(57)【要約】【課題】階調潰れを抑制した画像を低演算量で実現する。【解決手段】液晶パネルは、複数の光源を含むバックライトからの光を変調することにより表示領域に映像を表示する。輝度値算出部は、複数の画素の信号値を含む入力映像信号に基づき、前記複数の光源の光源輝度値を算出する。輝度分布算出部は、光源輝度値に応じた強度で複数の光源が発光したときの、前記表示領域を仮想的に分割した複数の照明領域における光の輝度分布を算出する。代表値算出部は、入力映像信号に基づき、前記表示領域を複数に分割した分割領域毎に代表輝度値を算出する。信号補正部は、輝度分布に基づき入力映像信号を、代表輝度値の最大値と、代表輝度値の平均値との差分に応じて補正して補正映像信号を算出する。【選択図】図１
2012053415.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ発光輝度を制御可能な複数の光源を有するバックライトと、
前記バックライトからの光を変調することにより表示領域に映像を表示する液晶パネルと、
複数の画素の信号値を含む入力映像信号に基づき、前記複数の光源の光源輝度値を算出する輝度値算出部と、
前記光源輝度値に応じた強度で前記複数の光源が発光したときの、前記表示領域を仮想的に分割した複数の照明領域における光の輝度分布を算出する輝度分布算出部と、
前記入力映像信号に基づき、前記表示領域を複数に分割した分割領域毎に代表輝度値を算出する代表値算出部と、
前記輝度分布に基づき前記入力映像信号を、前記代表輝度値の最大値と、前記代表輝度値の平均値との差分に応じて補正することにより補正映像信号を算出する信号補正部と、
を備えた液晶表示装置。
【請求項２】
前記信号補正部は、前記差分が大きいほど、前記入力映像信号をより小さな値に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３】
前記信号補正部は、前記差分が大きくなるほど値が小さくなるような補正係数を求め、前記補正係数を前記入力映像信号に乗じることにより前記補正映像信号を算出する
ことを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記信号補正部は、入力映像信号の値と、補正映像信号の値とを対応付けた複数の階調特性データの中から、前記差分に応じた階調特性データを選択し、選択した階調特性データに従って、前記入力映像信号を補正する
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】
前記信号補正部は、前記差分が大きくなるほど前記入力映像信号をより小さな値に補正するような前記階調特性データを選択する
ことを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記信号補正部は、入力映像信号の値と、補正映像信号の値とを対応付けた２つの階調特性データを用い、前記２つの階調特性データからそれぞれ求まる前記補正映像信号の値を、前記差分に応じてそれぞれ定まる重みで重み付け合計することにより、前記補正映像信号を算出し、
前記２つの階調特性データのうち、一方の階調特性データは、入力映像信号の値に対し他方の階調特性データよりも大きな補正映像信号の値を対応づけており、
前記信号補正部は、前記差分が大きいほど、前記一方の階調特性データに対する重みを小さく、前記他方の階調特性データに対する重みを大きくする
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７】
前記信号補正部は、前記差分が大きくなるほど値が小さくなるように補正係数を求め、前記一方の階調特性データに対する重みを、前記補正係数の値に設定し、前記他方の階調特性データに対する重みを、所定値から前記補正係数の値を減じた値に設定する
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８】
前記信号補正部は、前記補正係数に基づき、３つ以上の複数の階調特性データの中から、使用する前記２つの階調特性データを選択する
ことを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記信号補正部は、前記輝度分布に応じて前記入力映像信号を伸張し、伸張した映像信号を前記差分に基づき補正することにより前記補正映像信号を算出する
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１０】
前記画素値は、Ｒサブピクセル，ＧサブピクセルおよびＢサブピクセルの信号値を含み、
前記信号補正部は、
前記Ｒ，Ｇ、Ｂサブピクセルのうち、最も大きい信号値をもつ最大サブピクセルについては、前記輝度分布と前記差分に基づき前記信号値を補正し、
残りの２つのサブピクセルについては、前記最大サブピクセルの信号値と、前記最大サブピクセルの補正された信号値との比率を乗じることにより、それぞれの前記信号値を補正する
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１１】
前記差分は、前記代表輝度値の最大値から、前記代表輝度値の平均値を減じた値、または前記代表輝度値の最大値を前記代表輝度値の平均値で除した値である
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１２】
前記分割領域は、前記照明領域と同じ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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、複数の光源を有するバックライトを備えた液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置において、表示する映像のコントラストの向上や、消費電力の低減を目的として、映像信号に合わせてバックライトが発する光の輝度を制御する技術についての研究が行われている。
【０００３】
特に、画面を複数の領域に分割し、映像信号に合わせて各領域の光源の輝度を独立に制御する方法が一般的となっている。
