(57)【要約】【課題】映像の部分領域における輝度と色合いの制御が可能で、応答速度が速く、消費電流を抑えることができる液晶表示装置を提供する。【解決手段】映像分割回路１８は、ＲＧＢのＬＥＤユニット３１のサイズに合わせて、垂直映像期間をｎ個、水平映像期間をｍ個に分割するタイミングパルスによって、映像信号をブロック３２に分割する。映像解析回路１９は、各ブロック３２に画像を解析する。マイコン２１は、映像分割回路１８の映像信号と、映像解析回路１９による解析結果に基づいてバックライト２５である個々のＬＥＤの輝度を求める。これに基づいてＬＥＤ駆動制御回路２２に制御信号を出し、この制御信号に基づいてＬＥＤ駆動制御回路２２が、ＬＥＤ駆動回路２３，２４を介して、バックライト２５を形成する個々のＬＥＤユニット３１を駆動する。【選択図】図１
2008090076.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された映像信号を表示する液晶パネルとＲＧＢのバックライト部材ユニットを縦横に並列したバックライトとを有する液晶表示装置であって、
映像信号をＲＧＢのバックライト部材ユニットのサイズに対応するブロックに分割する映像分割手段と、
前記ブロックの輝度とＲＧＢ成分の映像データを解析する映像解析手段と、
解析した映像データ結果に基づいてＲＧＢのバックライト部材の輝度補正量を設定するバックライト制御手段とを備えることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記映像解析手段は、解析したＲＧＢ成分のそれぞれの差を求め、
前記バックライト制御手段は、ＲＧＢ成分の差のうち所定値を超えるものが１乃至２つあれば、大きい方のＲＧＢのバックライトの輝度を上げ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】
前記映像解析手段は、ブロックの内周辺部分の映像信号を解析し、且つ該内周辺部分に隣接する隣接ブロックの内周辺部分の映像領域の映像信号を解析し、
前記バックライト制御手段は、対象ブロックにおけるＲＧＢのバックライト部材の輝度補正量と隣接ブロックにおけるＲＧＢのバックライト部材の輝度補正量との差と、対象ブロックの周辺映像データと隣接ブロックの周辺映像データとの差をとり、さらに前記補正量の差と前記周辺映像データの差との差分の絶対値が所定値を超える時、対象ブロックと隣接ブロックのバックライト部材の輝度補正量の差を縮小する補正を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記バックライト制御手段は、前記補正量の差と前記周辺映像データの差との差分の絶対値が所定値を超える時、周辺領域に基づく補正量は対象ブロックの補正量−（対象ブロックの補正量−隣接ブロックの補正量）×ｚ％で求められ、バックライト部材の輝度補正量を、各周辺領域毎に求めた補正量の平均とすることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記バックライト部材は、ＬＥＤであることを特徴とする請求項１、２または３に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶パネルのバックライト輝度の制御を行って画質（コントラスト、色再現範囲）の改善及び消費電力の低減を図る液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶パネルを使用したテレビジョン受像機やコンピュータのモニタ等が普及してきている。このような液晶表示装置において、液晶自体は発光しないため、液晶パネルの後方に冷陰極管、ＬＥＤ、ＥＬ等のバックライトを配置して、その照射光により高輝度の表示を達成している。
