(57)【要約】【課題】液晶テレビ等において対角サイズが大きくなってくると、バックライトの消費電力が大きくなり，消費電力の低減が重要な課題になってくる。【解決手段】補助光源を備えた画像情報表示装置において、補助光源を複数のグループに分け、画像情報の信号に応じて補助光源のグループごとに光出力を制御し、同時に信号強度を補助光源の光出力に応じて再計算するように構成する。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
補助光源を備えた画像情報表示装置において、補助光源を複数のグループに分け、画像情報の信号強度に応じて補助光源のグループごとに光出力を制御し、同時に信号強度を補助光源の光出力に応じて再計算し，再計算された信号強度によって画像情報を表示するように処理することを特徴とする画像情報の信号処理方法。
【請求項２】
請求項１の画像情報の信号処理方法において，
ｓｉ（ｙｎ）を入力信号の各水平走査ラインの最大信号の分布、Ｌｍｍａｘを補助光源のグループｍの輝度分布の最大値、Ｌｍｍａｘｆ（ｙ−ｙｍ）をグループｍの輝度分布，Ｌｂ（ｙｎ）を全グループ点灯時の輝度分布、ＬｂｍｉｎをＬｂの最小値とし、
［ｋ］をグループｍの調光割合ｋｍの組（ｋ１、ｋ２、・・・，ｋｍ，・・・）とした時、
ｓｒ（ｙｎ）＝ｓｉ（ｙｎ）×Ｌｂｍｉｎ／Ｌｂ（ｙｎ），
Ｌａ（ｙ）＝ΣｋｍＬｍｍａｘｆ（ｙ−ｙｍ），
ｓａ（ｙｎ）＝ｓｒ（ｙｎ）Ｌｂ（ｙｎ）／Ｌａ（ｙｎ），
を計算し、ｓａ（ｙｎ）が全ピクセルの入力信号の中での最大値ｓｍａｘより小さく、かつ補助光源の全消費電力が最小となる時の調光割合の組［ｋ］で補助光源の光出力を制御し、
全ピクセルの信号強度をｓａ（ｙｎ）より求めることを特徴とする画像情報の信号処理方法。
【請求項３】
請求項１の画像情報の信号処理方法において，
ｓｉ（ｙｎ）を入力信号の各水平走査ラインの最大信号の分布、Ｌｍｍａｘを補助光源のグループｍの輝度分布の最大値、Ｌｍｍａｘｆ（ｙ−ｙｍ）をグループｍの輝度分布、Ｌｂ（ｙｎ）を全グループ点灯時の輝度分布、ＬｂｍｉｎをＬｂの最小値とし、
ｓｒ（ｙｎ）＝ｓｉ（ｙｎ）×Ｌｂｍｉｎ／Ｌｂ（ｙｎ）を計算し、
各グループｍの調光割合ｋｍを，グループｍの中でｓｒ（ｙｎ）の最大値より決定して、補助光源の全消費電力が最小となるように補助光源の光出力を制御し、Ｌａ（ｙ）＝ΣｋｍＬｍｍａｘｆ（ｙ−ｙｍ），
ｓａ（ｙｎ）＝ｓｒ（ｙｎ）Ｌｂ（ｙｎ）／Ｌａ（ｙｎ），
を計算し、全ピクセルの信号強度をｓａ（ｙｎ）より求めることを特徴とする画像情報の信号処理方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３の画像情報の信号処理方法において，略一定時間間隔で補助光源のグループごとの光出力を測定して，上記信号処理を行うことを特徴とする画像情報の信号処理方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４の画像情報の信号処理方法において，補助光源の各グループを調光割合に応じて，各グループの中で最大輝度が，最大信号レベルまたは元の入力信号レベルより大きくなるように，全ピクセルの信号強度を内挿して計算することを特徴とする画像情報の信号処理方法。
【請求項６】
補助光源を備えた画像情報表示装置において、
補助光源を複数のグループに分け、各グループは少なくとも１個の調光可能な電源を備え，グループごとに光出力を制御する手段を備え、請求項１から請求項５までの少なくとも一つの信号処理方法を備えたことを特徴とする画像情報表示装置。
【請求項７】
請求項６の画像情報表示装置において、
補助光源のグループごとの光出力を検出する手段を備えたことを特徴とする画像情報表示装置。
【請求項８】
請求項６または請求項７の画像情報表示装置において，補助光源として、蛍光ランプを備えたことを特徴とする画像情報表示装置
【請求項９】
請求項６または請求項７の画像情報表示装置において，補助光源として、発光ダイオードを備えたことを特徴とする画像情報表示装置。
【請求項１０】
