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CN101303839A - 液晶显示装置及用于该装置的影像显示方法 - Google Patents

液晶显示装置及用于该装置的影像显示方法 Download PDF

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CN101303839A
CN101303839A CNA2008100030270A CN200810003027A CN101303839A CN 101303839 A CN101303839 A CN 101303839A CN A2008100030270 A CNA2008100030270 A CN A2008100030270A CN 200810003027 A CN200810003027 A CN 200810003027A CN 101303839 A CN101303839 A CN 101303839A
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CNA2008100030270A
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大岛芳则
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Victor Company of Japan Ltd
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Victor Company of Japan Ltd
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Abstract

本发明的一种液晶显示装置及用于该装置的影像显示方法，将背光装置分割为多个区域，根据影像信号的明亮度，按照各区域分别控制背光的发光亮度，提高液晶面板上显示的影像的品质。背光装置(35)被划分为多个区域，具有允许从光源发出的光漏出到自身区域以外的其他区域的结构。最大灰度检测部(11)对液晶面板(34)的多个区域上显示的每个区域的影像信号的最大灰度进行检测。影像增益运算部(12)求得与每个区域的影像信号相乘的增益。发光亮度运算部(22)利用运算式，根据从背光装置(35)应该发出的光的发光亮度，求得各光源自身应该发出的光的发光亮度。此时，发光亮度运算部(22)在发光亮度在计算上成为负值时进行校正，以使其成为0以上的值。

Description

液晶显示装置及用于该装置的影像显示方法
技术领域
本发明涉及一种具有背光装置的液晶显示装置、及控制背光装置中的背光的发光亮度而显示影像信号的影像显示方法。
背景技术
在使用液晶面板显示图像的液晶显示装置中，液晶面板自身不发光，因此在液晶面板的例如背面设置背光装置。液晶面板可以通过不施加电压的状态和施加电压的状态，处于将光遮挡的截止状态和使光透过的导通状态。因此，通过控制对液晶面板上设置的多个像素施加电压的状态，从而以电子快门的方式驱动多个像素，对从背光发出的光透过液晶面板的光量进行控制，从而显示图像。
作为在背光装置上使用的背光，以往以冷阴极管(CCFL(ColdCathode Fluorescent Lamp))为主流，在使用CCFL的背光装置中，一般不管液晶面板上显示的影像信号的明亮度如何，均使CCFL处于恒定的点亮状态。
在液晶显示装置消耗的电力中，背光装置的消耗电力所占的比例大，在背光始终处于恒定的点亮状态的现有的液晶显示装置中，存在消耗电力大的问题。为了解决该问题，提出了各种将发光二极管(LED(Light Emitting Diode))用作背光，并可以根据影像信号的明亮度改变LED的发光亮度的方案。
