表示装置では、連立方程式を解くことによりセグメント領域ごとのＬＥＤ設定値を算出しているが、例えば動画表示を行う際にはフレーム画像ごとにリアルタイムで連立方程式を解く必要がある。しかしながら、連立方程式をリアルタイムで解くことは現実的には困難であり、特許文献１には連立方程式をリアルタイムで解く方法は開示されていない。このため、特許文献１の液晶表示装置では、画像表示に遅延が生じるおそれがある。【００１１】  また、上記特許文献２の液晶表示装置では、予め定めた３段階の領域係数のいずれかでＬＥＤ設定値の補正を行うので、画像データによっては３段階の領域係数のいずれもが不適切となる場合がある。このため、特許文献２の液晶表示装置では、理想のＬＥＤ設定値を求めることができない場合がある。【００１２】  本発明の目的は、セグメント領域ごとの光源の発光輝度の最適な設定値をリアルタイムで算出することができる表示装置及びその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】  本発明の目的を達成するための表示装置は、非自発光表示パネルと、非自発光表示パネルの表示領域を複数に分割したセグメント領域ごとの発光輝度を独立して制御する光源と、画像データを取得する画像データ取得部と、画像データ取得部が取得した画像データに基づき、セグメント領域ごとに発光輝度の目標値である目標輝度を算出する目標輝度算出部と、セグメント領域ごとの光源の発光分布特性を示す発光分布関数の逆フィルタを取得する逆フィルタ取得部と、目標輝度算出部が算出したセグメント領域ごとの目標輝度に対して逆フィルタ取得部が取得した逆フィルタを畳み込み演算することで、セグメント領域ごとの光源の発光輝度の設定値を算出する設定値算出部と、設定値算出部が算出したセグメント領域ごとの設定値に基づき、セグメント領域ごとの光源の発光輝度を制御する光源制御部と、を備える。【００１４】  本発明によれば、光源の発光分布特性、すなわち、あるセグメント領域からその周辺のセグメント領域への光の漏れ込みを考慮に入れたセグメント領域ごとの光源の発光輝度の設定値をリアルタイムで算出することができる。【００１５】  逆フィルタ取得部は、ウィナーフィルタを用いて発光分布関数の逆フィルタを算出する逆フィルタ算出部により算出された逆フィルタを取得することが好ましい。ウィナーフィルタは目標輝度との誤差を最小にするフィルタであるので、表示画像の階調情報の損失を効果的に抑制することができる逆フィルタ（フィルタ係数）を算出することができる。【００１６】  逆フィルタ取得部が取得した逆フィルタに対して、特定の空間周波数よりも高周波側での振幅の増加を制限する高周波制限処理を施す高周波制限処理部を備え、設定値算出部は、高周波制限処理された逆フィルタを用いて畳み込み演算を行うことが好ましい。これにより、バックライト輝度の輝度分布の乱れによる表示画像の階調情報の損失、言い換えると、過度な強調による画質劣化の発生を抑制することができる。【００１７】  逆フィルタ取得部は、特定の空間周波数よりも高周波側での振幅の増加を制限する高周波制限処理を施す高周波制限処理部により高周波制限処理が施された逆フィルタを取得し、設定値算出部は、高周波制限処理された逆フィルタを用いて畳み込み演算を行うことが好ましい。これにより、バックライト輝度の輝度分布の乱れによる表示画像の階調情報の損失、言い換えると、過度な強調による画質劣化の発生を抑制することができる。【００１８】  逆フィルタ取得部が取得した逆フィルタのフィルタ係数に対して窓関数を乗算する窓関数乗算処理部を備え、設定値算出部は、窓関数の乗算処理後の逆フィルタを用いて畳み込み演算を行うことが好ましい。これにより、回路規模の拡大並びに処理遅延を極力抑えることができる。【００１９】  表示領域内のセグメント領域の位置及びセグメント領域ごとの光源の特性の少なくともいずれかに応じて異なる複数種類の発光分布関数の逆フィルタを格納する逆フィルタ格納部を備え、逆フィルタ取得部は、逆フィルタ格納部から複数種類の逆フィルタを取得し、設定値算出部は、セグメント領域ごとに対応する逆フィルタを選択して畳み込み演算を行うことが好ましい。これにより、表示画像の階���情報の情報損失を精度よく抑制することができる。【００２０】  セグメント領域と、セグメント領域に対応した逆フィルタとの対応関係をセグメント領域ごとに記憶した対応関係記憶部を備え、設定値算出部は、対応関係記憶部を参照して、セグメント領域ごとに対応する逆フィルタを選択することが好ましい。これにより、表示画像の階調情報の情報損失を精度よく抑制することができる。【００２１】  目標輝度算出部は、セグメント領域ごとの画像データの画素値の代表値を算出して、代表値の算出結果に基づきセグメント領域ごとの目標輝度を決定することが好ましい。セグメント領域ごとに適切な目標輝度を決定することができる。【００２２】  代表値は、画素値のピーク値であることが好ましい。ピーク値が比較的小さいセグメント領域では光源の発光輝度を下げることができるので省電力化が図れる。【００２３】  設定値算出部が算出したセグメント領域ごとの設定値に基づき、表示領域の発光輝度を予測する予測部と、予測部の予測結果に基づき、画像データの画素値の階調補正を行う階調補正部と、階調補正部による階調補正後の画素値に基づき、非自発光表示パネルの画素の駆動を制御するパネル制御部と、を備えることが好ましい。非自発光表示パネルの表示輝度を適切に制御することができる。【００２４】  また、本発明の目的を達成するための表示装置の制御方法は、非自発光表示パネルと、非自発光表示パネルの表示領域を複数に分割したセグメント領域ごとの発光輝度を独立して制御する光源と、を備える表示装置の制御方法において、画像データを取得する画像データ取得ステップと、画像データ取得ステップで取得した画像データに基づき、セグメント領域ごとの発光輝度の目標値である目標輝度を算出する目標輝度算出ステップと、セグメント領域ごとの光源の発光分布特性を示す発光分布関数の逆フィルタを取得する逆フィルタ取得ステップと、目標輝度算出ステップで算出したセグメント領域ごとの目標輝度に対して逆フィルタ取得ステップで取得した逆フィルタを畳み込み演算することで、セグメント領域ごとの光源の発光輝度の設定値を算出する設定値算出ステップと、設定値算出ステップで算出したセグメント領域ごとの設定値に基づき、セグメント領域ごとの光源の発光輝度を制御する光源制御ステップと、を有する。
【発明の効果】
【００２５】  本発明の表示装置及びその制御方法は、セグメント領域ごとの光源の発光輝度の最適な設定値をリアルタイムで算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】液晶表示装置の斜視図である。
【図２】液晶表示装置の表示部の分解斜視図である。
【図３】液晶パネルの拡大図である。
【図４】第１実施形態の液晶表示装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図５】ＵＭ補正を行わない場合の表示輝度を説明するための説明図である。
【図６】セグメント領域内の全画素値のピーク値を説明するための説明図である。
【図７】ＵＭ補正を行う場合の表示輝度を説明するための説明図である。
【図８】セグメント領域間での光漏れを説明するための説明図である。
【図９】ＬＥＤ設定値関数を説明するための説明図である。
【図１０】発光分布関数を説明するための説明図である。
【図１１】ＬＥＤ設定値関数と発光分布関数との畳み込み演算処理を説明するための説明図である。
【図１２】ＬＥＤ設定値算出部の機能ブロック図である。
【図１３】液晶表示装置の画像表示処理の流れを示すフローチャートである。
【図１４】周辺のセグメント領域への光の漏れ込みを考慮してＬＥＤ設定値を算出した場合のバックライト輝度を説明するための説明図である。
【図１５】周辺のセグメント領域への光の漏れ込みを考慮しないでＬＥＤ設定値の算出を行う比較例のバックライト輝度を説明するための説明図である。
【図１６】ウィナーフィルタをそのまま逆フィルタとして用いた場合のバックライト輝度の輝度分布の乱れを説明するための説明図である。
【図１７】図１６に示したバックライト輝度の輝度分布の乱れの理由を説明するための説明図である。
【図１８】第２実施形態の液晶表示装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図１９】高周波制限特性関数を説明するための説明図である。
【図２０】高周波制限特性関数を用いた高周波制限処理を説明するための説明図である。
【図２１】第２実施形態の他実施例の液晶表示装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図２２】逆フィルタのフィルタ係数の個数について説明するための説明図である。
【図２３】第３実施形態の液晶表示装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図２４】窓関数を用いたフィルタ係数の個数の制限処理を説明するための説明図である。
【図２５】複数種類の発光分布関数を説明するための説明図である。
【図２６】第４実施形態の液晶表示装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図２７】スマートフォンの斜視図である。
【図２８】スマートフォンの電気的構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】  ［第１実施形態の液晶表示装置］  ＜液晶表示装置の全体構成＞  図１に示すように、ＢＬＤ制御機能を有する液晶表示装置（表示装置）１０は、有線または無線で接続されたデジタルカメラ１２から静止画像または動画像の画像データＩ（ｘ，ｙ）を取得して画像表示を行う。ここで、座標（ｘ，ｙ）は液晶パネル１５（図２参照）および画像の画素単位の座標を意味する。なお、液晶表示装置１０は、デジタルカメラ１２の代わりに、携帯端末、インターネット、及びテレビ放送波などを介して画像データＩ（ｘ，ｙ）を取得して画像表示を行ってもよい。
【００２８】  図２に示すように、液晶表示装置１０の表示部１０ａは、大別して、液晶パネル（非自発光表示パネル）１５と、バックライト（光源）１６と、保護パネル１７とにより構成されている。液晶パネル１５には、多数の液晶素子が配列されている。これにより、液晶パネル１５は、画素ごとに光の透過率を調整することができる。なお、立体画像（３Ｄ画像）を鑑賞する場合には、レンチキュラレンズを備えるなどの立体視が可能な液晶パネル１５を用いてよい。