【０００３】
一般に、液晶表示装置の画面コントラストやバックライトの輝度は操作者が調整して画面を見やすくすることも可能ではある。しかし、テレビジョン受信機等で、受信する内容によって調整した画面コントラストや輝度では、見づらい場合がある。たとえば、日中の屋外の映像の場合には、表示画面全体が明るくなりすぎ、夜景の映像の場合には、表示画面全体が暗くなりすぎる。また、映像によっては、部分的に明るくなりすぎたり、暗くなりすぎたりする映像もある。
【０００４】
そこで、これらを改善して見やすい映像を表示できる技術として特許文献１の技術がある。図９に示すように、液晶パネル１００を水平方向に２個、垂直方向に２個の領域に分割し、各分割された領域にそれぞれ一本ずつの蛍光管１０１，１０２，１０３，１０４を配置する。これら蛍光管はエッジライト方式で各領域の端辺に配置され、導光板で照射光を各領域に導光する。
【０００５】
この液晶表示装置は、映像信号を水平、垂直方向に２×２に分割して、それぞれの映像領域の映像信号における平均輝度の平均直流電圧レベルを検出し、その検出結果を信号処理回路１０６に入力する。信号処理回路１０６は、その検出結果及びそれぞれの映像領域の相関に応じて、平均輝度が高い場合は全体のゲインを小さくして白側の階調ができるようにし、また、平均輝度が低い場合は全体のゲインを大きくして黒側の階調が出るようにする演算を行い、インバータ制御回路１０５に制御信号を出力する。インバータ制御回路１０５は、蛍光管１０１，１０２，１０３，１０４のインバータのデューティー比を制御し、明るさを調整する。この例では、映像信号を２×２の領域に分割しているが、ｍ×ｎに分割して、それぞれの映像の表示領域に蛍光管を配置することもできる。
【０００６】
こうして、画面全体の相関を考慮しながら、分割された領域毎に明るさを制御できるので、コントラスト感のある画像を生成できる。
【特許文献１】特開２０００−３２１５７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の発明では、単に明るさの制御だけで、色合いまでは制御できない。例えば、ある部分において、輝度の明暗だけでなく、白、赤などの色合いを鮮やかにして、よりコントラスト感のある画像を生成することはできない。
【０００８】
また、冷陰極管バックライトを使用したものは、映像にかかわらず常に点灯しっぱなしである。輝度を必要としない場合にも点灯するので、黒レベル浮きや消費電力の増大などの問題がある。さらに冷陰極管バックライトを制御して輝度を変化させたとしても、一本の冷陰極管のサイズを小さくするには限度があり、また、応答速度が遅いため、変化が速い映像に対しては所望の効果が得られない。
【０００９】
本発明は、斯かる実情に鑑み、映像の部分領域における輝度と色合いの制御が可能で、応答速度が速く、消費電流を抑えることができる液晶表示装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、入力された映像信号を表示する液晶パネルとＲＧＢのバックライト部材ユニットを縦横に並列したバックライトとを有する液晶表示装置であって、映像信号をＲＧＢのバックライト部材ユニットのサイズに対応するブロックに分割する映像分割手段と、前記ブロックの輝度とＲＧＢ成分の映像データを解析する映像解析手段と、解析した映像データ結果に基づいてＲＧＢのバックライト部材の輝度補正量を設定するバックライト制御手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１１】
また、前記映像解析手段は、解析したＲＧＢ成分のそれぞれの差を求め、
前記バックライト制御手段は、ＲＧＢ成分の差のうち所定値を超えるものが１乃至２つあれば、大きい方のＲＧＢのバックライトの輝度を上げることを特徴とする。