例如在下述非专利文献1及专利文献1～3中公开了，将具有多个LED的背光装置分割为多个区域，并根据影像信号的明亮度按照每个区域分别控制背光的发光亮度。另外，在非专利文献1中，将这种技术称为自适应调光(Adaptive Dimming)。
非专利文献1：T.Shirai，S.Shimizukawa，T.Shiga，and S.Mikoshiba，44.4：RGB-LED Backlights for LCD-TVs with 0D，1D，and 2DAdaptive Dimming，1520 SID 06 DIGEST
专利文献1：日本专利公开2005-258403号公报
专利文献2：日本专利公开2006-30588号公报
专利文献3：日本专利公开2006-145886号公报
在上述非专利文献1中记载的现有的液晶显示装置中，分割为多个区域的背光装置的各区域被遮挡光的壁隔开，各区域的背光，按照每个区域分别在完全独立的状态下，根据影像信号的明亮度控制发光亮度。LED中每个元件的个体决定明亮度和色调的主波长有偏差，对于红(R)、绿(G)、蓝(B)的每种颜色偏差的程度也不相同。因此，若将背光装置的各区域彼此完全分离，则在每个区域上明亮度和色调产生偏差，其结果，存在液晶面板上显示的影像与本来的影像的状态不同的问题。
LED的明亮度和发光波长具有温度依赖性，特别是R的LED伴随着元件的温度上升，光量减少，波长变长。此外，每个R、G、B的元件的、由随时间产生的变化引起的劣化的特性不同。因此，上述问题根据LED的元件的温度变化或随时间产生的变化而显著产生。
在将各区域完全分离的结构中，很难确定位于相邻区域的边界上部的像素属于哪个区域。这是由于，背光装置的制作精度与液晶面板的制作精度相比非常粗糙。因此根本无法采用上述非专利文献1中记载的结构。
此外，如上述非专利文献1或上述专利文献1～3的记载，通过采用将背光装置分割为多个区域，并根据影像信号的明亮度按照每个区域分别控制背光的发光亮度的结构，可以削减消耗电力，但是要求进一步削减消耗电力。
发明内容
本发明考虑到上述问题点，其目的在于提供一种液晶显示装置及用于该装置的影像显示方法，在将背光装置分割为多个区域，并根据影像信号的明亮度，按照每个区域分别控制背光的发光亮度的情况下，能够抑制每个区域各自的明亮度或色调的偏差，能够提高液晶面板上显示的影像的品质。此外，其目的在于提供一种可以进一步削减背光装置的消耗电力的液晶显示装置及用于该装置的影像显示方法。
本发明，为了解决上述现有技术的课题，提供一种液晶显示装置，其特征在于包括：液晶面板(34)，显示影像信号；背光装置(35)，配置在上述液晶面板的背面侧，被划分为多个区域，上述多个区域分别具有发出照射上述液晶面板的光的光源，并且具有允许从上述多个区域各自的光源发出的光漏出到自身区域以外的其他区域的结构；最大灰度检测部(11)，按照每个预定的单位时间，对与上述背光装置的多个区域对应的上述液晶面板的多个区域上分别显示的每个区域的影像信号的第一最大灰度进行检测；影像增益运算部(12)，求得与用第二最大灰度除以上述第一最大灰度得到的值相当的值，作为对每个上述区域的影像信号的增益，其中所述第二最大灰度是由上述影像信号的位数决定的上述影像信号所取得的；乘法器(14)，用每个上述区域的影像信号乘以由上述影像增益运算部求得的上述增益，作为上述液晶面板上显示的影像信号输出；以及发光亮度运算部(22)，在将从上述背光装置中的上述多个区域分别发出的光的亮度设为用上述光源的最大亮度乘以由上述影像增益运算部求得的上述增益的倒数得到的第一发光亮度，并将上述背光装置中的上述多个区域的光源为得到该第一发光亮度而应该分别单独发出的光的亮度设为第二发光亮度时，利用用上述第一发光亮度乘以第一系数的运算式，求得上述第二发光亮度时，在上述第二发光亮度在计算上为负值的情况下，以使上述第二发光亮度为0以上的值的方式对上述第一发光亮度进行校正后，求得上述第二发光亮度，其中上述第一系数基于从上述多个区域各自的光源发出的光漏出到自身区域以外的其他区域的光量。