【００２９】  液晶パネル１５の表示領域は、ｍ×ｎ個（ｍ，ｎは共に２以上の自然数）のセグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）に分割されている。ここで座標（ｍ，ｎ）は画素ｑ（ｘ，ｙ）が属するセグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）の座標を意味する。例えば、液晶パネル１５の表示領域が６４分割されている場合には、ｍ＝１〜８、ｎ＝１〜８である。従って、セグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）は、セグメント領域１、セグメント領域２、・・・セグメント領域ｍ・ｎとも表現することができる。
【００３０】  図３に示すように、１個のセグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）は、水平Ｋ画素×垂直Ｌ画素（Ｋ，Ｌは任意の自然数）の領域である。従って、１個のセグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）には、Ｋ×Ｌ個の画素ｑ（ｘ，ｙ）が含まれている。
【００３１】  液晶パネル１５の画素ｑ（ｘ，ｙ）の表示輝度Ｖ（ｘ，ｙ）は、下記の式（１）に示すように、その画素ｑ（ｘ，ｙ）のパネル透過率Ｐ（ｘ，ｙ）と、その画素位置におけるバックライト輝度Ｂ（ｘ，ｙ）との積で表される（図４参照）。なお、パネル透過率Ｐ（ｘ，ｙ）はその画素ｑ（ｘ，ｙ）に入力される表示画像（画像データＩ（ｘ，ｙ））の画素値で決まり、バックライト輝度Ｂ（ｘ，ｙ）はその画素位置周辺のセグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）のＬＥＤ設定値等によって決まる。
【００３２】
【数１】
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【００３３】  図２に戻って、バックライト１６は、液晶パネル１５の背面側に配置されている。このバックライト１６は、セグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）ごとの発光輝度を独立して制御する。このバックライト１６には、各セグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）をそれぞれ個別に照明するｎ×ｍ個のＬＥＤ１９が配列されている。各ＬＥＤ１９の発光量は独立して制御可能であるので、セグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）ごとの発光輝度を独立して制御するＢＬＤ制御が可能となる。例えばＬＥＤ１９の発光量をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御する場合は、セグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）ごとのＬＥＤ設定値Ｅ（ｍ，ｎ）に応じてＰＷＭのデューティー比を独立に変えることで個々のＬＥＤ１９の発光量を制御することができる。なお、図中では１個のセグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）に対して１個のＬＥＤ１９が配置されているが、複数個のＬＥＤ１９を配置してもよい。また、ＬＥＤ以外の光源を用いてもよい。
【００３４】  保護パネル１７は、液晶パネル１５の前面側に配置された透明な板である。この保護パネル１７は液晶パネル１５の前面を保護する。なお、保護パネル１７の代わりに、ユーザ（視聴者）の指や尖筆によって操作される一又は複数の座標を検出する操作パネル（タッチパネル）を用いてもよい。
【００３５】  図４に示すように液晶表示装置１０は、前述の表示部１０ａに加えて、画像データ取得部２１、輝度リニア変換部２２、発光分布関数格納部２５、逆フィルタ算出部２６、逆フィルタ格納部２７、ＬＥＤ設定値算出部３０、バックライト制御部（光源制御部）３１、バックライト輝度予測部３２、階調補正部３３、ガンマ補正部３４、液晶パネル制御部（パネル制御部）３５を有している。
【００３６】  画像データ取得部２１は、デジタルカメラ１２（前述のインターネット等でも可）と接続する接続インターフェースである。この画像データ取得部２１は、デジタルカメラ１２から画像データＩ（ｘ，ｙ）を取得して、輝度リニア変換部２２へ出力する。ここで、「Ｉ（ｘ，ｙ）」の「（ｘ、ｙ）」は、液晶パネル１５及び表示画像の各画素ｑ（ｘ，ｙ）に対応する画素値を示す。なお、本実施形態では各画素値を規格化して０〜１で表している。例えば、画素値が「１」の場合には液晶パネル１５の画素ｑ（ｘ，ｙ）の透過率が最大となり、逆に画素値「０」の場合には画素ｑ（ｘ，ｙ）の透過率が最小となる。
【００３７】  輝度リニア変換部２２は、画像データ取得部２１から入力される画像データＩ（ｘ，ｙ）に対して輝度リニア変換処理（再生階調変換）を施すことにより、この画像データＩ（ｘ，ｙ）を輝度リニアな画像データＩＬ（ｘ，ｙ）に変換する。例えばデジタルカメラ１２などの撮影により得られた画像データＩ（ｘ，ｙ）にはガンマ補正と呼ばれる階調変換処理（通常、０．４５乗）がなされている。このため、輝度リニア変換部２２は、０．４５乗の逆数である２．２乗変換を画像データＩ（ｘ，ｙ）に対して施す。輝度リニア変換部２２は、画像データＩＬ（ｘ，ｙ）をＬＥＤ設定値算出部３０及び階調補正部３３にそれぞれ出力する。
【００３８】  発光分布関数格納部２５は、セグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）ごとに配置されている１個のＬＥＤ１９の発光分布特性を示す発光分布関数ｆ（ｘ，ｙ）を予め格納している。発光分布関数ｆ（ｘ，ｙ）については詳しくは後述するが（図１０参照）、液晶パネル１５の設計時または製造時の測定により予め求められる既知の値である。発光分布関数ｆ（ｘ，ｙ）は、例えば、製造時設定、通信ネットワークを介した設定、あるいはユーザの入力操作などを介した設定によって発光分布関数格納部２５内に格納される。
【００３９】  逆フィルタ算出部２６は、詳しくは後述するが、発光分布関数格納部２５から読み出した発光分布関数ｆ（ｘ，ｙ）の逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）を算出し、この逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）を逆フィルタ格納部２７に格納する。発光分布関数ｆ（ｘ，ｙ）はＬＥＤ１９の経時劣化を考慮しなければ固定値であるので、逆フィルタ算出部２６による逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）の算出は基本的には１回行えばよい。なお、所定時間経過ごとに発光分布関数格納部２５への新たな発光分布関数ｆ（ｘ，ｙ）の格納と、逆フィルタ算出部２６による逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）の算出とを繰り返し行って、逆フィルタ格納部２７内の逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）を更新してもよい。
【００４０】  ＬＥＤ設定値算出部３０は、詳しくは後述するが、輝度リニア変換部２２から入力された画像データＩＬ（ｘ，ｙ）と、逆フィルタ格納部２７から読み出した逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）とに基づき、セグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）ごとのＬＥＤ１９の発光輝度の設定値であるＬＥＤ設定値Ｅ（ｍ，ｎ）を算出する。そして、ＬＥＤ設定値算出部３０は、ＬＥＤ設定値Ｅ（ｍ，ｎ）の算出結果をバックライト制御部３１及びバックライト輝度予測部３２にそれぞれ出力する。
【００４１】  バックライト制御部３１は、ＬＥＤ設定値算出部３０から入力されたＬＥＤ設定値Ｅ（ｍ，ｎ）に基づき、セグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）ごとのＬＥＤ１９の発光輝度を制御する。これにより、液晶パネル１５の各画素ｑ（ｘ，ｙ）の位置でのバックライト輝度Ｂ（ｘ，ｙ）が決まる。
【００４２】  バックライト輝度予測部３２は、ＬＥＤ設定値算出部３０から入力されたＬＥＤ設定値Ｅ（ｍ，ｎ）に基づき、バックライト１６の輝度分布、すなわち、液晶パネル１５の各画素ｑ（ｘ，ｙ）の位置でのバックライト輝度Ｂ（ｘ，ｙ）を予測する。具体的にバックライト輝度予測部３２は、ＬＥＤ設定値Ｅ（ｍ，ｎ）から求めたＬＥＤ設定値関数Ｅ（ｘ，ｙ）［図９参照］と、発光分布関数格納部２５から読み出した発光分布関数ｆ（ｘ，ｙ）とを畳み込み演算処理して、予測バックライト輝度ＢＰ（ｘ，ｙ）を算出する（後述の式（１２）参照）。なお、予測バックライト輝度ＢＰ（ｘ，ｙ）は、規格化されており、０〜１で表される。バックライト輝度予測部３２は、バックライト輝度Ｂ（ｘ，ｙ）の予測結果である予測バックライト輝度ＢＰ（ｘ，ｙ）を階調補正部３３へ出力する。
【００４３】  階調補正部３３は、輝度リニア変換部２２から入力された画像データＩＬ（ｘ，ｙ）と、バックライト輝度予測部３２から入力された予測バックライト輝度ＢＰ（ｘ，ｙ）とに基づき、詳しくは後述するように、階調補正された画像信号ＣＬ（ｘ，ｙ）を算出する（後述の式（８）参照）。この画像信号ＣＬ（ｘ，ｙ）も規格化されており、画素値が０〜１で表される。そして、階調補正部３３は、画像信号ＣＬ（ｘ，ｙ）をガンマ補正部３４へ出力する。
【００４４】  ガンマ補正部３４は、輝度リニアな画像信号ＣＬ（ｘ，ｙ）に対して例えば０．４５（≒１／２．２）乗のガンマ補正処理を施すことにより、再び画像データＩ（ｘ，ｙ）と同様のガンマ補正がかかった画像信号Ｃ（ｘ，ｙ）に変換する。ガンマ補正部３４は、画像信号Ｃ（ｘ，ｙ）を液晶パネル制御部３５へ出力する。
【００４５】  液晶パネル制御部３５は、ガンマ補正部３４から入力された画像信号Ｃ（ｘ，ｙ）に基づき、液晶パネル１５の画素ｑ（ｘ，ｙ）ごとのパネル透過率Ｐ（ｘ，ｙ）を制御する。これにより、液晶パネル１５の特性に従ってパネル透過率Ｐ（ｘ，ｙ）が定まる。なお、パネル透過率Ｐ（ｘ，ｙ）は、一般に下記の式（２）で表される。
【００４６】
【数２】
0006023349.tif 000003
【００４７】  上記式（２）において、ａＰ、ｂＰは液晶パネル１５の特性によって決まるパラメータであり、ａＰは液晶パネル１５のパネル透過率係数を表し、ｂＰは液晶パネル１５のパネル黒浮き透過率を表す。一般の液晶パネル１５のｂＰは０より大きい値であるので、画像信号ＣＬ（ｘ，ｙ）＝０の場合でもバックライト１６の光が液晶パネル１５を透過する。このため、観察者は表示画像の暗部に黒浮きが発生していると感じてしまう。また、画像信号ＣＬ（ｘ，ｙ）＝１の場合がこの液晶パネル１５の持つ最大透過率となり、これ以上の光を透過することはできない。以上のように決定されたパネル透過率Ｐ（ｘ，ｙ）とバックライト輝度Ｂ（ｘ，ｙ）とに基づき、前述の式（１）に従って表示輝度Ｖ（ｘ，ｙ）が決まる。