【００１２】
また、前記映像解析手段は、ブロックの内周辺部分の映像信号を解析し、且つ該内周辺部分に隣接する隣接ブロックの内周辺部分の映像領域の映像信号を解析し、
前記バックライト制御手段は、対象ブロックにおけるＲＧＢのバックライト部材の輝度補正量と隣接ブロックにおけるＲＧＢのバックライト部材の輝度補正量の差と、対象ブロックの周辺映像データと隣接ブロックの周辺映像データとの差をとり、さらに前記補正量の差と前記周辺映像データの差との差分の絶対値が所定値を超える時、対象ブロックと隣接ブロックのバックライト部材の輝度補正量の差を縮小する補正を行うことを特徴とする。
【００１３】
前記バックライト制御手段は、前記補正量の差と前記周辺映像データの差との差分の絶対値が所定値を超える時、周辺領域に基づく補正量は対象ブロックの補正量−（対象ブロックの補正量−隣接ブロックの補正量）×ｚ％で求められ、バックライト部材の輝度補正量を、各周辺領域毎に求めた補正量の平均とすることを特徴とする。
なお、前記バックライト部材は、ＬＥＤであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、前記ブロックの輝度とＲＧＢ成分の映像データを解析して、その結果に基づいてＲＧＢのバックライト部材の輝度補正量を設定するので、明るい映像のところはより明るく、暗いところはより暗く、鮮やかな色味のところはより鮮やかに表示され、高コントラストの映像が得られる。また、２画面などの多画面時にそれぞれの画面に対して、他の画面の影響を受けず、それぞれの画面の映像に合わせた最適なバックライトを提供できる。
【００１５】
また、対象ブロックにおけるＲＧＢのバックライト部材の輝度補正量と隣接ブロックにおけるＲＧＢのバックライト部材の輝度補正量との差と、対象ブロックの周辺映像データと隣接ブロックの周辺映像データとの差をとり、さらに前記補正量の差と前記周辺映像データの差との差分の絶対値が所定値を超える時、一つの物体映像が複数のブロックにまたがって表示される場合、このブロック間に輝度の差が大きくならないように調整される。従って、視聴者から見て、違和感のない映像を表示できる。
【００１６】
また、前記バックライト部材をＬＥＤとすることで、４：３の映像を表示した場合のサイドバーなどの暗い映像のところで無駄に点灯している部分を点灯させなくて良いので、消費電力削減になる。また、ＬＥＤの輝度コントロールが可能な範囲が蛍光管に比較して小さくできるので、輝度を細かく調整できるため、例えば、多画面表示であっても、他の画面の影響を受けずに、それぞれの画面の映像に合わせて最適なバックライト調整が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は、本発明に係る液晶表示装置であるテレビジョン受像機の一例を示すブロック図である。図２は、液晶パネルの背後に配置されるＬＥＤと、液晶パネルの映像領域の関係を示す概略図である。
【００１９】
この液晶表示装置１０は、Ａ／Ｄコンバータ１１，１２と、映像処理回路１３と、第１メモリ１４と、液晶駆動制御回路１５と、液晶駆動回路１６と、液晶パネル１７と、映像分割回路１８と、映像解析回路１９と、第２メモリ２０と、マイコン（マイクロコンピュータの略称）２１と、ＬＥＤ駆動制御回路２２と、ＬＥＤ駆動回路２３，２４と、バックライト２５とを備える構成である。
【００２０】
この液晶表示装置１０は、図２に示すように、バックライト２５が液晶パネル１７の背後に配置されている。バックライト２５は、ＲＧＢのバックライト部材であるＬＥＤを３個横１列に配置したＬＥＤユニット３１からなり、このＬＥＤユニット３１が縦にｍ個、横にｎ個が液晶パネル１７の背後に配列される。液晶パネル１７に表示される映像は、縦ｍ×横ｎの領域に分割され、この映像領域であるブロック３２がＲＧＢのＬＥＤユニット３１に対応している。