在此，优选，上述影像增益运算部，根据已由上述发光亮度运算部校正的上述第一发光亮度，求得上述增益。
此外，优选，上述运算式是矩阵运算式。
在上述结构中，优选，上述液晶面板的多个区域是将上述液晶面板在垂直方向上一维划分的区域。
此时，优选包括非均匀处理部(21)，用上述背光装置的多个区域各自的上述第一发光亮度乘以第二系数，将上述第一发光亮度变得不均匀，以使从上述液晶面板中的位于一维排列的多个区域的垂直方向的中央部的区域开始到位于上下端部的区域为止，上述液晶面板上的亮度阶梯状地降低。
此外，在上述结构中，优选，上述液晶面板的多个区域是将上述液晶面板在水平方向及垂直方向双方上按二维划分的区域。
此时，优选包括非均匀处理部(21)，用上述背光装置的多个区域各自的上述第一发光亮度乘以第二系数，将上述第一发光亮度变得不均匀，以使从上述液晶面板中的位于二维排列的多个区域的水平方向的中央部的区域开始到位于左右端部的区域为止，上述液晶面板上的亮度阶梯状地降低，并且从位于垂直方向的中央部的区域开始到位于上下端部的区域为止，上述液晶面板上的亮度阶梯状地降低。
优选，上述第二系数为0.8以上、1.0以下的值。
优选，上述背光装置的上述光源为发光二极管。
进而，本发明为了解决上述现有技术的课题，提供一种影像显示方法，其特征在于，将液晶面板上显示的影像信号设为与在上述液晶面板上设定的多个区域对应的每个区域的影像信号，并按照每个预定的单位时间，对在上述多个区域上分别显示的每个区域的影像信号的第一最大灰度进行检测，求得与用第二最大灰度除以上述第一最大灰度得到的值相当的值，作为对每个上述区域的影像信号的增益，其中所述第二最大灰度是由上述影像信号的位数决定的上述影像信号所取得的，用每个上述区域的影像信号乘以上述增益，并供给到上述液晶面板，上述液晶面板的背光装置与上述液晶面板的多个区域对应地被划分为多个区域，在将从上述背光装置中的上述多个区域各自的光源发出的光的亮度设为用上述光源的最大亮度乘以上述增益的倒数得到的第一发光亮度，并将上述背光装置中的上述多个区域的光源为得到该第一发光亮度而应该分别单独发出的光的亮度设为第二发光亮度时，利用用上述第一发光亮度乘以第一系数的运算式，求得上述第二发光亮度，其中上述第一系数基于从上述多个区域各自的光源发出的光漏出到自身区域以外的其他区域的光量，此时，在上述第二发光亮度在计算上为负值的情况下，以使上述第二发光亮度为0以上的值的方式对上述第一发光亮度进行校正后求得上述第二发光亮度，使上述背光装置中的上述多个区域各自的光源以上述第二发光亮度发光的同时，在上述液晶面板的多个区域上分别显示已乘以上述增益的每个上述区域的影像信号。
在此，优选，根据已校正的上述第一发光亮度求得上述增益。
此外，优选，上述运算式是矩阵运算式。
在上述结构中，优选，上述液晶面板的多个区域是将上述液晶面板在垂直方向上一维划分的区域。
此时，优选，用上述背光装置的多个区域各自的上述第一发光亮度乘以第二系数，将上述第一发光亮度变得不均匀，以使从上述液晶面板中的位于一维排列的多个区域的垂直方向的中央部的区域开始到位于上下端部的区域为止，上述液晶面板上的亮度阶梯状地降低。
此外，在上述结构中，优选，上述液晶面板的多个区域是将上述液晶面板在水平方向及垂直方向双方上二维划分的区域。
此时，优选，用上述背光装置的多个区域各自的上述第一发光亮度乘以第二系数，将上述第一发光亮度变得不均匀，以使从上述液晶面板中的位于二维排列的多个区域的水平方向的中央部的区域开始到位于左右端部的区域为止，上述液晶面板上的亮度阶梯状地降低，并且从位于垂直方向的中央部的区域开始到位于上下端部的区域为止，上述液晶面板上的亮度阶梯状地降低。
优选，上述第二系数为0.8以上、1.0以下的值。
优选，上述背光装置的上述光源为发光二极管，并且通过根据上述第二发光亮度进行了脉冲宽度调制的驱动信号，对上述光源进行驱动。