【０００４】
輝度制御によって光源輝度を下げた際に、表示輝度を維持するため信号値の伸張が行われる。この伸張により発生する階調潰れを低減する方法として、信号値が大きいほど、伸張ゲインを小さく設定することで階調潰れを防ぐという方法が提案されている。
【０００５】
しかしながら、上記従来技術では、画素位置毎に異なる伸張ゲインを計算し、当該伸張ゲインにより入力信号値に対して非線形な伸張信号値を計算する必要がある。このため、演算量が膨大になる問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９‐１８０９３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、膨大な演算を行うことなく、階調潰れが抑制された高コントラストな画像を表示することにある。
【発明を解決するための手段】
【０００８】
本実施形態によれば、バックライトと、液晶パネルと、輝度値算出部と、輝度分布算出部と、代表値算出部と、信号補正部と、とを備えた液晶表示装置が提供される。
【０００９】
前記バックライトは、それぞれ発光輝度を制御可能な複数の光源を有する。
【００１０】
前記液晶パネルは、前記バックライトからの光を変調することにより表示領域に映像を表示する。
【００１１】
前記輝度値算出部は、複数の画素の信号値を含む入力映像信号に基づき、前記複数の光源の光源輝度値を算出する。
【００１２】
前記輝度分布算出部は、前記光源輝度値に応じた強度で前記複数の光源が発光したときの、前記表示領域を仮想的に分割した複数の照明領域における光の輝度分布を算出する。
【００１３】
前記代表値算出部は、前記入力映像信号に基づき、前記表示領域を複数に分割した分割領域毎に代表輝度値を算出する。
【００１４】
前記信号補正部は、前記輝度分布に基づき前記入力映像信号を、前記代表輝度値の最大値と、前記代表輝度値の平均値との差分に応じて補正することにより補正映像信号を算出する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１の実施形態の液晶表示装置を示す図。
【図２】階調潰れ推定部の構成を示す図。
【図３】信号補正部の構成を示す図。
【図４】バックライトの構成例を示す図。
【図５】図１の液晶表示装置の動作を示すフローチャート。
【図６】液晶パネルの各画素位置に入射する光の輝度分布を推定する際に行う畳み込み演算の例を示す図。
【図７】補正係数の求め方の一例を示す図。
【図８】補正係数の値に応じて、使用する補正階調特性を選択する例を示す図。
【図９】複数の基本階調特性をそれぞれ、補正係数の値に応じた重みで合成することにより、補正階調特性を算出する例を示す図。
【図１０】中心付近の信号値が高く、周囲の信号値が低い入力画像の例を用いて、第１の実施形態の効果を説明する図。
【図１１】図１０の入力画像例の場合の第１の実施形態の効果を示す図。
【図１２】全体に信号値が高い入力画像の例を用いて、第１の実施形態の効果を説明する図。
【図１３】図１２の入力画像例の場合の第１の実施形態の効果を示す図。
【図１４】第２の実施形態に係る信号補正部の構成を示す図。
【図１５】図１４の信号補正部の変形例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、第1および第２の実施形態について説明する。なお、互いに同様の動作をする構成や処理には共通の符号を付して、重複する説明は省略する。
【００１７】
[第１の実施形態]
図１は、本実施形態の液晶表示装置１００を示す図である。
【００１８】
液晶表示装置１００は、輝度値算出部１０２と、輝度分布算出部１０４と、階調潰れ推定部１０７と、信号補正部１０６と、画像表示部１１６と、光源制御部１１２と、液晶制御部１１０と、を備えている。
【００１９】
画像表示部１１６は、バックライト１１５と、液晶パネル１１４とを有する。
【００２０】
バックライト１１５は、それぞれ独立に輝度を制御可能な複数の光源を有する。
【００２１】
液晶パネル１１４は、バックライト１１５からの光の透過率又は反射率を変調することにより画像表示を行う。
【００２２】
なお、本実施形態では、バックライト１１５が、独立に制御可能な複数の白色発光ダイオード（ＬＥＤ）の光源を有し、光源ごとに光の強度を独立に制御する例について以下説明する。
【００２３】
まず、バックライト１１５における各光源の空間的な配置に基づいて、液晶パネル１１４の表示領域を仮想的に分割した領域を照明領域として定義する。すなわち照明領域は各光源の個数と同数存在し、各照明領域は、各光源のうちそれぞれ異なる光源（最も近傍に位置する光源）に対応づけられる。入力映像信号１０１の各画素の信号が各照明領域のうちいずれの領域に属するかはあらかじめ定義して、輝度値算出部１０２に記憶させておく。
【００２４】
輝度値算出部１０２は、各光源に対応する照明領域毎に、当該照明領域内の画素の信号値に応じて、光源の輝度値を算出する。すなわち、輝度値算出部１０２は、入力映像信号１０１をガンマ変換した後、照明領域毎に画素の輝度値から、光源輝度値１０３を算出する。
【００２５】
輝度分布算出部１０４は、光源輝度値１０３に従ってバックライト１１５が光を液晶パネル１１４に照射した際に液晶パネル１１４の各画素位置に入射する光の輝度(以下、輝度分布と記載)１０５を推定する。
【００２６】
階調潰れ推定部１０７は、信号補正部１０６での入力映像信号の補正に用いる、補正係数１０８を入力映像信号１０１から算出する。
【００２７】
図２に階調潰れ推定部１０７を示す。
【００２８】
階調潰れ推定部１０７は、代表値算出部１２０と差分値算出部１２２と補正係数算出部１２４を有する。
【００２９】
代表値算出部１２０は、入力映像信号１０１の画面（１フレーム）を複数の分割領域に分割し、分割領域毎に画素の輝度値から代表値１２１を算出する。
【００３０】
差分値算出部１２２は、全分割領域のそれぞれの代表値から平均値を算出するとともに、全分割領域の代表値のうちの最大値を特定し、最大値と平均値との差分値１２３を算出する。後述するように、差分値１２３が大きいほど、信号補正部１０６で伸張した入力映像信号をそのまま表示すると、入力映像の階調潰れが発生しやすいことを意味する。