【００２１】
次に、液晶表示装置１０の動作について概略を説明する。
受信したテレビ放送の映像データはＡ／Ｄコンバータ１１に入力され、Ａ／Ｄコンバータ１１がアナログ信号をデジタル信号に変換する。なお、別チャンネル映像も同時表示する二画面表示をするときは、Ａ／Ｄコンバータ１２をさらに備えて、Ａ／Ｄコンバータ１２が、別チャンネルのテレビ放送の映像データのアナログ信号をデジタル信号に変換する。映像処理回路１３は、一旦デジタル信号を第１メモリ１４に記憶し、この第１メモリ１４からデジタル映像信号を読み出して、液晶パネル１７に表示するための映像処理を行い、液晶駆動制御回路１５に送る。液晶駆動制御回路１５は、映像処理回路１３からの映像信号に基づいて液晶駆動回路１６を制御して液晶パネル１７に映像を表示する。
【００２２】
また、映像処理回路１３は、生成した映像信号を映像分割回路１８に送る。図２に示すように、映像分割回路１８は、ＲＧＢのＬＥＤユニット３１のサイズに合わせて、垂直映像期間をｎ個、水平映像期間をｍ個に分割するタイミングパルスによって、映像信号をブロック３２に分割する。この分割した映像信号を、映像解析回路１９は一旦第２メモリ２０に格納して、各ブロック３２毎に画像を解析する。映像信号の輝度、及びＲＧＢ成分のレベルのそれぞれの平均を求めると同時に、ブロック間の比較する。この解析結果を第２メモリ２０に格納する。
【００２３】
制御部であるマイコン２１は、映像分割回路１８の映像信号と、映像解析回路１９による解析結果に基づいて、バックライト２５である個々のＬＥＤの輝度補正量を求める。これに基づいてＬＥＤ駆動制御回路２２に制御信号を出し、この制御信号に基づいてＬＥＤ駆動制御回路２２が、ＬＥＤ駆動回路２３，２４を介して、バックライト２５を形成する個々のＬＥＤユニット３１を駆動する。
【００２４】
映像解析回路１９が解析する内容は、ブロック３２毎の平均輝度とＲＧＢ成分の平均レベルである。さらに、対象ブロックの内周部分と隣接ブロックの内周部分の映像データの差と、対象ブロックの補正量と隣接ブロックの補正量の差とを比較し、大きく違うようであれば、その差を補正し、ブロック同士のつながりが不自然にならないようＬＥＤ輝度を補正する。
【００２５】
さて、マイコン２１のＬＥＤ輝度補正のアルゴリズムの一例として、ＬＥＤの補正範囲を限定する（例えば、６０〜１００％の範囲で補正）。すなわち、ＬＥＤは、バックライトであるから常に基本発光量で発光している。本実施形態では、この基本発光量に補正量を上乗せして輝度を増加させ、高コントラストの画像を得るものである。従って、ＬＥＤの最大輝度を１００％、基本発光量（最低輝度）を６０％とすると、残り４０％を補正量として調整する。ＲＧＢのＬＥＤのそれぞれのレベルに応じて補正量の範囲内でＬＥＤの輝度補正を行う。
【００２６】
輝度ＹとＲＧＢの各成分ＥＲ、ＥＧ、ＥＲの間には次の変換式が成り立つ。
Ｙ＝０．２９９×ＥＲ＋０．５８７×ＥＧ＋０．１１４×ＥＲ
従って、ＬＥＤの輝度補正も上記変換式に基づいて、ＲＧＢ−ＬＥＤの各輝度を設定して所望の輝度を得るものである。
【００２７】
図３は、ＬＥＤユニット３１の輝度補正の手順を示すフローチャートであり、図４はステップＳ６におけるサブルーチンのフローチャートである。
図２に示すように、映像分割回路１８で分割された（ｘｎ，ｙｍ）ブロック３２について、映像解析回路１９が、映像信号から各ブロックの輝度とＲＧＢ成分のレベルの平均を求める（ステップＳ１）。マイコン２１は、（ｘｎ，ｙｍ）ブロック３２の解析結果に基づいて、ＲＧＢ毎にＬＥＤの補正量（基本発光量に上乗せする発光量）を仮設定する（ステップＳ２）。これは解析値とＬＥＤの補正量を対応させたデータテーブルが設けてあり、このテーブルに基づいて、ＲＧＢ−ＬＥＤの各補正量を設定する。