【００４８】  ＜ＵＭ（Upper Margin）補正の概略＞  ＢＬＤ制御を行う液晶表示装置１０では、前述の通り、消費電力を削減しつつ表示画像のコントラスト比を高めるため、各画素ｑ（ｘ，ｙ）の画素値にゲインアップ（光透過率の増加）の余裕がある場合には、バックライト輝度Ｂ（ｘ、ｙ）を低下させるとともに画素値をゲインアップする。
【００４９】  ＬＥＤ設定値算出部３０の代表値算出部３８は、図５に示すように、輝度リニア変換部２２から入力される画像データＩＬ（ｘ，ｙ）から、セグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）ごとの画像データＩＬ（ｘ，ｙ）の代表値ＩＬＰＥＡＫ（ｍ，ｎ）を算出する。ここで代表値ＩＬＰＥＡＫ（ｍ，ｎ）とは、セグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）内のＫ×Ｌ個の画素ｑ（ｘ，ｙ）の画素値のピーク値である。また、図６に示すように、ここでいう「ピーク値」とは真のピーク値（図中のピーク値１）に限定されるものではなく、インパルス系のノイズに対する影響などを抑えるために、例えばセグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）内の全画素値の上位からの累積頻度が１％となるレベルに対応する画素値を「ピーク値」（図中のピーク値２）として用いてもよい。代表値算出部３８は、セグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）ごとの代表値ＩＬＰＥＡＫ（ｍ，ｎ）をＵＭ算出部３９に出力する。
【００５０】  ＵＭ算出部３９（図４参照）は、代表値算出部３８から入力された代表値ＩＬＰＥＡＫ（ｍ，ｎ）に基づき、セグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）ごとに、代表値ＩＬＰＥＡＫ（ｍ，ｎ）が画素値のとり得る最大値ＩＬＭＡＸ（ここでは１）に対してどれだけのゲインアップの余裕分があるのかを算出する。このセグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）ごとの余裕分（Upper Margin）をＵＭ（ｍ，ｎ）とすると、ＵＭ算出部３９は、下記式（３）を用いてＵＭ（ｍ，ｎ）を算出する。ＵＭ（ｍ，ｎ）は必ず１以上の値［ＵＭ（ｍ，ｎ）≧１］となる。
【００５１】
【数３】
0006023349.tif 000004
【００５２】  図７に示すようにＵＭ（ｍ，ｎ）＞１になる場合は、セグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）の各画素ｑ（ｘ，ｙ）の画素値をＵＭ（ｍ，ｎ）分だけゲインアップしても最大値のクリップ（画素値の頭打ち）による表示画像のハイライト領域の階調情報の情報損失を起こさずに液晶パネル１５の透過率を上げることができる。そして、さらにそのセグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）のバックライト輝度Ｂ（ｘ，ｙ）を１／ＵＭ（ｍ，ｎ）に低下させられれば、トータルの表示輝度Ｖ（ｘ，ｙ）はほぼ変わらず、かつバックライト輝度Ｂ（ｘ，ｙ）が低下した分だけ低消費電力にすることができる。以下、このような制御をＵＭ補正という。
【００５３】  前述の図５に示したようにＵＭ補正を行わない場合に、液晶パネル１５のパネル透過率Ｐ（ｘ，ｙ）は、画像データＩＬ（ｘ，ｙ）に基づき上記式（２）により決定される。ただし、ここではＵＭ補正を行わないので階調補正も行う必要がなくなり、その結果、ＩＬ（ｘ，ｙ）＝ＣＬ（ｘ，ｙ）となる。このため、表示輝度Ｖ（ｘ，ｙ）は下記式（４）で表される。なお、図５では、例としてＢ（ｘ，ｙ）＝１０００、ａＰ＝０．１、ｂＰ＝０．００１の場合を示しており、この場合におけるＩＬ（ｘ，ｙ）＝０時の黒浮き量は１となる。また、図５では図面の煩雑化を防止するため１次元で表現している（図７も同様）。
【００５４】
【数４】
0006023349.tif 000005
【００５５】  一方、前述の図７に示したようにＵＭ補正を行う場合には、セグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）の画像データＩＬ（ｘ，ｙ）の代表値ＩＬＰＥＡＫ（ｍ，ｎ）が例えば０．５であれば、ＵＭ（ｍ，ｎ）＝１／０．５＝２となる。このときに画像データＩＬ（ｘ，ｙ）の画素値を２倍にするとともに、バックライト輝度Ｂ（ｘ，ｙ）を１／ＵＭ（ｍ，ｎ）＝１／２倍にするＵＭ補正を行うことで、表示輝度Ｖ（ｘ，ｙ）は下記の式（５）で表される。
【００５６】
【数５】
0006023349.tif 000006
【００５７】  上記式（５）で表される表示輝度Ｖ（ｘ，ｙ）は、上記式（４）で表されるＵＭ補正無しの表示輝度Ｖ（ｘ，ｙ）と比べて黒浮き量が半減するので、観察者は黒浮きが少ないと知覚することができる。例えば、前述の図５と同じ条件の場合ではＩＬ（ｘ，ｙ）＝０における黒浮き量は０．５に抑えられる。その一方でＩＬ（ｘ，ｙ）が大きい場合には輝度の絶対値が高いため、この黒浮きの変化を観察者はほとんど知覚することができない。具体的に、図５及び図７の例であれば、観察者はＶ（ｘ，ｙ）＝５１と、Ｖ（ｘ，ｙ）＝５０．５との違いはほとんど知覚することができない。このような人間の知覚特性は、ウェーバー・フェヒナーの法則などから説明可能である。
【００５８】  以上の結果、ＵＭ補正を行うことにより、観察者は液晶表示装置１０に表示される画像の表示コントラストが拡大したように知覚することができる。また、バックライト輝度Ｂ（ｘ，ｙ）が半減するため、液晶表示装置１０の消費電力も抑えられる。このようなＵＭ補正をセグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）ごとに行うことにより、表示コントラストの拡大と、消費電力の低減とを両立することができる。
【００５９】  ＜理想条件下のＬＥＤ設定値の算出及び階調補正＞  このようなＵＭ補正の概念に基づくと、ＬＥＤ設定値算出部３０は、バックライト輝度Ｂ（ｘ，ｙ）が各セグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）において１／ＵＭ（ｍ，ｎ）となるようなＬＥＤ設定値Ｅ（ｍ，ｎ）を算出することが理想である。そこで「あるセグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）のＬＥＤ発光はその周辺のセグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）には漏れ込まない」と仮定すると、セグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）ごとのＬＥＤ設定値Ｅ（ｍ，ｎ）を下記の式（６）で表すことができる。これにより、バックライト輝度Ｂ（ｘ，ｙ）及び前述の予測バックライト輝度ＢＰ（ｘ，ｙ）を下記の式（７）で表したような理想条件にすることができる。
【００６０】
【数６】
0006023349.tif 000007
【００６１】
【数７】
0006023349.tif 000008
【００６２】  ここで、Ｅ０はＵＭ補正を行わない場合のＬＥＤ設定値であり、各セグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）で同じ値である。また、Ｂ０は基準となるバックライト輝度である。例えばＬＥＤ設定値が全セグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）でＥ０となる場合に、バックライト輝度は一様にＢ０となる。なお、式（７）では座標（ｘ，ｙ）と（ｍ，ｎ）とが混在しているが、前述の通り、座標（ｘ，ｙ）は液晶パネル１５および画像の画素単位の座標を意味し、座標（ｍ，ｎ）は画素ｑ（ｘ，ｙ）が属するセグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）の座標を意味する。
【００６３】  前述の階調補正部３３は、上記式（７）により求められた予測バックライト輝度ＢＰ（ｘ，ｙ）と、下記の式（８）とを用いて画像信号ＣＬ（ｘ，ｙ）を算出する。なお、ＢＰ（ｘ，ｙ）＝０の場合には、０除算にならないように例外処理を行う。
【００６４】
【数８】
0006023349.tif 000009
【００６５】  上記式（７）を上記式（８）に代入すると、画像信号ＣＬ（ｘ，ｙ）は下記の式（９）で表される。ここでＵＭ（ｍ，ｎ）は上記式（３）により求められる値であるため、式（９）の右辺第一項は画素値のとり得る最大値ＩＬＭＡＸ（ここでは１）を超えることはない。従って、画像信号ＣＬ（ｘ，ｙ）も最大値ＩＬＭＡＸを超えてクリップされることもなく、階調補正によるハイライト領域の階調情報の情報損失は起こらない。
【００６６】
【数９】
0006023349.tif 000010
【００６７】  上記式（９）を上記式（２）に代入することにより、パネル透過率Ｐ（ｘ，ｙ）は下記の式（１０）で表される。そして、さらにこのパネル透過率Ｐ（ｘ，ｙ）を上記式（１）に代入することにより、表示輝度Ｖ（ｘ，ｙ）は下記の式（１１）で表される。
【００６８】
【数１０】
0006023349.tif 000011
【００６９】
【数１１】
0006023349.tif 000012
【００７０】  上記式（１１）で表される表示輝度Ｖ（ｘ，ｙ）は、黒浮きのない液晶パネル１５に画像データＩＬ（ｘ，ｙ）を入力し、かつバックライト輝度Ｂ（ｘ，ｙ）を均一輝度Ｂ０にした場合と同じ表示輝度である。つまり、上述のようなＵＭ補正を行うことで、前述の最大値のクリップによるハイライト領域の階調情報の情報損失なく黒浮きを低減させて、表示コントラストを拡大させることができる。また同時にバックライト輝度Ｂ（ｘ，ｙ）が、各セグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）で１／ＵＭ（ｍ，ｎ）分だけ低減するので消費電力も抑えられる。