【００３１】
補正係数算出部１２４は、差分値１２３が大きくなるほど値が小さくなり、差分値１２３が小さいほど、値が大きくなるように、補正係数１０８を算出する。したがって値の大きい補正係数１０８は、入力映像の階調潰れが発生しにくく、値の小さい補正係数１０８は、入力映像の階調潰れが発生しやすいことを表している。つまり、補正係数１０８は、入力映像の階調潰れの発生しやすさを示した指標であるといえる。
【００３２】
図１の信号補正部１０６は、輝度分布１０５と補正係数１０８に従って入力映像信号１０１から補正映像信号１０９を算出する。
【００３３】
図３に信号補正部１０６を示す。
【００３４】
信号補正部１０６は、信号伸張部１３０と階調補正部１３２を有する。
【００３５】
信号伸張部１３０は、入力映像信号１０１を輝度分布１０５に従って伸張した伸張映像信号１３１を算出する。
【００３６】
階調補正部１３２は、伸張映像信号１３１を補正係数１０８に従って補正した補正映像信号１０９を算出する。
【００３７】
図１の光源制御部１１２は、光源毎に算出された光源輝度値１０３に基づき、光源制御信号１１３を生成し、光源輝度制御信号１１３を送出することによりバックライト１１５を駆動する。
【００３８】
液晶制御部１１０は、補正映像信号１０９に従って、液晶パネル１１４の変調（画素毎の透過率または反射率）を制御する。
【００３９】
図４（ａ）および図４（ｂ）はそれぞれ、バックライト１１５の詳細な構成例を示す図である。
【００４０】
図4（ａ）は直下型のバックライトの一例を示す。バックライト１１５は、複数個の白色光源１４０を備えている。それぞれの光源は、発光強度を独立に制御することが可能である。各白色光源１４０にそれぞれ対応して、表示領域内で、照明領域１４１が定義されている。
【００４１】
図４（ｂ）は2辺エッジ型のバックライトの一例を示す。２辺に沿って、それぞれ白色光源１４２が配列されている。白色光源１４２で発光した光は、導光板１４４によって表示領域に導かれる。各白色光源１４２にそれぞれ対応して、表示領域内で、照明領域１４３が定義されている。
【００４２】
なお、図４（ａ）および図４（ｂ）はバックライトの構成の1例であり、その他の構成であってもよい。例えば、バックライト１１５の光源は白色光源に限らず、2色以上の複数色の光源を備えていてもよい。
【００４３】
次に、本実施形態の液晶表示装置１００の動作の詳細について説明する。
【００４４】
図５は、本実施形態の液晶表示装置１００の動作を示すフローチャートである。
【００４５】
まず、輝度値算出部１０２は入力映像信号１０１の各画素のR、G、Bサブピクセル毎の階調値Sinに対して式(１)のガンマ変換を行い、Linに変換する。
【数１】
2012053415.tif 000003
γはガンマ係数を表す。また、予め入力される階調値とガンマ変換後の階調値とを対応付けたルックアップテーブルを用意しておき、このテーブルを参照することでガンマ変換演算を行ってもよい。入力映像信号１０１の全画素のR、G、B各サブピクセルの値に対して上記の変換を行う。
【００４６】
輝度値算出部１０２は、次に入力映像信号１０１の各画素に対してＲ、Ｇ、Ｂサブピクセルの信号値の最大値を算出し、当該画素の輝度値とする。本実施形態では、R、G、Bの信号値の最大値を当該画素の輝度値としたが、Ｒ、Ｇ、Ｂの信号値の平均値や、Ｒ、Ｇ、Ｂの信号値をY、U、V信号に変換したYを、当該画素の輝度値としても良い。
【００４７】
輝度値算出部１０２はさらに、照明領域毎に画素の輝度値の最大値を算出し、光源輝度値１０３とする（S２０１）。本実施形態では、光源輝度値１０３は照明領域内の画素の輝度値の最大値としたが、照明領域内の画素の明度の最大値と最小値の中心値に定数を乗じた値でもよい。または、照明領域内の画素の輝度値の平均値や、最頻値や、中央値でもよい。
【００４８】
次に、輝度分布算出部１０４は、光源輝度値１０３に従ってバックライト１１５の各光源が光を液晶パネル１１４に照射した際に液晶パネル１１４の各画素位置に入射する光の輝度分布１０５を推定する（S２０２）。
【００４９】
具体的には、各照明領域の光源輝度値１０３と、予め求められた光源の発光輝度分布を式(２)に示す畳み込み演算を行うことで、位置(x,y)における光源の輝度分布１０５であるW(x,y)を求めている。
【数２】
2012053415.tif 000004
ただし、M、Nはそれぞれ発光輝度分布の水平方向と垂直方向のサイズであり、BLout(x,y)は、座標(x,y)が含まれる領域の光源輝度、P(i,j)は位置(i,j)における発光輝度分布の輝度値を示す。
【００５０】
畳み込み演算の例を図６に示す。図６において、黒丸で示した位置が輝度分布W(x,y)を算出する画素位置(x,y)である。ハッチングが施された四角形がM×Nの発光輝度分布である。発光輝度分布中の座標(i,j)の白丸は、画像における画素の座標では
【数３】
2012053415.tif 000005
と表される。また、画像の外郭部にあたる領域に関しては、光源輝度値１０３を鏡面反射させることで、式(２)の畳み込み演算を行い、光源輝度分布１０５であるW(x,y)を求めている。なお、式(２)の畳み込み演算は、光源輝度分布を算出するための一例であって、その他の手段で光源輝度分布を算出しても良い。
【００５１】
輝度分布算出部１０４で算出された光源輝度分布１０５は、信号補正部１０６に入力される。
【００５２】
次に、階調潰れ推定部１０７は入力映像信号１０１から、入力映像の階調潰れの発生しやすさを示す補正係数１０８を算出する。
【００５３】
具体的には、図２の代表値算出部１２０は入力映像信号１０１の各画素のR、G、Bサブピクセルの信号値に対してガンマ変換を行う。代表値算出部１２０はさらに、ガンマ変換後における各画素のR、G、Bサブピクセルの信号値の最大値を、当該画素の輝度値とする。
【００５４】
本実施形態では、Ｒ、Ｇ、Ｂの信号値の最大値を当該画素の輝度値としたが、Ｒ、Ｇ、Ｂの信号値の平均値やＲ、Ｇ、Ｂの信号値をY,U,V信号に変換したYを、当該画素の輝度値としても良い。
【００５５】