【００２８】
次に映像解析回路１９は、図５に示すように、（ｘｎ，ｙｍ）ブロック３２の４辺のブロック内周辺の映像信号の輝度とＲＧＢ成分のレベルの平均を求める（ステップＳ３）。例えば、図５に示すブロック３２の４辺内周囲領域１，２，３，４の輝度とＲＧＢのレベルの平均を求める。ここで、ブロック３２の周囲領域は、ブロック全体の面積に対して最大でも２５％程度である。
【００２９】
そして、映像解析回路１９は、図５に示すように、（ｘｎ，ｙｍ）ブロック３２内の周辺領域の映像データ（輝度、ＲＧＢ成分のレベル）とそれに隣接するブロック３２−１，３２−２，３２−３，３２−４内の周辺領域の映像データ（輝度、ＲＧＢ成分のレベル）の差を求める（ステップＳ４）。例えば、図５では、ブロック３２の周辺領域１に対してはブロック３２−１の周辺領域３、ブロック３２の周辺領域２に対してはブロック３２−２の周辺領域４、ブロック３２の周辺領域３に対してはブロック３２−３の周辺領域１、ブロック３２の周辺領域４に対してはブロック３２−４の周辺領域２、のそれぞれの差を求める。
【００３０】
マイコン２１は、（ｘｎ，ｙｍ）ブロック３２に対応するＬＥＤユニット３１のＬＥＤの補正量とそれに隣接するブロック３２−１，３２−２，３２−３，３２−４のＬＥＤの補正量の差を求める（ステップＳ５）。
【００３１】
次に、画像が原色鮮やかな場合に、ＬＥＤのＲＧＢ補正を行って原色がより鮮やかに見えるようにする（ステップＳ６）。ステップＳ６の詳しい処理内容を以下に説明する。
【００３２】
ステップＳ２１において、映像解析回路１９が各ブロックにおける映像信号のＲＧＢのレベル値間の差を求める。すなわち、Ｒ−Ｇ，Ｇ−Ｂ，Ｂ−Ｒを求める。その差分の絶対値が所定値Ｅ（正の数）を超えたものが３つの差分のうち１つ乃至２つある場合は（ステップＳ２２）、Ｅを超えた大きい方のＲＧＢのレベルに対応するＲＧＢのＬＥＤの輝度補正量をαだけ加算する（ステップＳ２３）。
【００３３】
」
ＲＧＢの差分の絶対値が所定値Ｅ（正の数）を超えたものが、０または３つの場合は、なにも処理をせず、ステップＳ７へ進む。
【００３４】
ＬＥＤの輝度補正についての具体例を示す。
図６は、処理すべき映像を示す図である。図７は、（ａ）が液晶パネルの映像を示す図、（ｂ）がＲＧＢ−ＬＥＤの輝度を示す図である。
【００３５】
図６において、５１は黄色の太陽、５２は白色の雲、５３は赤色の気球、５４は青色の空、５５は緑色の山である。特に、山５５は、右に行くにつれて緑が濃くなり、下方の右端５６の部分が一番緑が濃く且つ暗くなる。
【００３６】
図７（ａ）に示すように、液晶パネル１７に表示されている映像が映像分割回路１８によりブロックに分割され、図７（ｂ）に示すように、このブロックに対応したＬＥＤユニットが点灯制御される。映像解析回路１９は、映像ブロック３２毎に映像解析を行う。それに基づいて、マイコン２１が、太陽５１、雲５２、気球５３の各色を強調するように、ＬＥＤユニット５５は黄色、ＬＥＤユニット５８は赤色、ＬＥＤユニット５６，５７は白色の輝度を上げる。また、山の緑の濃い部分５６は、ＬＥＤユニット５９，６０，６１，６２と右側と下側に行くほど緑の輝度が下がっているが、色鮮やかな部分がより強調されることにより、相対的に輝度の低い部分は、視聴者にとって実際より輝度が低く感じる。
【００３７】
次に、マイコン２１は、ステップＳ７において、
[（対象ブロックと隣接するブロックのＬＥＤ補正量の差）−（対象ブロックの周辺領域と隣接するブロックの周辺領域の映像データの差）]の絶対値が正の所定値Ｄを超える場合はステップＳ８に進み、正の所定値Ｄ以下である場合はステップ９に進む。