【００７１】  上記ＵＭ補正によりＢＬＤ制御を実現することができるが、ここで、一般には上記で仮定した「あるセグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）のＬＥＤ発光はその周辺のセグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）には漏れ込まない」という構造を実現することは難しい。このため、図８中の点線で示すように、セグメント領域１、セグメント領域２、セグメント領域３、・・・で表されるセグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）のうちの１つのセグメント領域２を発光させると、その光は周辺のセグメント領域１，３にも漏れてしまう。このため、液晶パネル１５のある点でのバックライト輝度Ｂ（ｘ，ｙ）及び予測バックライト輝度ＢＰ（ｘ，ｙ）はその点を含むセグメント領域２のＬＥＤ設定値Ｅ（ｍ，ｎ）のみで決まるのではなく、周辺のセグメント領域１，３のＬＥＤ設定値Ｅ（ｍ，ｎ）などの影響が加わってしまう。これを一般的に表現すれば、下記の式（１２）で表される。なお、図８中の実線は、セグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）ごとの発光輝度を合成したバックライト輝度Ｂ（ｘ，ｙ）である。また、同図中の点線は、ＬＥＤ設定値Ｅ（ｍ，ｎ）をＥ０に設定した場合における各セグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）の発光分布を示す。
【００７２】
【数１２】
0006023349.tif 000013
【００７３】  ここで、式（１２）中の「＊」は畳み込み演算を意味する。またＥ（ｘ，ｙ）は、図９、並びに図１１の符号３００及び符号３０１に示すように、個々のセグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）の中心にセグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）ごとに設定されたＬＥＤ設定値Ｅ（ｍ，ｎ）の値をとり、その他の位置は全て０であるようなＬＥＤ設定値関数である。さらにｆ（ｘ，ｙ）は、図１０、及び図１１の符号３０２に示すように、１つのＬＥＤ１９の発光分布特性を示した発光分布関数であり、複数のセグメント領域にまたがって発光が広がっている。なお、図１１では図面の煩雑化を防止するために１次元で表現している。
【００７４】  図１１の符号３０３に示すように、図中の一点鎖線で表したバックライト輝度Ｂ（ｘ，ｙ）は、ＬＥＤ設定値関数Ｅ（ｘ，ｙ）と発光分布関数ｆ（ｘ，ｙ）との畳み込み演算により決定される。
【００７５】  この際に、通常、ＵＭ（ｍ，ｎ）はセグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）ごとに異なるため、ＬＥＤ設定値Ｅ（ｍ，ｎ）もセグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）ごとに異なる。従って、上記式（６）のような簡単なＬＥＤ設定値Ｅ（ｍ，ｎ）の演算方法では、セグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）ごとの発光輝度を合成したバックライト輝度Ｂ（ｘ，ｙ）が図中の一点鎖線のようになるため、上記式（７）のような理想条件を満たすことはできない。そこで、本発明のＬＥＤ設定値算出部３０は、理想条件に近似したバックライト輝度Ｂ（ｘ，ｙ）が得られるＬＥＤ設定値Ｅ（ｍ，ｎ）を算出する。
【００７６】  ＜ＬＥＤ設定値算出部の構成＞  図１２に示すように、ＬＥＤ設定値算出部３０は、前述の代表値算出部３８及びＵＭ算出部３９に加えて、目標バックライト輝度算出部（目標輝度算出部）４０と、逆フィルタ取得部４１と、設定値算出部４２と、を有している。
【００７７】  目標バックライト輝度算出部４０は、ＵＭ算出部３９により算出されたセグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）ごとのＵＭ（ｍ，ｎ）に基づき、下記の式（１３）を用いて、セグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）ごとの表示輝度の目標輝度（目標値）である目標バックライト輝度Ｂｄ（ｘ，ｙ）を算出する。ここで式（１３）は、上記（７）と基本的に同じであるので詳細な説明は省略するが、目標バックライト輝度Ｂｄ（ｘ，ｙ）はセグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）ごとに一定の輝度を有する分布関数となる。目標バックライト輝度算出部４０は、セグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）ごとの目標バックライト輝度Ｂｄ（ｘ，ｙ）の算出結果を設定値算出部４２へ出力する。
【００７８】
【数１３】
0006023349.tif 000014
【００７９】  逆フィルタ取得部４１は、逆フィルタ格納部２７から後述の逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）を取得し、この逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）を設定値算出部４２へ出力する。
【００８０】  設定値算出部４２は、目標バックライト輝度算出部４０及び逆フィルタ取得部４１からそれぞれ入力された目標バックライト輝度Ｂｄ（ｘ，ｙ）及び逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）に基づき、セグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）ごとのＬＥＤ設定値Ｅ（ｍ，ｎ）を算出する。具体的に設定値算出部４２は、前述のバックライト輝度予測部３２がＬＥＤ設定値Ｅ（ｍ，ｎ）に基づき算出する予測バックライト輝度ＢＰ（ｘ，ｙ）が目標バックライト輝度Ｂｄ（ｘ，ｙ）に極力近くなるように、ＬＥＤ設定値Ｅ（ｍ，ｎ）を算出する。すなわち、設定値算出部４２は、予測バックライト輝度ＢＰ（ｘ，ｙ）と目標バックライト輝度Ｂｄ（ｘ，ｙ）との二乗誤差［（Ｂｄ（ｘ，ｙ）−ＢＰ（ｘ，ｙ））２］を最小化するようにセグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）ごとのＬＥＤ設定値Ｅ（ｍ，ｎ）を算出する。
【００８１】  ここで、予測バックライト輝度ＢＰ（ｘ，ｙ）は、前述の式（１２）により算出することができる。また、発光分布関数ｆ（ｘ，ｙ）は、前述の通り、液晶表示装置１０の設計時の測定等により予め求められて発光分布関数格納部２５に格納されている。従って、式（１２）のＢＰ（ｘ，ｙ）をＢｄ（ｘ，ｙ）に置き換えた式［Ｂｄ（ｘ，ｙ）＝Ｅ（ｘ，ｙ）＊ｆ（ｘ，ｙ）］を満たすＥ（ｘ，ｙ）が、前述の二乗誤差を最小化するＥ（ｘ，ｙ）となる。このため、発光分布関数ｆ（ｘ，ｙ）の逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）を予め算出しておくことで、下記式（１４）の演算処理を行うことにより、前述の二乗誤差を最小化するＥ（ｘ，ｙ）を算出することができる。
【００８２】
【数１４】
0006023349.tif 000015
【００８３】  逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）の算出は、前述の逆フィルタ算出部２６により行われる。逆フィルタ算出部２６は、前述の二乗誤差を最小化する解法として、ウィナーフィルタを用いて逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）のフィルタ係数を算出する。すなわち、逆フィルタ算出部２６は、ウィナーフィルタを逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）として算出する。具体的に逆フィルタ算出部２６は、下記の式（１５）により算出されたＦ−１（ｕ，ｖ）を逆フーリエ変換することにより、逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）を算出する。ここで、Ｆ−１（ｕ，ｖ）はｆ−１（ｘ，ｙ）をフーリエ変換したものであり、Ｆ（ｕ，ｖ）はｆ（ｘ，ｙ）をフーリエ変換したものであり、Ｆ＊（ｕ，ｖ）はＦ（ｕ，ｖ）の複素共役であり、Ｇはパラメータである。逆フィルタ算出部２６により算出された逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）は逆フィルタ格納部２７に格納される。これにより、設定値算出部４２は、逆フィルタ取得部４１を介して逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）を取得することができる。
【００８４】
【数１５】
0006023349.tif 000016
【００８５】  設定値算出部４２は、上記式（１４）に基づいて目標バックライト輝度Ｂｄ（ｘ，ｙ）と逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）とを畳み込み演算処理してＬＥＤ設定値関数Ｅ（ｘ，ｙ）をセグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）ごとに算出する。これにより、目標バックライト輝度Ｂｄ（ｘ，ｙ）に近似したバックライト特性を得るためのＬＥＤ設定値関数Ｅ（ｘ，ｙ）を求めることができる。
【００８６】  次いで、設定値算出部４２は、セグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）ごとにＬＥＤ設定値関数Ｅ（ｘ，ｙ）をＬＥＤ設定値Ｅ（ｍ，ｎ）に変換する。なお、「Ｅ（ｘ，ｙ）」から「Ｅ（ｍ，ｎ）」の変換は、例えばセグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）ごとにＬＥＤ設定値関数Ｅ（ｘ，ｙ）の平均値を算出するなどの方法が用いられる。以上で設定値算出部４２によるＬＥＤ設定値Ｅ（ｍ，ｎ）の算出が完了する。ＬＥＤ設定値Ｅ（ｍ，ｎ）は、バックライト制御部３１とバックライト輝度予測部３２とにそれぞれ出力される。
【００８７】  ［第１実施形態の液晶表示装置の作用］  次に、図１３を用いて上記構成の液晶表示装置１０の作用について説明を行う。予め逆フィルタ算出部２６は、発光分布関数格納部２５内の発光分布関数ｆ（ｘ，ｙ）の逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）をウィナーフィルタ（式（１５）参照）を用いて算出し、この逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）を逆フィルタ格納部２７に格納する（ステップＳ１）。
【００８８】  液晶表示装置１０とデジタルカメラ１２とを接続すると、画像データ取得部２１がデジタルカメラ１２から画像データＩ（ｘ，ｙ）を取得し、この画像データＩ（ｘ，ｙ）を輝度リニア変換部２２へ出力する（ステップＳ２、画像データ取得ステップ）。輝度リニア変換部２２は、画像データＩ（ｘ，ｙ）に対して輝度リニア変換処理を施して画像データＩＬ（ｘ，ｙ）を生成し、この画像データＩＬ（ｘ，ｙ）をＬＥＤ設定値算出部３０及び階調補正部３３にそれぞれ出力する（ステップＳ３）。