さらに代表値算出部１２０は、入力映像信号１０１の画面を複数の分割領域に分割し、分割領域毎に画素の輝度値の代表値１２１を算出する（S２０３）。
【００５６】
ここで代表値を算出する分割領域のサイズは、任意の大きさをとることが可能である。たとえば、分割領域のサイズは、照明領域と同じ大きさであってもよいし、1画素であってもよい。すなわち分割領域のサイズは、1画素単位で任意の大きさをとることが可能である。
【００５７】
分割領域サイズを照明領域サイズと同サイズにする場合は、輝度値算出部１０２で算出した光源輝度値１０３をそのまま代表値１２１としてもよい。
【００５８】
次に差分値算出部１２２は、全分割領域の代表値１２１の平均値を算出するとともに、全分割領域の代表値１２１の最大値を特定し、最大値と平均値の差分値１２３を算出する（S２０４）。
【００５９】
平均値は、全分割領域の代表値の加重平均した値でもよいし、最大値をとる領域の代表値に対してガウシアンフィルタのような重み付き平滑化を行った値でもよい。
【００６０】
また差分値１２３は、最大値から平均値を減じることによって算出する。別の算出方法として、最大値を平均値で除することによって差分値１２３を算出することも可能である。
【００６１】
差分値１２３が大きい場合は、画素値の分布が広いことを意味する。この場合、分布の広い画素値のいずれかのレベルの輝度で光源を発光させると、光源の発光輝度と画素の輝度値間の誤差が大きくなるため、階調潰れが発生しやすい。一方で、差分値が小さい場合は、画素値の分布が狭く、全体的に同じような大きさの画素値をとることを意味する。この場合、光源の発光輝度と入力信号値の輝度との誤差は小さくなるので、階調潰れは発生しにくい。
【００６２】
次に補正係数算出部１２４は、差分値１２３から、伸張信号を補正するための補正係数を算出する（S２０５）。上述したように、補正係数算出部１２４は、差分値１２３が大きいほど（階調潰れが発生しやすいほど）、補正係数１０８を小さく設定する。一方、補正係数算出部１２４は、差分値１２３が小さいほど（階調潰れが発生しにくいほど）、補正係数１０８を大きく設定する。補正係数は、入力映像信号１０１の１フレームに対して１つ設定される。
【００６３】
図７に差分値１２３と補正係数１０８の関係の一例を示す。
【００６４】
図７に示すように、差分値１２３が大きいほど（階調潰れが発生しやすいほど）、補正係数１０８を小さく設定する。一方、差分値１２３が小さいほど（階調潰れが発生しにくいほど）、補正係数１０８を大きく設定する。補正係数１０８が小さいほど、後述する信号補正部１０６における補正で、信号値を下げる方向に補正を行う必要性が大きいことを意味している。
【００６５】
図７に示した、差分値１２３と補正係数１０８との関係は一例であって、両者の関係は図７の例に限定されない。
【００６６】
補正係数算出部１２４は、図７に示したような差分値１２３と補正係数１０８の関係をルックアップテーブルに保持しておき、このテーブルを参照することで補正係数１０８を算出する。
【００６７】
次に、図１の信号補正部１０６は、輝度分布１０５と補正係数１０８に従って、入力映像信号１０１に対して伸張と補正を行うことにより、補正映像信号１０８を求める。
【００６８】
具体的には、まず図３の信号伸張部１３０が、入力映像信号１０１を輝度分布１０５に従って伸張する（S２０６）。入力映像信号１０１中の位置(x,y)の画素のＲＧＢの値（ガンマ変換後の値）をそれぞれRin(x,y),Gin(x,y),Bin(x,y)とする。一般に、液晶パネル１１４上で表示されるRGBの値DR(x,y),DG(x,y),DB(x,y)は、輝度分布１０５の(x,y)における輝度値W(x,y)の下で、液晶パネル１１４の色成分毎の透過率 TR(x,y),TG(x,y),TB(x,y)を使用して式(３)のように表される。
DR(x,y)=TR(x,y)×W(x,y)
DG(x,y)=TG(x,y)×W(x,y)      （３）
DB(x,y)=TB(x,y)×W(x,y)
DR(x,y)=Rin(x,y), DG(x,y)=Gin(x,y), DB(x,y)=Bin(x,y)であるので、Rin(x,y),Gin(x,y),Bin(x,y)は式（４）のように表現される。
Rin(x,y)=TR(x,y)×W(x,y)
Gin(x,y)=TG(x,y)×W(x,y)     （４）
Bin(x,y)=TB(x,y)×W(x,y)
従って、Rin(x,y),Gin(x,y),Bin(x,y)を表示するための伸張透過率RTR(x,y),GTR(x,y),BTR(x,y)は、式(５)のように算出される。
【数４】
2012053415.tif 000006
【００６９】
透過率の補正は、式(５)によって求めても良いし、予め入力信号値と光源輝度分布の値と透過率とを対応付けたルックアップテーブルを用意しておき、このテーブルを参照することで透過率を求める構成であってもよい。
【００７０】
伸張透過率(RTR(x,y),GTR(x,y),BTR(x,y))によって、液晶パネル１１４に表示される伸張映像１３１の信号値を(Rout(x,y),Gout(x,y),Bout(x,y))とする。伸張映像１３１の信号値Rout(x,y)は、式（６）のように伸張透過率RTR(x,y)を逆ガンマ変換することで求められる。（Gout(x,y)、Bout(x,y)についても同様。）
【数５】
2012053415.tif 000007
【００７１】
次に、階調補正部１３２は、伸張映像信号１３１を補正係数１０８に従って補正し、補正映像信号１０９を求める（S２０７）。
【００７２】
具体的な補正方法として、以下３つの例を示す。
【００７３】
第1の補正例では、伸張映像信号１３１と補正映像信号１０９間の階調特性を表す補正階調特性を予めルックアップテーブルに複数種類保持しておく。補正係数に応じて補正階調特性をルックアップテーブルから選択して、式（７）に示すように、選択した補正階調特性に従って、補正信号値R’out(x,y)を算出する。
【数６】
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ただし、LUTαは、補正係数1０８がαの時の伸張映像信号１３１と補正映像信号１０９の関係を表す補正階調特性である。