【００３８】
対象ブロックと隣接するブロックとの色と輝度が全く異なっている場合やほぼ同一の色と輝度である場合には、隣接するブロックのＬＥＤ補正量の差と周辺領域の映像データの差との差分の絶対値が正の所定値Ｄを超えることはない。一方、対象ブロックと隣接するブロックの一部にまたがる画像があった場合、隣接するブロックのＬＥＤ補正量の差と周辺領域の映像データの差が大きくなる場合がある。この場合、隣接ブロックとの間にＬＥＤの輝度が大きく異なることは、視聴者に不自然な感じを与えるため、修正を行う。
【００３９】
ステップＳ８において、対象ブロックの周辺領域１とそれに隣接するブロックの周辺領域に着目して設定したＬＥＤ補正量Ｃ１〜Ｃ４を、下記の式のように、設定する。
Ｃ１〜Ｃ４＝対象ブロックの補正量−（対象ブロックの補正量−隣接ブロックの補正量）×ｚ％
【００４０】
ステップＳ９においては、ＬＥＤ補正量Ｃ１は設定輝度値Ａのままとする。
こうして求めた、Ｃ１〜Ｃ４の平均をＬＥＤ輝度値としてＣとする。この輝度値はＲＧＢについて行う（ステップＳ１０）。
【００４１】
例えば、図８（ａ）に示すように、対象ブロックを３２ｂとし、その隣に隣接ブロック３２ａがある。対象ブロック３２ｂと対象ブロック３２ａの一部には雲の画像３５が表示される。通常のバックライトの輝度であると、図８（ｂ）のように、ＬＥＤユニット３１ａは、ＬＥＤユニット３１ｂよりも暗くなる。ところが、雲は対象ブロック３２ｂと対象ブロック３２ａの一部に存在しているため、ＬＥＤの輝度がブロック３２ｂとブロック３２ａで違いすぎると、視聴者は違和感を雲画像に覚える。そこで、上記処理を行って、ＬＥＤユニット３１ｃの輝度を下げることによってブロック３１ａ，３１ｂの輝度の差を抑えることによって、画像の違和感を緩和する。
【００４２】
また、２画面表示のような多画面表示の場合であっても、ＬＥＤの輝度コントロールが可能な範囲が蛍光管に比較して小さくできるので、他の画面の影響を受けずに、それぞれの画面の映像に合わせて最適なバックライト調整が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係る液晶表示装置であるテレビジョン受像機の一例を示すブロック図である。
【図２】液晶パネルの背後に配置されるＬＥＤと、液晶パネルの映像領域の関係を示す概略図である。
【図３】ＬＥＤユニット３１の輝度補正の手順を示すフローチャートである。
【図４】ステップＳ６におけるサブルーチンのフローチャートである。
【図５】対象ブロックの周辺領域とそれに隣接するブロックの外観図である。
【図６】処理すべき映像を示す図である。
【図７】（ａ）が液晶パネルの映像を示す図、（ｂ）がＲＧＢ−ＬＥＤの輝度を示す図である。
【図８】対象ブロックと隣接ブロックの輝度補正を示す説明図である。
【図９】従来の液晶表示装置の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０  液晶表示装置
１１，１２  Ａ／Ｄコンバータ
１３  映像処理回路
１４  第１メモリ
１５  液晶駆動制御回路
１６  液晶駆動回路
１７  液晶パネル
１８  映像分割回路
１９  映像解析回路
２０  第２メモリ
２１  マイコン
２２  駆動制御回路
２３，２４  駆動回路
２５  バックライト
３１  ＬＥＤユニット
３２  映像ブロック
【図４】
2008090076.tif 000003
【図１】
2008090076.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2008090076.tif 000009
【図８】
2008090076.tif 000010
【図９】
2008090076.tif 000011