請求項６または請求項７の画像情報表示装置において，補助光源として、ＥＬを備えたことを特徴とする画像情報表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は補助光源を必要とする画像情報の信号処理方法、また補助光源を必要とする画像情報表示装置、例えばバックライトを必要とする液晶テレビ、パソコン用の液晶モニタなどに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の画像情報の信号処理方法としては、例えば、電子情報通信学会技術研究報告，ＥＩＤ，９９巻，１４３号，５５ページ（１９９９年）に動画表示の画質改善のために表示光のホールド時間を短くすることが記載されている。また、同様に補助光源の消費電力を増加せずに画質の改善を図るための方法が、電子情報通信学会技術研究報告，ＥＩＤ，１０１巻，６００号，２３ページ（２００２年）にも，全てのバックライトを一括点滅するブリンクバックライト方式と黒表示データ挿入方式の組合せが記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の液晶テレビにおいては対角サイズが大きくなってくると、バックライトの消費電力が重要になってくる。対角４０インチのワイド液晶テレビはピーク輝度でＣＲＴと同等の８００ｃｄ／ｍ２が必要であり，偏光子とカラーフィルターを含んだ液晶モジュールのバックライトからの透過率を４％とすると、バックライトのピーク輝度は２０，０００ｃｄ／ｍ２が必要となる。この時、ランプの効率を４０ｌｍ／Ｗとすると、ピークの光束で２８，０００ｌｍであり、消費電力は７００Ｗとなる。さらにホールド時間を１／８とするブリンクバックライト方式や黒表示データ挿入方式を適用した場合は、ランプのピーク輝度は１６０，０００ｃｄ／ｍ２にも増やさなければならない。黒表示データ挿入方式を適用した場合は、ランプの電力は５，６００Ｗとなり非現実的な値に増加してしまう。しかしながら，通常のテレビ放送の信号の平均レベルはおよそ２５％であり、それはこのレベルまでバックライトの消費電力を減少させられることを意味している。本発明の第一の目的は、バックライトの輝度の調光により、消費電力を減少させることにある。
【０００４】
さらに本発明の第二の目的は、低い輝度の画像に対するグレイの階調の表示能力を高めることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
はじめに上記課題を解決するための原理について説明する。本発明の第一の目的のために，調光の信号処理について説明する。図２に示す４８本の蛍光ランプを持ったバックライトユニットを例として取り上げる。本方法は他のバックライトシステム、例えばＬＥＤを用いたシステムでも適用できる。ランプを８個のグループに分け，それぞれのグループに対して調光可能なインバータが用意されているものとする。図３はグループｍのみがフルパワーで点灯されている時の拡散板を通った後の輝度分布の例である。ピークの輝度およびグループの中心の垂直方向の位置（ｙ）をそれぞれＬｍｍａｘ，ｙｍと表す。曲線は
Ｌｍ（ｙ）＝Ｌｍｍａｘ  ×  ｆ（ｙ−ｙｍ）
で表される。ここでｆ（ｙ）は輝度分布関数である。全てのランプが点灯した時の輝度分布関数Ｌｂ（ｙ）は次の様になる。
Ｌｂ（ｙ）＝Σ  Ｌｍｍａｘ  ×  ｆ（ｙ−ｙｍ）、
ここで、Σはｍ＝１から８までの和を計算するものとする。
本発明による改良型の調光技術の原理は、簡単のためにバックライトシステムの中で単一のランプのみがあるとした図４で説明されている。図中でＬｂ（ｙ）は、改良型の調光を行う前のバックライトの輝度を示し、ｓｉ（ｙｎ）は、改良型の調光を行う前のｎ番目の水平走査ラインの全てのピクセルの中で最も大きな入力信号である。変換された後のｎ番目の水平走査ラインの全てのピクセルの中で最も大きな信号ｓｒ（ｙｎ）は次式によって得られる。
ｓｒ（ｙｎ）＝ｓｉ（ｙｎ）×Ｌｂｍｉｎ／Ｌｂ（ｙｎ）
ここで、Ｌｂｍｉｎは拡散板上での輝度の最小値を表す。
全てのピクセルの中でｓｒ（ｙｎ）の最大値ｓｒ（ｙｎ）ｍａｘは、信号出力の最大限度ｓｍａｘに小さいか等しくなる。それゆえＬｂ（ｙｎ）は、係数ｋ＝ｓｒ（ｙｎ）ｍａｘ／ｓｍａｘによって換算されなければならない。そして、調光の後のバックライトの輝度Ｌａ（ｙ）はｋＬｂ（ｙ）に等しくなる。同時に本発明による改良型の調光の後の信号ｓａ（ｙｎ）はｓｒ（ｙｎ）／ｋに変わり、ｓａ（ｙｎ）ｍａｘはｓｍａｘに等しくなる。液晶テレビからの出力ｓａ（ｙｎ）Ｌａ（ｙｎ）はｓｉ（ｙｎ）に比例するようになる。
【０００６】