根据本发明的液晶显示装置及用于该装置的影像显示方法，在将背光装置分割为多个区域，并根据影像信号的明亮度，按照每个区域分别控制背光的发光亮度的情况下，能够抑制每个区域各自的明亮度或色调的偏差，能够提高液晶面板上显示的影像的品质。此外，在使第一发光亮度不均匀的情况下，能够进一步削减背光装置的消耗电力。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式涉及的液晶显示装置的整体结构的框图。
图2是概要表示液晶面板34的区域与背光装置35的区域的对应关系的透视图。
图3是用于说明由影像增益运算部12求得的增益的运算过程的图。
图4是表示背光装置35的第一结构例的图。
图5是表示背光装置35的第二结构例的图。
图6是表示背光装置35的光源352的结构例的俯视图。
图7是表示背光装置35的二维的区域分割的例子的图。
图8是用于说明图1的非均匀化处理部21中的非均匀化处理的图。
图9是用于说明背光装置35的区域中的漏光的图。
图10是表示背光装置35的各区域单独点亮时的各区域上的亮度的图。
图11是表示将背光装置35一维分割区域时第一～第四实施方式中使用的矩阵运算式的图。
图12是表示将背光装置35一维分割区域时第一～第四实施方式中使用的矩阵运算式的图。
图13是表示将图11、图12的矩阵运算式一般化的矩阵运算式的图。
图14是表示将背光装置35二维分割区域时的漏光的图。
图15是表示将背光装置35二维分割区域时第一～第四实施方式中使用的矩阵运算式的图。
图16是表示将背光装置35二维分割区域时第一～第四实施方式中使用的矩阵运算式的图。
图17是表示将图15、图16的矩阵运算式一般化的矩阵运算式的图。
图18是表示本发明的第一实施方式涉及的液晶显示装置的动作及影像显示方法的步骤的流程图。
图19是表示本发明的第一实施方式涉及的液晶显示装置的动作及影像显示方法的步骤的变形例的流程图。
图20是表示本发明的第一实施方式涉及的液晶显示装置的动作及影像显示方法的步骤的其他变形例的流程图。
图21是表示本发明的第二实施方式涉及的液晶显示装置的整体结构的框图。
图22是用于说明本发明的第二实施方式的图。
图23是表示将光源的发光亮度转换为发光量的矩阵运算式的图。
图24是表示用于说明图23的矩阵运算式的计算式的图。
图25是表示将光源的发光亮度转换为发光量的矩阵运算式的图。
图26是表示本发明的第三实施方式涉及的液晶显示装置的整体结构的框图。
图27是用于说明本发明的第三实施方式的图。
图28是用于说明本发明的第三实施方式中的发光亮度的校正的图。
图29是用于说明本发明的第三实施方式中的发光亮度的校正的图。
图30是用于说明本发明的第四实施方式涉及的液晶显示装置的特性图。
图31是用于说明本发明的第四实施方式涉及的液晶显示装置的特性图。
图32是用于说明本发明的第四实施方式涉及的液晶显示装置的特性图。
图33是表示本发明的第四实施方式涉及的液晶显示装置中的衰减系数k与消耗电力相对值的关系的特性图。
具体实施方式
第一实施方式
以下，参照附图，对本发明的第一实施方式涉及的液晶显示装置及用于该装置的影像显示方法进行说明。图1是表示本发明的第一实施方式涉及的液晶显示装置的整体结构的框图。在图1中，在后述液晶模块部30内的液晶面板34上显示的影像信号被供给到影像信号处理部10内的最大灰度检测部11及帧存储器13。如后文的说明，背光装置35被划分为多个区域，液晶面板34与背光装置35的各区域对应地被划分为多个区域，按照液晶面板34的每个区域，背光的明亮度(光量)分别受到控制。
图2是液晶面板34和背光装置35上的区域分割的一例，是概要表示液晶面板34的区域与背光装置35的区域的对应关系的透视图。在此，为了容易理解，设置为使液晶面板34与背光装置35分离的状态。如图2所示，背光装置35被划分为区域35a～35d，区域35a～35d分别具有背光。液晶面板34例如具有由水平方向1920像素、垂直方向1080像素构成的多个像素，该具有多个像素的液晶面板34与背光装置35的区域35a～35d对应地被划分为区域34a～34d。在该例子中，液晶面板34在垂直方向上被一维划分为四个区域34a～34d，因此一个区域含有垂直方向270个像素。当然，四个区域34a～34d中在垂直方向的像素数量上也可以多少存在偏差。