【００８９】  ＬＥＤ設定値算出部３０は、輝度リニア変換部２２からの画像データＩＬ（ｘ，ｙ）の入力を受けてＬＥＤ設定値Ｅ（ｍ，ｎ）の算出を開始する（ステップＳ４）。
【００９０】  最初に代表値算出部３８は、輝度リニア変換部２２から入力された画像データＩＬ（ｘ，ｙ）から、セグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）ごとに代表値ＩＬＰＥＡＫ（ｍ，ｎ）を算出し、各代表値ＩＬＰＥＡＫ（ｍ，ｎ）の算出結果をＵＭ算出部３９へ出力する（ステップＳ５）。次いで、ＵＭ算出部３９は、代表値算出部３８から入力された代表値ＩＬＰＥＡＫ（ｍ，ｎ）に基づき、上記式（３）を用いてセグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）ごとのＵＭ（ｍ，ｎ）を算出し、ＵＭ（ｍ，ｎ）の算出結果を目標バックライト輝度算出部４０へ出力する（ステップＳ６）。
【００９１】  目標バックライト輝度算出部４０は、ＵＭ算出部３９から入力されたＵＭ（ｍ，ｎ）に基づき、上記式（１３）を用いて、セグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）ごとに目標バックライト輝度Ｂｄ（ｘ，ｙ）を算出する（ステップＳ７、目標輝度算出ステップ）。そして、目標バックライト輝度算出部４０は、目標バックライト輝度Ｂｄ（ｘ，ｙ）の算出結果を設定値算出部４２へ出力する。
【００９２】  また、逆フィルタ取得部４１は、逆フィルタ格納部２７から逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）を取得して、この逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）を設定値算出部４２へ出力する（ステップＳ８、逆フィルタ取得ステップ）。
【００９３】  設定値算出部４２は、目標バックライト輝度算出部４０及び逆フィルタ取得部４１からそれぞれ入力された目標バックライト輝度Ｂｄ（ｘ，ｙ）及び逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）を上記式（１４）に代入して畳み込み演算処理を行う。これにより、セグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）ごとのＬＥＤ設定値関数Ｅ（ｘ，ｙ）が算出される。
【００９４】  次いで、設定値算出部４２は、セグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）ごとにＬＥＤ設定値関数Ｅ（ｘ，ｙ）をＬＥＤ設定値Ｅ（ｍ，ｎ）に変換する。これにより、セグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）ごとのＬＥＤ設定値Ｅ（ｍ，ｎ）が算出される（ステップＳ９、設定値算出ステップ）。そして、設定値算出部４２は、ＬＥＤ設定値Ｅ（ｍ，ｎ）の算出結果をバックライト輝度予測部３２と、バックライト制御部３１とにそれぞれ出力する。
【００９５】  バックライト輝度予測部３２は、設定値算出部４２から入力されたＬＥＤ設定値Ｅ（ｍ，ｎ）に基づき、上記式（１２）を用いてセグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）ごとの予測バックライト輝度ＢＰ（ｘ，ｙ）を算出する（ステップＳ１０）。そして、バックライト輝度予測部３２は、予測バックライト輝度ＢＰ（ｘ，ｙ）の算出結果を階調補正部３３へ出力する。
【００９６】  階調補正部３３は、バックライト輝度予測部３２から入力された予測バックライト輝度ＢＰ（ｘ，ｙ）に基づき、上記式（８）を用いて輝度リニア変換部２２から入力された画像データＩＬ（ｘ，ｙ）に対して階調補正処理を施す。これにより、階調補正処理がなされた画像信号ＣＬ（ｘ，ｙ）がセグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）ごとに算出される（ステップＳ１１）。そして、階調補正部３３は、画像信号ＣＬ（ｘ，ｙ）をガンマ補正部３４へ出力する。
【００９７】  ガンマ補正部３４は、階調補正部３３から入力されたセグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）ごとの画像信号ＣＬ（ｘ，ｙ）に対してガンマ補正処理を施すことにより、ガンマ補正がかかった画像信号Ｃ（ｘ，ｙ）を生成する（ステップＳ１２）。そして、ガンマ補正部３４は、画像信号Ｃ（ｘ，ｙ）を液晶パネル制御部３５へ出力する。
【００９８】  液晶パネル制御部３５は、画像信号Ｃ（ｘ，ｙ）に基づき液晶パネル１５の各画素ｑ（ｘ，ｙ）の透過率を制御し、かつバックライト制御部３１はＬＥＤ設定値Ｅ（ｍ，ｎ）に基づきバックライト１６（各ＬＥＤ１９）の発光を制御する（ステップＳ１３、光源制御ステップ）。これにより、表示部１０ａに画像データＩ（ｘ，ｙ）に基づく画像が表示される（ステップＳ１４）。
【００９９】  図１４に示すように、本発明では周辺のセグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）への光の漏れ込みを考慮（図８から図１１参照）してＬＥＤ設定値Ｅ（ｍ，ｎ）の算出を行っているので、バックライト輝度Ｂ（ｘ，ｙ）が目標バックライト輝度Ｂｄ（ｘ，ｙ）に近似した特性を示す。なお、図１４中の実線で描かれた曲線は、ＬＥＤ設定値Ｅ（ｍ，ｎ）が設定された場合における各セグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）の発光分布である（図１５も同様）。
【０１００】  これに対して比較例を示す図１５において、周辺のセグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）への光の漏れ込みを考慮しない理想条件の下でＬＥＤ設定値Ｅ（ｍ，ｎ）を算出した場合には、バックライト輝度Ｂ（ｘ，ｙ）が前述の式（７）で示したような理想条件を満たすことはできない。具体的には光の漏れ込み分が考慮されていないために、バックライト輝度Ｂ（ｘ，ｙ）が理想条件を下回ってしまう場合が多くなる。このような状況で予測バックライト輝度ＢＰ（ｘ，ｙ）を用いて上記式（８）により階調補正を行った場合に、画像信号ＣＬ（ｘ，ｙ）は１を超えてしまう。画像信号ＣＬ（ｘ，ｙ）が１を超えたとしても、上記式（２）により決定されるパネル透過率Ｐ（ｘ，ｙ）が液晶パネル１５の持つ最大透過率を超えることはできないため、画像信号ＣＬ（ｘ，ｙ）は最大値１にクリップされてしまう。その結果、このクリップによって表示画像のハイライト領域での階調情報が失われてしまうという画質劣化問題が生じてしまう。
【０１０１】  このような比較例に対して本発明では、周辺のセグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）への光の漏れ込みを考慮してＬＥＤ設定値Ｅ（ｍ，ｎ）を算出することにより、ハイライト領域での階調情報の損失を極力抑えることができる。
【０１０２】  図１３に戻って、他の画像データＩ（ｘ，ｙ）に基づく画像表示を行う場合には、前述のステップＳ２からステップＳ１４までの処理が繰り返し実行される（ステップＳ１５でＹＥＳ）。
【０１０３】  ＜第１実施形態の液晶表示装置の作用効果＞  以上のように本発明では、ウィナーフィルタを用いて逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）を予め算出して、この逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）を用いて上記式（１４）に示した畳み込み演算処理を行うことで光の漏れ込みを考慮したＬＥＤ設定値Ｅ（ｍ，ｎ）を算出している。その結果、上記特許文献１のような連立方程式を解く方法とは異なり、リアルタイムでＬＥＤ設定値Ｅ（ｍ，ｎ）を算出することができる。
【０１０４】  ［第２実施形態の液晶表示装置］  次に、本発明の第２実施形態の液晶表示装置について説明を行う。上記第１実施形態の液晶表示装置１０では、ウィナーフィルタをそのまま逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）として用いているが、この場合にはバックライト輝度分布に乱れが生じるおそれがある。
【０１０５】  例えば、図１６の符号３０６に示すように、中心が明るくなる目標バックライト輝度Ｂｄ（ｘ，ｙ）の輝度分布に対しては、符号３０７に示すようなバックライト輝度Ｂ（ｘ，ｙ）の輝度分布が得られるのが理想である。しかし、ウィナーフィルタから直接フィルタ係数を求めて得られた逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）に基づきＬＥＤ設定値Ｅ（ｍ，ｎ）を算出した場合には、符号３０８に示すように、逆に中心が暗くなるバックライト輝度Ｂ（ｘ，ｙ）の輝度分布が得られる場合がある。
【０１０６】  このような現象が発生する理由を図１７により説明する。ウィナーフィルタ［逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）］は上記式（１５）により算出されるが、発光分布関数ｆ（ｘ，ｙ）及びウィナーフィルタのそれぞれの周波数振幅特性Ｆ、Ｆ−１は、例えば図中の実線及び点線（細線）で示される。また、最終的に得られるバックライト輝度Ｂ（ｘ，ｙ）の輝度特性（以下、バックライト輝度特性という）は、バックライト輝度Ｂ（ｘ，ｙ）が上記式（１２）で示したように発光分布関数ｆ（ｘ，ｙ）と逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）の畳み込みで表されるので、周波数特性上はＦとＦ−１との積Ｆ・Ｆ−１となり、図中の点線（太線）で示される。
【０１０７】  ウィナーフィルタの効果により、バックライト輝度特性Ｆ・Ｆ−１は図中の二点鎖線で示す目標バックライト輝度Ｂｄ（ｘ，ｙ）の輝度特性（以下、目標バックライト輝度特性という）Ｆｄに近づくものになっている。そして、特に低周波でバックライト輝度特性Ｆ・Ｆ−１を目標バックライト輝度特性Ｆｄに近づけることが、目標バックライト輝度Ｂｄ（ｘ，ｙ）とバックライト輝度Ｂ（ｘ，ｙ）との誤差を小さくする上で効果的である。
【０１０８】  しかしながら、発光分布関数ｆ（ｘ，ｙ）は一般に高周波側の振幅が小さいため、その高周波側で得られるウィナーフィルタの特性は不安定なものとなり、過度な強調特性や減衰特性を持つ傾向がある。この結果、逆フィルタ処理後に得られるバックライト輝度特性に偽信号成分が乗ってしまうことで、図１６の符号３０８に示したような輝度分布の乱れが生じてしまう。