【００７４】
図８に補正階調特性の例を示す。図８は、LUTに異なる４種類の補正階調特性を保持している例である。
【００７５】
図８の補正階調特性１〜補正階調特性４は、伸張映像補正値が高い値であるほど傾きが緩やかな階調特性の例である。補正階調特性１，２，３，４の順で、伸張映像信号の値に対しより小さな補正映像信号の値を対応づけている。伸張映像信号の最大値では、各特性とも、同じ補正映像信号の値（最大値）を対応づけている。
【００７６】
補正階調特性１は、伸張映像信号値が２５５までは、補正映像信号値と伸張映像信号値が１：１の関係に近いが、伸張映像信号値が２５５以上の時は補正映像信号値がほぼ２５５となるため、階調潰れが発生しやすい。
【００７７】
一方で、補正階調特性４は、補正映像信号値を下げることで階調性を保つ階調補正であり、伸張映像信号値が高い場合でも階調潰れを低減することが可能である。
【００７８】
補正階調特性１〜４のような特性が異なる階調特性を複数ルックアップテーブルに保持しておいて、補正係数αが大きいほど補正階調特性１に近い階調特性を選択し、補正係数αが小さいほど補正階調特性４に近い階調特性を選択する。
【００７９】
図８の補正階調特性は４種類だが、より多数の補正階調特性をルックアップテーブルに保持し、より細かい粒度で、補正係数αの値に対応した補正階調特性を求めることも可能である。
【００８０】
第２の補正例では、事前に基本階調特性を複数用意しておく。そして、図９のように補正係数αの値に応じて、これらの基本階調特性を重み付け合成した補正階調特性を取得する。この補正階調特性に従って、伸張映像信号から、補正映像信号を算出する。
【００８１】
図９の場合は、ルックアップテーブルに、基本階調特性１と基本階調特性２の２種類の基本階調特性を保持している。基本階調特性１（２つの階調特性データのうちの一方の階調特性データ）は、基本階調特性２（他方の階調特性データ）よりも、伸張映像信号の値に対しより大きな補正映像信号の値を対応づけている。
【００８２】
この２つの基本階調特性を補正係数αによって式（８）のように合成して補正階調特性を取得する。この補正階調特性に伸張映像信号を与えることで、補正映像信号値を算出する。
【００８３】
すなわち、基本階調特性１における伸張映像信号値Rout(x,y)に対する補正信号値をLUT１(Rout(x,y))、基本階調特性２における伸張映像信号値Rout(x,y)に対する補正信号値をLUT２(Rout(x,y))とすると、補正映像信号値R’out(x,y)は式（８）のように算出される。
【数７】
2012053415.tif 000009
【００８４】
式（８）では基本階調特性１に対する重みをα、基本階調特性２に対する重みを１−αとしている。補正係数αの算出方法に依存して、基本階調特性１に対する重みをα、基本階調特性２に対する重みをK−αとしてもよい。Kは、αより大きい任意の定数である。
【００８５】
このように、第２の補正例では、基本階調特性の合成により補正階調特性を算出する。これにより、ルックアップテーブルに大量の補正階調特性を保持していなくても、補正係数αに応じた補正映像信号を算出することが出来る。
【００８６】
図９の例では基本階調特性は2つであったが、基本階調特性は3つ以上の複数個保持しても良い。この場合、αの値に応じて複数個の基本階調特性から2つの基本階調特性を選出し、選出された2つの基本階調特性を式（８）のように合成して補正階調特性を算出してもよい。
【００８７】
第３の補正方法では、式（９）のように伸張映像信号値Rout(x,y)に補正係数αを乗じることで、補正映像信号値R’out(x,y)を算出する。したがって、補正係数αの値が小さいほど、伸張映像信号はより小さい値へ補正され、補正係数αの値が大きいほど、伸張映像信号はより大きい値へ補正される。
R’out(x,y)= α×Rout(x,y)     （９）
【００８８】
信号補正部1０６で算出された補正映像信号１０９は液晶制御部１１０に入力される。
【００８９】
光源制御部１１２は、光源輝度値１０３に応じた輝度で各光源が発光するようにバックライト１１５を制御するための光源制御信号１１３を生成し、光源制御信号１１３をバックライト１１５に送る。バックライト１１５は、光源制御信号１１３にしたがって各光源を発光させる（S２０８）。
【００９０】
液晶制御部１１０は、補正映像信号１０９に応じた変調が画素毎に行われるように液晶制御信号１１１を制御するための液晶制御信号１１１を生成し、液晶パネル１１４に送る。液晶パネル１１４は、液晶制御信号１１１に応じて画素毎にバックライト１１５からの光を変調することで、液晶パネル１１４上の表示領域に画像を表示する（Ｓ２０８）。
【００９１】
ここで、本実施形態の効果を図１０〜図１３を用いて説明する。
【００９２】
図１０（ａ）は、水平方向１２画素×垂直方向１２画素から形成される入力画像を示す。
【００９３】
図１０（ａ）の入力画像に対して、水平方向３×垂直方向３個の９個の光源を持つバックライトを想定する。水平方向４画素×垂直方向４画素を１照明領域として画像全体を９領域に分割する。各照明領域の光源輝度値のイメージを図１０（ｂ）に示す。各照明領域内の画素の最大値を、その照明領域の光源輝度値として設定している。領域５の光源輝度は高いが、周囲の領域の光源輝度が低い。
【００９４】
図１０（ｂ）のように光源輝度値を設定した時に、液晶パネルの画素位置y=0の水平方向の各画素位置に入射する光源の輝度を図示したものが図１０（ｃ）である。領域５の光源輝度値に対し周囲の領域の光源輝度値が低いため、領域5内の画素位置では光源輝度値に対して実際に液晶パネルに入射する輝度は大きく低下し、階調潰れが発生しやすい。
【００９５】
特許文献１では、液晶パネルに入射する光源輝度によって決まる伸張ゲインに応じて階調特性を計算するが、画素位置によって入射する光源輝度が異なるため、伸張ゲインも画素位置によって異なり、画素によって異なる伸張ゲイン毎に階調特性を計算する必要がある。その場合、図１０（ａ）の入力画像に対して図１０（ｂ）のような光源輝度を設定し光源を発光させた場合、図１１（ａ）に示すように画素位置１〜６に対してそれぞれの輝度１〜６に応じた階調特性１〜６を計算する必要がある。画素数が多い場合は、画素数分の階調特性を算出する（非線形の演算を行う）ため、演算量が膨大となる。