液晶面板34上的区域34a～34d不是将各区域物理分离进行划分，而是在液晶面板34上设定有多个区域(在此为区域34a～34d)。并且，向液晶面板34供给的影像信号，与液晶面板34上设定的多个区域对应地，作为该多个区域各自显示的每个区域的影像信号被处理。在液晶面板34上设定的多个区域中，背光的明亮度分别被单独控制。
在图2所示的例子中，将液晶面板34在垂直方向上划分为四个区域，与此对应地，将背光装置35在垂直方向上划分为四个区域，但是也可以划分(区分)为更多的区域。此外，如后文所述，也可以将液晶面板34在垂直方向和水平方向双方上划分为多个区域，并与此对应地，将背光装置35在垂直方向和水平方向双方上区分为多个区域。优选划分(区分)的区域数量多，与仅在垂直方向上划分(区分)相比，优选在垂直方向和水平方向双方上划分(区分)。在此，为了将说明简化，以图2所示垂直方向的四分为例说明图1的动作。
返回图1，最大灰度检测部11，按照影像信号的每个帧分别对液晶面板34的各区域34a～34d上显示的影像信号的最大灰度进行检测。优选按照影像信号的每一个帧检测最大灰度，但是也可以根据情况按照每两个帧分别进行检测，按照每个预定的单位时间分别检测出最大灰度即可。由最大灰度检测部11检测的表示每个区域34a～34d的最大灰度的数据供给到影像信号处理部10内的影像增益运算部12和背光亮度控制部20内的非均匀化处理部21。影像增益运算部12如下所示计算与区域34a～34d上显示的影像信号相乘的增益。
图3是用于说明由影像增益运算部12求得的增益的运算过程的图。与影像信号相乘的增益按照向液晶面板34的各区域34a～34d供给的每个影像信号分别求得。因此，以下说明的增益的运算，对向区域34a～34d供给的各影像信号进行。另外，在图3中，横轴表示的输入信号(影像信号)为8位，表示输入信号取灰度0～255的值的情况。此外，纵轴表示的液晶面板34的显示亮度(显示灰度)忽略液晶面板34的透过率，并为了方便取0～255的值进行说明。影像信号的位数并不限定于8位，例如也可以是10位。
图3(A)所示的曲线Cv1表示灰度为0～255的输入信号以怎样的显示亮度显示在液晶面板34上。曲线Cv1是在横轴为x、纵轴为y时，y由x的2.2次幂～2.4次幂表示的曲线，是一般被称为伽马2.2～2.4的伽马曲线。根据液晶面板34的种类，存在图3(A)的伽马曲线Cv1不同的情况。
在此，作为一例，如图3(B)所示，考虑输入信号的最大灰度为127，输入信号取灰度0～127的值的情况。此时的液晶面板34的显示亮度变成由曲线Cv2表示的曲线，显示亮度取0～56的值。此时，认为背光以最大亮度的灰度255发光。背光的最大亮度是指，在影像信号为最大灰度255(即白色)时，背光应该发出的亮度。若图3(B)中用曲线Cv2表示的影像信号乘以约4.5的增益，则变成图3(C)所示的曲线Cv3。增益取约4.5是由255/56得到。在图3(C)的状态下，也认为背光以最大亮度发光。
在该状态下，具有由曲线Cv3表示的特性的影像信号不是具有图3(B)中由曲线Cv2表示的特性的本来的影像信号，此外，背光无谓地消耗电力。因此，若将背光的发光亮度设为最大亮度的约1/4.5倍，则如图3(D)所示，显示亮度0～255的曲线Cv3变成显示亮度0～56的曲线Cv4。由此，具有由曲线Cv4表示的特性的影像信号与具有由曲线Cv2表示的特性的本来的影像信号实质上等价，并且背光的消耗电力降低。