【０１０９】  そこで、図１８に示すように、本発明の第２実施形態の液晶表示装置６０では、逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）に対して、特定の空間周波数よりも高周波側での振幅を制限する高周波制限処理を施す。ここでいう「特定の空間周波数」とは、目標バックライト輝度Ｂｄ（ｘ，ｙ）とバックライト輝度Ｂ（ｘ，ｙ）との誤差による影響が少なくなる高周波領域の下限である。例えば、図１７に示したように、逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）が空間周波数の増加に伴い振幅が次第に減少した後で次第に増加する周波数振幅特性を有している場合には、振幅が減少から増加に転じる空間周波数を「特定の空間周波数」として、この空間周波数よりも高周波側の振幅を制限している。なお、「特定の空間周波数」は、実験やシミュレーションなどにより定められる値である。
【０１１０】  第２実施形態の液晶表示装置６０は、高周波制限特性関数ＦＬを格納する高周波制限特性関数格納部６２を備え、かつＬＥＤ設定値算出部３０に高周波制限処理部６３が設けられている点を除けば、上記第１実施形態の液晶表示装置１０と基本的に同じ構成である。このため、上記第１実施形態と機能・構成上同一のものについては、同一符号を付してその説明は省略する。
【０１１１】  図１９に示すように、高周波制限特性関数ＦＬは、周波数空間上でＦ−１［逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）］に乗算されることにより、逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）の「特定の空間周波数」よりも高周波側の振幅を制限する高周波制限特性を有する。従って、高周波制限特性関数ＦＬをＦ−１に乗算することにより、高周波制限処理された逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）が得られる。なお、図中の符号「Ｆｒ−１」は、高周波制限処理された逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）の周波数振幅特性を示す。
【０１１２】  図１８に戻って、高周波制限処理部６３は、高周波制限特性関数格納部６２から高周波制限特性関数ＦＬを読み出して、この高周波制限特性関数ＦＬを逆フィルタ取得部４１から入力された逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）に対して乗算処理する。具体的には、逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）を一旦フーリエ変換して周波数空間上の関数に変換した後、この関数に対して高周波制限特性関数ＦＬを乗算し、この乗算結果を逆フーリエ変換処理する。これにより、周波数振幅特性Ｆｒ−１を有する逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）が得られる。
【０１１３】  設定値算出部４２は、目標バックライト輝度Ｂｄ（ｘ，ｙ）と高周波制限処理された逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）とを上記式（１４）に代入してＬＥＤ設定値関数Ｅ（ｘ，ｙ）を算出した後に、ＬＥＤ設定値関数Ｅ（ｘ，ｙ）をＬＥＤ設定値Ｅ（ｍ，ｎ）に変換する。
【０１１４】  ＜第２実施形態の液晶表示装置の効果＞  図２０に示すように、逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）に高周波制限処理を施すことにより得られるバックライト輝度特性Ｆ・Ｆｒ−１は、高周波側で不都合な偽信号成分を持つことなく、低周波側で目標バックライト輝度特性Ｆｄに近づく。これにより、バックライト輝度特性Ｆ・Ｆｒ−１の乱れを生じることなく、効果的にハイライト領域の階調情報の情報損失を抑制することができる。
【０１１５】  ＜第２実施形態の他実施例＞  次に、図２１を用いて、本発明の第２実施形態の他実施例の液晶表示装置６０ａについて説明を行う。上記第２実施形態の液晶表示装置６０は、逆フィルタ取得部４１が取得した逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）に対して高周波制限処理を施すが、液晶表示装置６０ａでは、逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）の算出時（設計時）に予め高周波制限処理された逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）を算出する。
【０１１６】  液晶表示装置６０ａは、第１実施形態の逆フィルタ算出部２６とは異なる逆フィルタ算出部２６ａを備える点を除けば、上記第１実施形態の液晶表示装置１０と基本的に同じ構成である。このため、上記第１実施形態と機能・構成上同一のものについては、同一符号を付してその説明は省略する。
【０１１７】  逆フィルタ算出部２６ａは、フーリエ変換部６５と、ウィナーフィルタ演算・高周波制限処理部６６と、逆フィルタ変換部６７とを備える。ここで、ウィナーフィルタ演算・高周波制限処理部６６は本発明の高周波制限処理部として機能する。
【０１１８】  フーリエ変換部６５は、前述の発光分布関数格納部２５から取得した発光分布関数ｆ（ｘ，ｙ）にフーリエ変換処理を施して周波数空間上の関数であるＦ（ｕ，ｖ）を算出し、この算出結果をウィナーフィルタ演算・高周波制限処理部６６へ出力する。
【０１１９】  ウィナーフィルタ演算・高周波制限処理部６６は、最初に、フーリエ変換部６５から取得したＦ（ｕ，ｖ）を前述の式（１５）に代入して、ウィナーフィルタを用いてＦ−１（ｕ，ｖ）を算出する。次いで、ウィナーフィルタ演算・高周波制限処理部６６は、Ｆ−１（ｕ，ｖ）に対して、高周波制限特性関数格納部６２などから取得した高周波制限特性関数ＦＬを乗算処理することにより、高周波制限処理が施されたＦｒ−１（ｕ，ｖ）を算出する。そして、ウィナーフィルタ演算・高周波制限処理部６６は、Ｆｒ−１（ｕ，ｖ）の算出結果を逆フィルタ変換部６７へ出力する。
【０１２０】  逆フィルタ変換部６７は、ウィナーフィルタ演算・高周波制限処理部６６から入力されたＦｒ−１（ｕ，ｖ）に対し逆フーリエ変換処理を施して、Ｆｒ−１（ｕ，ｖ）を実空間の関数に変換する。すなわち、高周波制限処理された逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）を算出する。そして、逆フィルタ変換部６７は、高周波制限処理された逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）を逆フィルタ格納部２７に格納する。これにより、高周波制限処理された逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）を予め算出して逆フィルタ格納部２７に格納しておくことができる。
【０１２１】  設定値算出部４２は、逆フィルタ取得部４１が逆フィルタ格納部２７から取得した逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）に基づき、ＬＥＤ設定値Ｅ（ｍ，ｎ）の算出を行う。
【０１２２】  ＜第２実施形態の他実施例の効果＞  以上のように、液晶表示装置６０ａにおいても「高周波制限処理された逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）」に基づき、ＬＥＤ設定値Ｅ（ｍ，ｎ）の算出を行うので、第２実施形態で説明した効果と同様の効果が得られる。
【０１２３】  また、前述の第２実施形態の液晶表示装置６０では、逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）の算出後に高周波制限処理を行うため、実空間の関数である逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）を周波数空間上の関数に変換してから高周波制限特性関数ＦＬを乗算処理する必要がある。これに対して液晶表示装置６０ａでは、逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）の算出前の段階、すなわち、周波数空間上の関数であるＦ（ｕ，ｖ）に対して高周波制限特性関数ＦＬを乗算処理するため、第２実施形態のように逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）を周波数空間上の関数に変換する手間を省くことができる。
【０１２４】  ＜第２実施形態のその他＞  上記第２実施形態及びその他実施例では、周波数空間上で逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）に対して高周波制限特性関数ＦＬを乗算処理しているが、実空間上で高周波制限特性関数ＦＬと同等の特性を有するデジタルフィルタ処理を行うことで高周波制限処理を実現してもよい。また、公知の各種方法を用いて高周波制限処理を行ってもよい。
【０１２５】  ［第３実施形態の液晶表示装置］  次に、本発明の第３実施形態の液晶表示装置について説明を行う。上記第１実施形態の逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）による逆フィルタ処理は実空間上のデジタルフィルタ処理であるが、上記式（１５）により得られたウィナーフィルタは周波数空間上のフィルタ係数である。このため、式（１５）により得られたウィナーフィルタを逆フーリエ変換して実空間上の逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）のフィルタ係数を得る必要がある。ここで得られたフィルタ係数のサンプル数は、ウィナーフィルタを算出した際の周波数サンプル数と等しくなる。
【０１２６】  ウィナーフィルタを逆フーリエ変換した逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）のフィルタ係数の１次元での例を示す図２２において、この例ではフィルタ係数のサンプル数は３１個である。これら３１個のフィルタ係数は逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）の特性を精度良く表すものであるが、３１個のフィルタ係数を全て利用すると、１次元で３１個、２次元で３１×３１＝９６１個のフィルタ係数が必要となるので、回路規模が膨大になってしまう。また、フィルタ係数の数が多くなるとその分だけ処理遅延が発生するため、表示遅延が発生するおそれがある。