【００９６】
これに対して提案方式では、１画像に対して補正階調特性を１つ算出すればよい。たとえば第２の補正例では、全分割領域の光源輝度値の最大値と平均値の差分値から画像に対する1つの補正係数αを算出する。そして、補正係数αによって、階調潰れが発生しやすい基本階調特性１と、階調潰れが発生しにくい基本階調特性２を合成することで補正階調特性を求める。この補正階調特性を用いて伸張信号のすべてを補正する。これにより画面全体の輝度の低下をできるだけ抑制しつつ、階調潰れを減少した画像を、低演算量で表示できる。具体的に、図１０の例では、入力画像と光源輝度値の場合は差分値が大きいので、階調潰れが発生しやすいと推定され、補正係数αは小さく設定される。この結果、図１１（ｂ）のように階調潰れの発生しづらい基本階調特性２に近い補正階調特性が１つ算出される。これにより、図１０（ａ）のような入力画像に対しては、画面の全体の輝度は低下する方向に補正されるものの、階調のクリッピングを抑制して、階調潰れを減少した画像を表示できる。
【００９７】
上記説明では第２の補正例を用いたが、前述した第1の補正例または第3の補正例を用いてもよい。
【００９８】
別の例として図１２（ａ）に示すような入力画像を考える。図１２（ａ）の入力画像は、全体的に信号値が高く、特に中央付近の画素の信号値が高い画像である。
【００９９】
図１０と同様に照明領域の光源輝度値のイメージを図１２（ｂ）に示す。領域５の光源輝度が高いが、周囲の領域の輝度も図１０（ｂ）に比べて十分に大きい。図１２（ｂ）の光源輝度値で光源が実際に発光したときの液晶パネルの各画素位置に入射する輝度を図１２（ｃ）に示す。液晶パネルの各画素位置に入射する光源の輝度は全体的に高く、光源輝度値との誤差が小さいため階調潰れは発生しにくい。
【０１００】
図１２（ｃ）の場合、従来における伸張ゲイン毎に階調特性を計算すると、図１３（ａ）に示すように画素位置１〜６に対してそれぞれの輝度１〜６に応じたそれぞれ階調特性１〜６を計算する必要がある。画素数が多い場合は画素数分の階調特性を算出するため演算量が膨大となる。
【０１０１】
これに対して、提案方式では、上述したように、１画像に対して補正階調特性を１つ算出し、この補正階調特性を用いて伸張信号のすべてを補正する。これにより画面全体の輝度の低下をできるだけ抑制しつつ、階調潰れを減少した画像を、低演算量で表示できる。具体的に、図１２（ｂ）の光源輝度値は最大値と平均値が近い値をとるため、階調潰れが発生しにくいと推定され、補正係数αは1に近い値が設定される。その結果、階調潰れが発生しやすい基本階調特性１に近づくように、基本階調特性1と階調潰れが発生しづらい基本階調特性２を合成することで、図１３（ｂ）のような補正階調特性が求まる。つまり、図１２（ａ）に示すような入力画像に対しては、階調潰れが発生しやすい基本階調特性１に近い補正階調特性を用いても、階調潰れが抑制された画像を、画面全体の輝度の低下を抑制しつつ、表示できる。
【０１０２】
以上、本実施形態によれば、差分値が大きい（階調潰れが発生しやすい）画像ほど、伸張映像信号をより小さな値に補正するようにしたことにより、差分値の大きい画像では、画面の全体の輝度は低下する方向に補正されるものの、階調潰れを減少した画像を表示できる。また差分値の大きい画像では、画面全体の輝度の低下を抑制しつつ、階調潰れを抑制した画像を表示できる。
【０１０３】
本実施形態では、１つの入力画像に対して補正階調特性を1つだけ算出すればよく、特許文献１のように画素毎に補正階調特性を求める演算を行う必要はない。したがって、膨大な演算を行う必要なく、簡易的に階調潰れが抑制された高コントラストな画像を表示することが可能になる。
【０１０４】
[第２の実施形態] 
図１４は本実施形態に係る信号補正部１０６を示したものである。第１の実施形態の構成に加えて、信号補正部１０６がRGB最大値検出部１５０とゲイン乗算部１５４をさらに備えている。図３と同一名称の要素には同一の符号を付して、拡張された処理を除き、重複する説明を省略する。
【０１０５】
RGB最大値検出部１５０は、入力映像信号１０１に対して各画素において、R、G、Bサブピクセル中で最も信号値の高いサブピクセルを検出する。RGB最大値検出部１５０は、検出したサブピクセルの信号値を、RGB最大値１５１として信号伸張部１３０とゲイン乗算部１５４へ送る。
【０１０６】
第1の実施形態では、信号伸張部１３０において、各画素の全サブピクセルの信号値に対して、信号の伸張を行っていたが、本実施形態においては、各画素のRGB最大値１５１のみ伸張を行い、RGB最大伸張値１５２を階調補正部１３２に送る。
【０１０７】
より詳細には、信号伸張部１３０は、RGB最大値１５０に対してガンマ変換を行い、第1の実施形態と同様に、ガンマ変換されたRGB最大値１５１を輝度分布１０５に従って伸張する。信号伸張部１３０は、伸張したRGB最大値に逆ガンマ変換を行い、逆ガンマ変換された値を、RGB最大伸張値１５２として階調補正部１３２に入力する。
【０１０８】
階調補正部１３２は、補正係数１０８に応じてルックアップテーブルから選択した補正階調特性に従って、RGB最大伸張値１５２を補正することで、RGB最大補正値１５３を算出し、ゲイン算出部１５４に送る。補正階調特性は、２つの基本階調特性を補正係数αに応じて重み付け合成することで算出してもよい。または複数の基本階調特性を格納したルックアップテーブルから補正係数αに応じて２つの基本階調特性を選択し、選択した２つの基本階調特性を補正係数αに応じて重み付け合成することで、補正階調特性を算出してもよい。RGB最大伸張値１５２に、補正係数１０８を乗じることで、RGB最大補正値１５３を算出してもよい。階調補正部１３２の動作の詳細は第1の実施形態で述べたためこれ以上は行わない。
【０１０９】
ゲイン算出部１５４は、RGB最大補正値１５３とRGB最大値１５１の比率を用いて、式（１０）のように補正映像信号１０９を算出する。
【数８】