次に本発明の第二の目的を達成するための原理について説明する。図１に示すように映像信号のピークレベルを２５５とした場合、バックライトがフル点灯の時、２５６グレイレベルが表示できる。しかし、もし信号のピークレベルが１０であれば、たった１１のレベルしか表示できない。バックライトの輝度を２５６／１１＝２３の係数でバックライトを調光し、元の信号を２５６レベルにフィットするように内挿するならば、２５６のグレイレベルに増やすことが出来る。ランプの調光は例えばパルス数変調またはデューティファクター変調を用いることにより、達せられる。
【０００７】
以上、詳しく原理を説明したが、上記課題を解決するために、本発明では、補助光源を備えた画像情報表示装置において、補助光源を複数のグループに分け、画像情報の信号強度に応じて補助光源のグループごとに光出力を制御し、同時に信号強度を補助光源の光出力に応じて再計算するように構成する。
【０００８】
さらに本発明では、補助光源からの直前の輝度情報にもとづいて信号処理を行うように構成する。
【０００９】
さらに本発明では、信号強度が低い場合は，それに応じて階調段階を細かく設定するように構成する。
【００１０】
さらに本発明では、画像情報表示装置として上述の信号処理方法を備えるように構成する。
【００１１】
さらに本発明では、補助光源として、蛍光ランプを備えるように構成する。
【００１２】
さらに本発明では、補助光源として、発光ダイオードを備えるように構成する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
つぎに本発明の実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。図５は本発明による信号処理手順を示したフローチャートである。ここでは前節のような解析的な方法でなく、値ｋｍのセットを求めるために、数値的方法を使っている。ここでｋｍはランプグループｍの調光係数（割合）である。初期値として輝度分布関数ｆ（ｙ）が必要である。図５のステップ＃２で、例えば光検出器を用いてランプの輝度を検出する、飽和輝度レベルに達するのに長い（約２０分）時定数を持っているランプのために用意されたプロセスである。このゆっくりとした変化はランプの温度の変化に依存している。ランプの温度が臨界値の約６０℃より下がったら、水銀を含有するランプの効率が減少することは注記するべきである。この条件は、長い期間かなり（深く）調光された場合に起る。ステップ＃６の方程式は、表示された画像は調光プロセスの後であっても変化しないことを示す関係式ｓａ（ｙｎ）Ｌａ（ｙｎ）＝ｓｒ（ｙｎ）Ｌｂ（ｙｎ）から得られる。
ステップ＃８では調光後のバックライトの消費電力を、ステップ＃１０でそれが最小になるように計算する。ステップ＃１１では、ブリンキングコントロールのために追加されており、今回の調光技術には直接は関係していない。ステップ＃１５は図１で説明したように信号の内挿のためにある。上記プロセスは、例えば毎秒繰り返される。
８個のランプグループの制御は多数の計算ステップを要求する。これらのステップは、例えば次の様な方法により減少させることが出来る。（１）拡散光からの輝度変化が無視できるような場所は計算は省略できる、（２）それぞれのランプグループでランプの輝度が平均的な画像レベルと等しいという初期条件から計算を始める、（３）ｓａ（ｙｎ）が減少しはじめた時に計算を止める。
【００１４】
隣接したランプグループとの間の光の漏れが大きくないならば、信号処理プロセスは図６のフローチャートで説明するように、非常に簡単に出来る。ここではまず、それぞれのグループのランプ輝度の調光係数は、他のグループからの光の拡散（ステップ＃１−＃５）を無視してランプ電力が最小になるように決められる。そして、次にＬａ（ｙ）は他のグループからの光の拡散を考慮して計算される（ステップ＃６）。ステップ＃７は本発明の改良型調光を行った後の信号を計算するためにある。
【００１５】