【０１２７】  そこで、第３実施形態の液晶表示装置では、逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）の特性を極力残しつつ、かつフィルタ係数を極力少なくするために、窓関数ＦＷによる制限を行う。
【０１２８】  図２３に示すように、第３実施形態の液晶表示装置７０は、窓関数ＦＷを格納する窓関数格納部７２を備え、かつＬＥＤ設定値算出部３０に窓関数乗算処理部７３が設けられている点を除けば、上記第１実施形態の液晶表示装置１０と基本的に同じ構成である。このため、上記第１実施形態と機能・構成上同一のものについては、同一符号を付してその説明は省略する。
【０１２９】  窓関数ＦＷは、図２２に示したようにある有限区間以外で０となる関数である。この有限区間の範囲は、実験やシミュレーション等で適宜決定される。また、窓関数ＦＷの上限値は１である。なお、窓関数ＦＷとしては様々な特性のものが提案されており、ハン窓、ハミング窓、ブラックマン窓、カイザー窓などが用いられる。
【０１３０】  図２４に示すように、窓関数乗算処理部７３は、窓関数格納部７２から窓関数ＦＷを読み出して、この窓関数ＦＷを逆フィルタ取得部４１から入力された逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）のフィルタ係数に対して乗算処理する。これにより、３１個のフィルタ係数は図中の両端部で０となるので、フィルタ係数は、実質的に１次元では例えば１５個、２次元では例えば１５×１５＝２２５個となる。その結果、逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）のフィルタ係数を少なくすることができる。
【０１３１】  ＜第３実施形態の液晶表示装置の効果＞  このように第３実施形態の液晶表示装置７０では、逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）のフィルタ係数に窓関数ＦＷを乗算処理してフィルタ係数の数を制限することにより、回路規模の拡大並びに処理遅延を極力抑えることができる。
【０１３２】  ＜第３実施形態の他実施例＞  なお、上記第２実施形態の液晶表示装置６０においても第３実施形態と同様に、逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）のフィルタ係数に窓関数ＦＷを乗算処理してフィルタ係数の数を制限してもよい。
【０１３３】  ［第４実施形態の液晶表示装置］  次に、第４実施形態の液晶表示装置について説明する。上記各実施形態では、各セグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）の発光分布関数ｆ（ｘ，ｙ）が同じであると仮定しているが、バックライト１６の構造によってはどのセグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）でも発光分布関数ｆ（ｘ，ｙ）が同じになるとは限らない。
【０１３４】  例えば図２５の符号３１０及び符号３１１に示すように、ＬＥＤ１９の特性によるばらつきがある場合に、発光分布関数ｆ（ｘ，ｙ）は広がり方の異なる関数となる。また、表示画面の周辺部に位置するセグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）では、画面枠の反射特性のために、符号３１２で示したように回転非対称な特性を有する発光分布関数ｆ（ｘ，ｙ）が得られる場合もある。このため、ＬＥＤ設定値Ｅ（ｍ，ｎ）の算出に用いる逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）についてもセグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）ごとに最適なものを用いることが好ましい。
【０１３５】  そこで、図２６に示すように、第４実施形態の液晶表示装置８０では、セグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）ごとに最適な逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）を用いてＬＥＤ設定値Ｅ（ｍ，ｎ）の算出を行う。液晶表示装置８０は、発光分布関数格納部８２、逆フィルタ算出部８３、逆フィルタ格納部８４、対応関係記憶部８５、逆フィルタ取得部８６、及び設定値算出部８７を備える点を除けば、上記第１実施形態の液晶表示装置１０と基本的に同じ構成である。このため、上記第１実施形態と機能・構成上同一のものについては、同一符号を付してその説明は省略する。
【０１３６】  発光分布関数格納部８２は、セグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）ごとの発光分布関数ｆ（ｘ，ｙ）［発光分布関数１、発光分布関数２、発光分布関数３、・・・］を予め格納している。各発光分布関数ｆ（ｘ，ｙ）は、液晶パネル１５の設計時または製造時の測定により予め求められる既知の値である。
【０１３７】  逆フィルタ算出部８３は、上記式（１５）を用いて、発光分布関数格納部８２に格納されている各発光分布関数ｆ（ｘ，ｙ）の逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）［逆フィルタ１、逆フィルタ２、逆フィルタ３、・・・］をそれぞれ算出し、これら逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）を逆フィルタ格納部８４に格納する。なお、逆フィルタ格納部８４は、複数種類の逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）を格納する点を除けば、第１実施形態の逆フィルタ格納部２７と同じである。
【０１３８】  対応関係記憶部８５には対応関係情報８９が格納されている。この対応関係情報８９は、個々のセグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）［セグメント領域１、セグメント領域２、セグメント領域３、・・・］と、個々のセグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）に対応する発光分布関数ｆ（ｘ，ｙ）の逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）との対応関係を示す。従って、対応関係情報８９を参照することで、各セグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）にそれぞれ適した逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）を判別することができる。
【０１３９】  逆フィルタ取得部８６は、逆フィルタ格納部８４に格納されている複数種類の逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）を取得して、これら逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）をそれぞれ設定値算出部８７へ出力する。
【０１４０】  設定値算出部８７は、対応関係記憶部８５内の対応関係情報８９を参照して、複数種類の逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）の中からセグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）ごとに対応する逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）を選択する。次いで、設定値算出部８７は、セグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）ごとに、目標バックライト輝度Ｂｄ（ｘ，ｙ）と先に選択した逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）とを畳み込み演算処理（上記式（１４）参照）することにより、セグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）ごとのＬＥＤ設定値Ｅ（ｍ，ｎ）を算出する。これにより、セグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）ごとに最適な逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）を用いてＬＥＤ設定値Ｅ（ｍ，ｎ）を算出することができる。
【０１４１】  ＜第４実施形態の液晶表示装置の効果＞  このように第４実施形態の液晶表示装置８０では、実際のバックライト構造の発光分布特性に即して、すなわち、セグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）の表示画面内の位置やＬＥＤ１９の特性に応じて、最適な逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）を選択してＬＥＤ設定値Ｅ（ｍ，ｎ）を算出することができる。その結果、ハイライト領域の階調情報の情報損失をさらに精度よく抑制することができる。
【０１４２】  ＜第４実施形態の他実施例＞  上記第４実施形態では、セグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）ごとにそれぞれ異なる逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）が対応付けられているが、セグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）の表示画面内の位置などに応じて、複数のセグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）に同一の逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）を対応付けてもよい。
【０１４３】  なお、上記第２実施形態の液晶表示装置６０及び第３実施形態の液晶表示装置７０においても第４実施形態と同様に、セグメント領域Ｓ（ｍ，ｎ）ごとに最適な逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）を選択してもよい。
【０１４４】  ［スマートフォンの適用例］  上記各実施形態では本発明の表示装置としてテレビ（モニタ）型の液晶表示装置を例に挙げて説明を行ったが、例えば、撮影機能を有する携帯電話機やスマートフォン、ＰＤＡ(Personal Digital Assistants)、タブレット端末、携帯型ゲーム機にも本発明を適用することができる。以下、スマートフォンを例に挙げ、図面を参照しつつ、詳細に説明する。