2012053415.tif 000010
ただし、(Rin ,Gin ,Bin)は入力映像信号１０１、(Rout ,Gout ,Bout)は補正映像信号１０９、MAXinはRGB最大値１５１、MAXoutはRGB最大補正値１５３を表す。
【０１１０】
図１５は図１４の変形例を示し、RGB最大値検出部１５０が信号伸張部１３０と階調補正部１３２の間に置かれている。図１４と同一名称の要素には同一の符号を付して、拡張された処理を除き、重複する説明を省略する。
【０１１１】
この場合は、信号伸張部１３０が、入力映像信号１０１の画素の全サブピクセルの信号値をガンマ変換し、ガンマ変換後の信号を輝度分布１０５に従って伸張する。信号伸張部１３０は、伸張した信号に逆ガンマ変換を行うことで伸張映像信号１３１を取得し、伸張映像信号１３１を、RGB最大値検出部１５０とゲイン乗算部１５４に入力する。
【０１１２】
RGB最大値検出部１５０は、伸張映像信号１３１の各画素においてRGBサブピクセルの中で最も信号値が高いサブピクセルを検出する。RGB最大値検出部１５０は、検出したサブピクセルの信号値を、RGB最大伸張値１５２として階調補正部１３２とゲイン乗算部１５４に入力する。
【０１１３】
階調補正部１３２は、RGB最大伸張値１５２に対して、補正係数１０８に応じてルックアップテーブルから選択した補正階調特性に従って補正することで、RGB最大補正値１５３を算出しゲイン算出部１５４に送る。補正階調特性は、２つの基本階調特性を補正係数１０８αに応じて重み付け合成することで取得してもよい。または複数の基本階調特性を格納したルックアップテーブルから補正係数１０８に応じて２つの基本階調特性を選択し、選択した２つの基本階調特性を補正係数１０８に応じて重み付け合成することで、補正階調特性を取得してもよい。RGB最大伸張値１５２に、補正係数１０８を乗じることで、RGB最大補正値１５３を算出してもよい。階調補正部１３２の動作の詳細は第1の実施形態で述べたためこれ以上は行わない。
【０１１４】
ゲイン算出部１５４は、RGB最大補正値１５３とRGB最大伸張値１５２の比率を用いて、式（１１）のように補正映像信号１０９を算出する。
【数９】
2012053415.tif 000011
ただし、(R’in ,G’in ,B’in)は伸張映像信号１３１、(Rout ,Gout ,Bout)は補正映像信号１０９、MAX’inはRGB最大伸張値１５２、MAX’out はRGB最大補正値１５３を表す。
【０１１５】
以上、本実施形態によれば、補正映像信号１０９のRGBの色の比率が入力映像信号１０１のRGBの色の比率と同一となるため、入力画像に対して色ずれを起こすことなく、階調潰れを抑制した画像表示が可能になる。
【符号の説明】
【０１１６】
１００・・・液晶表示装置、１０１・・・入力映像信号、１０２・・・輝度値算出部、１０３・・・光源輝度値、１０４・・・輝度分布算出部、１０５・・・輝度分布、１０６・・・信号補正部、１０７・・・階調潰れ推定部、１０８・・・補正係数、１０９・・・補正映像信号、１１０・・・液晶制御部、１１１・・・液晶制御信号、１１２・・・光源制御部、１１３・・・光源制御信号、１１４・・・液晶パネル、１１５・・・バックライト、１１６・・・画像表示装置
１２０・・・代表値算出部、１２１・・・代表値、１２２・・・差分値算出部、１２３・・・差分値、１２４・・・補正係数算出部
１３０・・・信号伸張部、１３１・・・伸張映像信号、１３２・・・階調補正部、
１４０・・・光源、１４１・・・照明領域、１４２・・・光源、１４３・・・照明領域、１４４・・・導光板
１５０・・・RGB最大値検出部、１５１・・・RGB最大値、１５２・・・RGB最大伸張値、１５３・・・RGB最大補正値、１５４・・・ゲイン乗算部
【図１】
2012053415.tif 000012
【図２】
2012053415.tif 000013
【図３】
2012053415.tif 000014
【図４】
2012053415.tif 000015
【図５】
2012053415.tif 000016
【図６】
2012053415.tif 000017
【図７】
2012053415.tif 000018
【図８】
2012053415.tif 000019
【図９】
2012053415.tif 000020
【図１０】
2012053415.tif 000021
【図１１】
2012053415.tif 000022
【図１２】
2012053415.tif 000023
【図１３】
2012053415.tif 000024
【図１４】
2012053415.tif 000025
【図１５】
2012053415.tif 000026
【手続補正書】
【提出日】平成23年7月14日(2011.7.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０８】
階調補正部１３２は、補正係数１０８に応じてルックアップテーブルから選択した補正階調特性に従って、RGB最大伸張値１５２を補正することで、RGB最大補正値１５３を算出し、ゲイン乗算部１５４に送る。補正階調特性は、２つの基本階調特性を補正係数αに応じて重み付け合成することで算出してもよい。または複数の基本階調特性を格納したルックアップテーブルから補正係数αに応じて２つの基本階調特性を選択し、選択した２つの基本階調特性を補正係数αに応じて重み付け合成することで、補正階調特性を算出してもよい。RGB最大伸張値１５２に、補正係数１０８を乗じることで、RGB最大補正値１５３を算出してもよい。階調補正部１３２の動作の詳細は第1の実施形態で述べたためこれ以上は行わない。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０９】
ゲイン乗算部１５４は、RGB最大補正値１５３とRGB最大値１５１の比率を用いて、式（１０）のように補正映像信号１０９を算出する。
【数８】
2012053415.tif 000027
ただし、(Rin ,Gin ,Bin)は入力映像信号１０１、(Rout ,Gout ,Bout)は補正映像信号１０９、MAXinはRGB最大値１５１、MAXoutはRGB最大補正値１５３を表す。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１３】