以上、本発明の信号処理方法の一実施例について示したが、液晶テレビなどの画像情報表示装置の一実施例について図９に示す。図中１は信号処理回路である。２は平面蛍光ランプであり，垂直方向に８個並べて、表示画面全体の面積をカバーしている。平面蛍光ランプ２は例えばキセノンを主体とする放電ガスが封入された扁平な放電空間の対辺に、一対の誘電体に覆われた電極を配置し、電極間で平面状の放電をして、広い面積の発光が得られるもので、液晶テレビのバックライトとして適した光源である。３は平面蛍光ランプを駆動するインバータであり、それぞれの平面蛍光ランプに対応して、８個ある。４は拡散板で平面蛍光ランプの上に設置されている。拡散板４の表面の一辺には垂直方向の輝度分布を測定するための線形の光センサ５が設置されている。拡散板の上には液晶モジュール６が設置されている。７は液晶パネルであり，８と９は，それぞれ垂直方向と水平方向の信号から液晶パネル７を駆動する回路である。図９の画像情報表示装置の動作は次の様になる。拡散板４上の輝度分布を光センサ５で検出する。この光センサの検出結果より得た、それぞれのｍに対するＬｍｍａｘの値と映像信号とを信号処理回路１に入力して、上述の図５に示した信号処理を行う。その結果、信号処理回路１からは平面蛍光ランプ２の調光割合を示す信号がそれぞれ対応するインバータ３に送られ、それに従って調光される。そして、信号処理回路１からは、液晶モジュール６の垂直方向の駆動回路８と、水平方向の駆動回路９に信号が送られ、信号が表示される。
【００１６】
本実施例では、外部からの映像信号を、必要にして十分な輝度が得られるレベルまで、平面蛍光ランプ２の光出力を調光するので、少ない電力で十分な輝度を持った画像情報表示装置が実現できる。
【００１７】
本実施例の変形は容易である。例えば補助光源は，平面蛍光ランプに限らず、冷陰極蛍光ランプ，高周波点灯する外部電極型の蛍光ランプ，また，放電ガスが水銀入りであっても，希ガスのみであってもよい。さらに、ＬＥＤや無機ＥＬ、有機ＥＬ等の固体発光素子であってもよい。
【００１８】
【発明の効果】
本発明による効果を、図５のフローチャートに従って計算した結果を示す。本発明の改良型調光を加える前の輝度分布Ｌｂ（ｙ）と元の入力信号ｓｉ（ｙｎ）を，それぞれ図７（ａ）と（ｂ）に示す。本発明の改良型調光を加えた後の、輝度分布Ｌａ（ｙ）と信号ｓａ（ｙｎ）も，それぞれ図７（ｃ）と（ｄ）に示した。調光係数の最適な組合せは、［ｋ］＝（１．０，０．７，０．２，０．２，０．１，０．１，０．３，０．１）であることが、見つけられた。そして、バックライトの電力は、調光する前の３４％に減少した。
図８に、簡易型計算法である図６を使って、ｍ＝８の場合、同じＬｂ（ｙ）とｓｉ（ｙｎ）を計算した結果を示す。調光係数の最適な組合せは、［ｋ］＝（０．９，０．９，０．４，０．３，０．２，０．２，０．３，０．３）であり、消費電力は４４％に減少した。ｍ＝４８の場合、同じｓｉ（ｙｎ）を簡易型計算法を使った時は、電力の減少は３７％であった。この結果は図８の方法と比べてより多く電力を減少させる結果になったが、この方法では、インバータの個数が８個ではなく４８個が要求される。
【００１９】
本発明によれば、画像表示装置が大形になった場合でも、バックライトの消費電力を小さく出来る。また，輝度信号の低い画像の場合には、信号を内挿することによって，より詳細な階調表示を行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を説明する図である。
【図２】本発明の原理を説明する図である。
【図３】本発明の原理を説明する図である。
【図４】本発明の原理を説明する図である。
【図５】本発明による一信号処理方法を示すフローチャート。
【図６】本発明による他の信号処理方法を示すフローチャート。
【図７】本発明による信号処理方法の一実施例を示す図である。
【図８】本発明による信号処理方法の他の実施例を示す図である。
【図９】本発明による画像情報表示装置の一実施例を示す図である。
【符号の説明】
Ｌｂ：調光前の，全てのランプが点灯した時の輝度分布、
ｓｉ：調光前の，水平走査ラインの中で最も大きな入力信号の分布，
ｓｒ：補助光源の輝度分布を考慮した，水平走査ラインの中で最も大きな信号の分布，
Ｌａ：調光後の，全てのランプが点灯した時の輝度分布、
ｓａ：調光後の，水平走査ラインの中で最も大きな信号の分布，
ｋｍ：ランプグループｍの調光係数（割合），
１：信号処理回路，２：平面蛍光ランプ，３：インバータ、
４：拡散板，５：光センサ，６：液晶モジュール，７：液晶パネル，
８：垂直方向駆動回路，９：水平方向駆動回路。
【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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