【０１４５】  図２７は、スマートフォン５００の外観を示すものである。スマートフォン５００は、平板状の筐体５０１を有している。筐体５０１の一方の面には、表示入力部５０２と、スピーカ５０３と、マイクロホン５０４、操作部５０５と、カメラ部５０６とを備えている。なお、筐体５０１の構成はこれに限定されず、例えば、表示部と入力部とが独立した構成、折り畳み構造やスライド機構を有する構成を採用することもできる。また、カメラ部５０６は、筐体５０１の他方の面にも設けられている。
【０１４６】  表示入力部５０２は、画像（静止画像及び動画像）や文字情報などを表示する。また、表示入力部５０２は、表示した情報に対するユーザ操作を検出する、いわゆるタッチパネル構造を有している。この表示入力部５０２は、液晶パネル５１０と、バックライト５１１（図２８参照）と、操作パネル５１２とで構成されている。
【０１４７】  液晶パネル５１０及びバックライト５１１は、前述の液晶パネル１５及びバックライト１６と基本的に同じものである。操作パネル５１２は、光透過性を有しており、液晶パネル５１０の表示面上に載置されている。この操作パネル５１２は、ユーザの指や尖筆によって操作される一又は複数の座標を検出するデバイスである。このデバイスをユーザの指や尖筆によって操作すると、操作に起因して発生する検出信号をスマートフォン５００のＣＰＵに出力する。ＣＰＵは、受信した検出信号に基づいて、液晶パネル５１０上の操作位置（座標）を検出する。このような操作パネル５１２で採用される位置検出方式としては、マトリクススイッチ方式、抵抗膜方式、表面弾性波方式、赤外線方式、電磁誘導方式、静電容量方式などが挙げられる。
【０１４８】  図２８に示すように、スマートフォン５００は、表示入力部５０２、スピーカ５０３、マイクロホン５０４、操作部５０５、カメラ部５０６、ＣＰＵ５０７、表示処理部５０８の他に、無線通信部５１５と、通話部５１６と、記憶部５１７と、外部入出力部５１８と、ＧＰＳ（Global Positioning System）受信部５１９と、モーションセンサ部５２０と、電源部５２１とを備える。
【０１４９】  操作部５０５は、例えば押しボタン式のスイッチや十字キーなどを用いたハードウェアキーであり、ユーザからの指示を受け付ける。この操作部５０５は、例えば筐体５０１の表示部の下部や筐体５０１の側面に搭載される。
【０１５０】  カメラ部５０６は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）型の撮像素子やＣＣＤ（Charge-Coupled Device）型の撮像素子などの各種撮像素子を用いて電子撮影を行う。この電子撮影により得られた画像データは、各種の圧縮画像データに変換して記憶部５１７に記録させたり、外部入出力部５１８や無線通信部５１５を通じて出力させたりすることができる。
【０１５１】  表示処理部５０８は、ＣＰＵ５０７の指示に従って、表示入力部５０２に画像や文字情報を表示させる。この表示処理部５０８は、上述の図４に示した画像データ取得部２１、輝度リニア変換部２２、発光分布関数格納部２５、逆フィルタ算出部２６、逆フィルタ格納部２７、ＬＥＤ設定値算出部３０、バックライト制御部３１、バックライト輝度予測部３２、階調補正部３３、ガンマ補正部３４、液晶パネル制御部３５として機能する。
【０１５２】  無線通信部５１５は、ＣＰＵ５０７の指示に従って、移動通信網に収容された基地局装置に対し無線通信を行うものである。この無線通信を使用して、音声データ、画像データ等の各種ファイルデータ、電子メールデータなどの送受信や、Ｗｅｂデータやストリーミングデータなどの受信を行う。
【０１５３】  通話部５１６は、スピーカ５０３やマイクロホン５０４を備えている。通話部５１６は、マイクロホン５０４を通じて入力されたユーザの音声を音声データに変換してＣＰＵ５０７に出力したり、無線通信部５１５等で受信された音声データを復号してスピーカ５０３から出力したりする。
【０１５４】  記憶部５１７は、ＣＰＵ５０７の制御プログラムや制御データ、アプリケーションソフトウェア、通信相手の名称や電話番号などを対応づけたアドレスデータ、送受信した電子メールのデータなどを記憶し、またストリーミングデータなどを一時的に記憶する。また、記憶部５１７は、スマートフォン内蔵の内部記憶部５１７ａと着脱自在な外部メモリスロットを有する外部記憶部５１７ｂにより構成される。なお、内部記憶部５１７ａと外部記憶部５１７ｂとしては、フラッシュメモリタイプ、ハードディスクタイプなどの公知の各種記憶媒体が用いられる。
【０１５５】  外部入出力部５１８は、スマートフォン５００に連結される全ての外部機器とのインターフェースの役割を果たすものであり、他の外部機器に通信等により直接的または間接的に接続するためのものである。
【０１５６】  ＧＰＳ受信部５１９は、ＧＰＳ衛星ＳＴ１〜ＳＴｎから送信されるＧＰＳ信号を受信し、受信した複数のＧＰＳ信号に基づく測位演算処理を実行し、スマートフォン５００の緯度、経度、高度からなる位置を検出する。この検出結果はＣＰＵ５０７に出力される。
【０１５７】  モーションセンサ部５２０は、例えば、３軸の加速度センサなどを備えており、スマートフォン５００の物理的な動きを検出する。これにより、スマートフォン５００の動く方向や加速度が検出される。この検出結果はＣＰＵ５０７に出力される。また、電源部５２１は、図示しないバッテリに蓄えられた電力をスマートフォン５００の各部に供給する。
【０１５８】  ＣＰＵ５０７は、記憶部５１７から読み出した制御プログラムや制御データに従って動作し、スマートフォン５００の各部を統括して制御する。また、ＣＰＵ５０７は、液晶パネル５１０に対する表示制御、操作部５０５や操作パネル５１２を通じたユーザ操作を検出する操作検出制御などを実行する。
【０１５９】  表示制御の実行により、ＣＰＵ５０７は、アプリケーションソフトウェアを起動するためのアイコン、スクロールバーなどのソフトウェアキーを表示、あるいは電子メールを作成するためのウィンドウなどを液晶パネル５１０に表示させる。なお、スクロールバーとは、液晶パネル５１０の表示領域に収まりきれない大きな画像などについて、画像の表示部分を移動する指示を受け付けるためのソフトウェアキーのことをいう。
【０１６０】  また、操作検出制御の実行により、ＣＰＵ５０７は、操作部５０５を通じたユーザ操作を検出したり、操作パネル５１２を通じて、上記アイコンに対する操作や、上記ウィンドウの入力欄に対する文字列の入力を受け付けたり、あるいは、スクロールバーを通じた表示画像のスクロール要求を受け付ける。
【０１６１】  さらに、操作検出制御の実行によりＣＰＵ５０７は、操作パネル５１２に対する操作位置が、液晶パネル５１０に重なる重畳部分（表示領域）か、それ以外の液晶パネル５１０に重ならない外縁部分（非表示領域）かを判定し、操作パネル５１２の感応領域や、ソフトウェアキーの表示位置を制御するタッチパネル制御機能を備える。
【０１６２】  また、ＣＰＵ５０７は、操作パネル５１２に対するジェスチャ操作を検出し、検出したジェスチャ操作に応じて、予め設定された機能を実行することができる。ジェスチャ操作とは、従来の単純なタッチ操作ではなく、指などによって軌跡を描いたり、複数の位置を同時に指定したり、あるいはこれらを組み合わせて、複数の位置から少なくとも１つについて軌跡を描く操作を意味する。
【０１６３】  上記構成のスマートフォン５００の液晶パネル５１０、バックライト５１１、及び表示処理部５０８は、上記各実施形態の液晶表示装置と基本的に同じ構成であるので、上記各実施形態と同様の効果が得られる。
【０１６４】  ［その他］  上記第１実施形態では、液晶表示装置１０内の逆フィルタ算出部２６により逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）を算出しているが、逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）の算出は外部で行い、外部で算出された逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）を逆フィルタ格納部２７に格納してもよい。また、通信ネットワーク等を介して逆フィルタ取得部４１が、外部で算出された逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）を直接取得してもよい。なお、他の実施形態についても同様である。さらに、例えば、図２１に示した第２実施形態の他実施例の場合には、高周波制限処理された逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）の算出を外部で行い、第３実施形態の場合には逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）のフィルタ係数に対する窓関数ＦＷの乗算処理も外部で行ってもよい。
【０１６５】  上記各実施形態では、ウィナーフィルタを用いて逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）の算出を行っているが、一般逆フィルタ、パラメトリックウィナーフィルタ、射影フィルタ、部分射影フィルタなどを用いて逆フィルタｆ−１（ｘ，ｙ）の算出を行ってもよい。
【０１６６】  上記各実施形態では、液晶パネル１５と、液晶パネル１５の背面側に配置されたバックライト１６とを備える透過型の液晶表示装置を例に挙げて説明したが、液晶パネル１５の側面側に光源を配置している液晶表示装置にも本発明を適用することができる。また、画素ごとに反射率を制御可能な液晶パネルを備える反射型の液晶表示装置にも本発明を適用することができる。
【０１６７】  上記各実施形態では、液晶パネル１５を備える液晶表示装置を例に挙げて説明を行ったが、個々の画素の駆動を制御して画素ごとに透過率または反射率を調整可能な各種の非自発光表示パネルを備える表示装置に本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【０１６８】  １０，６０，６０ａ，７０，８０…液晶表示装置，１５…液晶パネル，１６…バックライト，２１…画像取得部，２６…逆フィルタ算出部，２７…逆フィルタ格納部，３０…ＬＥＤ設定値算出部，３１…バックライト制御部，３２…バックライト輝度予測部，３３…階調補正部，３５…液晶パネル制御部，３８…代表値算出部，３９…ＵＭ算出部，４０…目標バックライト輝度算出部，４１，８６…逆フィルタ取得部，４２，８７…設定値算出部，６３…高周波制限処理部，７３…窓関数乗算処理部
【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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