階調補正部１３２は、RGB最大伸張値１５２に対して、補正係数１０８に応じてルックアップテーブルから選択した補正階調特性に従って補正することで、RGB最大補正値１５３を算出しゲイン乗算部１５４に送る。補正階調特性は、２つの基本階調特性を補正係数１０８αに応じて重み付け合成することで取得してもよい。または複数の基本階調特性を格納したルックアップテーブルから補正係数１０８に応じて２つの基本階調特性を選択し、選択した２つの基本階調特性を補正係数１０８に応じて重み付け合成することで、補正階調特性を取得してもよい。RGB最大伸張値１５２に、補正係数１０８を乗じることで、RGB最大補正値１５３を算出してもよい。階調補正部１３２の動作の詳細は第1の実施形態で述べたためこれ以上は行わない。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１４】
ゲイン乗算部１５４は、RGB最大補正値１５３とRGB最大伸張値１５２の比率を用いて、式（１１）のように補正映像信号１０９を算出する。
【数９】
2012053415.tif 000028
ただし、(R’in ,G’in ,B’in)は伸張映像信号１３１、(Rout ,Gout ,Bout)は補正映像信号１０９、MAX’inはRGB最大伸張値１５２、MAX’out はRGB最大補正値１５３を表す。
【手続補正５】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ発光輝度を制御可能な複数の光源を有するバックライトと、
前記バックライトからの光を変調することにより表示領域に映像を表示する液晶パネルと、
複数の画素の信号値を含む入力映像信号に基づき、前記複数の光源の光源輝度値を算出する輝度値算出部と、
前記光源輝度値に応じた強度で前記複数の光源が発光したときの、前記表示領域を仮想的に分割した複数の照明領域における光の輝度分布を算出する輝度分布算出部と、
前記入力映像信号に基づき、前記表示領域を複数に分割した分割領域毎に代表輝度値を算出する代表値算出部と、
前記輝度分布に基づき前記入力映像信号を、前記代表輝度値の最大値と、前記代表輝度値の平均値との差分に応じて補正することにより補正映像信号を算出する信号補正部と、
を備えた液晶表示装置。
【請求項２】
前記信号補正部は、前記差分が大きいほど、前記入力映像信号をより小さな値に補正することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記信号補正部は、前記輝度分布に応じて前記入力映像信号を伸張し、伸張映像信号を前記差分に基づき補正することにより前記補正映像信号を算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記信号補正部は、前記差分が大きくなるほど値が小さくなるような補正係数を求め、前記補正係数を前記伸張映像信号に乗じることにより前記補正映像信号を算出する
ことを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記信号補正部は、伸張映像信号の値と、補正映像信号の値とを対応付けた複数の階調特性データの中から、前記差分に応じた階調特性データを選択し、選択した階調特性データに従って、前記伸張映像信号を補正する
ことを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項６】
前記信号補正部は、前記差分が大きくなるほど前記伸張映像信号をより小さな値に補正するような前記階調特性データを選択する
ことを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記信号補正部は、伸張映像信号の値と、補正映像信号の値とを対応付けた２つの階調特性データを用い、前記２つの階調特性データからそれぞれ求まる前記補正映像信号の値を、前記差分に応じてそれぞれ定まる重みで重み付け合計することにより、前記補正映像信号を算出し、
前記２つの階調特性データのうち、一方の階調特性データは、伸張映像信号の値に対し他方の階調特性データよりも大きな補正映像信号の値を対応づけており、
前記信号補正部は、前記差分が大きいほど、前記一方の階調特性データに対する重みを小さく、前記他方の階調特性データに対する重みを大きくする
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記信号補正部は、前記差分が大きくなるほど値が小さくなるように補正係数を求め、前記一方の階調特性データに対する重みを、前記補正係数の値に設定し、前記他方の階調特性データに対する重みを、所定値から前記補正係数の値を減じた値に設定する
ことを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記信号補正部は、前記補正係数に基づき、３つ以上の複数の階調特性データの中から、使用する前記２つの階調特性データを選択する
ことを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記画素値は、Ｒサブピクセル，ＧサブピクセルおよびＢサブピクセルの信号値を含み、
前記信号補正部は、
前記Ｒ，Ｇ、Ｂサブピクセルのうち、最も大きい信号値をもつ最大サブピクセルについては、前記輝度分布と前記差分に基づき前記信号値を補正し、
残りの２つのサブピクセルについては、前記最大サブピクセルの信号値と、前記最大サブピクセルの補正された信号値との比率を乗じることにより、それぞれの前記信号値を補正する
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記差分は、前記代表輝度値の最大値から、前記代表輝度値の平均値を減じた値、または前記代表輝度値の最大値を前記代表輝度値の平均値で除した値である
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記分割領域は、前記照明領域と同じであることを特徴とする請求項1に記載の装置。