即，若将区域34a～34d上分别显示的影像信号的1帧期间内的最大灰度设为Gmax1，将由影像信号的位数决定的影像信号所取得的最大灰度设为Gmax0，则影像增益运算部12将每个区域34a～34d的Gmax0/Gmax1作为与区域34a～34d上显示的影像信号相乘的增益。作为增益Gmax0/Gmax1的倒数的Gmax1/Gmax0，在背光亮度控制部20中，控制背光的亮度时使用。若区域34a～34d上显示的影像信号的图案不同，则区域34a～34d各自的最大灰度Gmax1当然不同，因此Gmax0/Gmax1在区域34a～34d上各不相同。在后文对背光亮度控制部20的结构及动作进行详细说明。
在图1中，由影像增益运算部12得到的每个区域34a～34d的增益被输入到乘法器14。乘法器14用从帧存储器13输出的区域34a～34d上显示的影像信号乘以各自的增益并输出。
从乘法器14输出的影像信号被供给到液晶模块部30的时序控制部31。液晶面板34具有上述多个像素341，在像素341的数据信号线上连接有数据信号线驱动部32，在栅极信号线上连接有栅极信号线驱动部33。被输入到时序控制部31的影像信号被供给到数据信号线驱动部32。时序控制部31通过数据信号线驱动部32和栅极信号线驱动部33，控制将影像信号写入液晶面板34的时序。构成输入到数据信号线驱动部32中的影像信号的各行的像素数据通过栅极信号线驱动部33对栅极信号线的驱动，逐行依次被写入到各行的像素。由此，影像信号的各帧依次显示在液晶面板34上。
背光装置35被配置在液晶面板34的背面侧。作为背光装置35，有如下类型：配置在液晶面板34的正下方的直下型；和将从背光发出的光入射到导光板，从而向液晶面板34照射的导光板型，可以是其中任意类型。背光装置35通过背光驱动部36被驱动。用于使背光发光的电力从电源部40被供给到背光驱动部36。另外，从电源部40向需要电力的电路的各部供给电力。液晶模块部30具有对背光装置35的温度进行检测的温度传感器、和对从背光装置35发出的光的色温进行检测的颜色传感器。
在此，对背光装置35的具体结构例进行说明。图4与图2同样地，表示将背光装置35在垂直方向上划分为四个区域的例子。将图4所示的背光装置35的第一结构例称为背光装置35A，将后述图5所示的背光装置35的第二结构例称为背光装置35B。此外，背光装置35是背光装置35A、35B及其他结构例的统称。图4(A)是背光装置35A的俯视图，图4(B)是表示将背光装置35A在垂直方向上截断的状态的剖面图。
如图4(A)、(B)所示，背光装置35A是在具有预定的深度的矩形框体351上使背光的光源352在水平方向排列而安装的结构。光源352例如为LED。区域35a～35d，通过从框体351的底面以比光源352的最上表面(顶部)高的预定的高度突出的区分壁353被彼此划分。框体351的内侧及区分壁353的表面由反射片覆盖。
在框体351的上部安装有使光扩散的扩散板354，在扩散板354上例如安装有三张光学片类355。光学片类355是将使光扩散的扩散片、棱镜片(Prism Sheet)、及被称为DBEF(Dual Brightness EnhancementFilm)的亮度上升薄膜等多个片组合的部件。由反射片构成的区分壁353的高度未到达至扩散板354，因此区域35a～35d未完全分离，不是彼此完全独立的状态。即，在背光装置35A中，其结构允许从区域35a～35d各自的光源352发出的光漏出到其他区域。如后文详细说明所示，在第一实施方式中，考虑从各区域35a～35d漏出到其他区域的光量，对从区域35a～35d发出的光的亮度进行控制。
图5表示在将液晶面板34在垂直方向上划分为四个区域，进而在水平方向上划分为四个区域时，即在将液晶面板34二维划分为16个区域时作为背光装置35的第二结构例的背光装置35B。图5(A)是背光装置35B的俯视图，图5(B)是表示将背光装置35B在垂直方向上截断的状态的剖面图，图5(C)是表示将背光装置35B在水平方向上截断的状态的剖面图。在此，图5(B)表示将图5(A)的左端部区域的列截断的状态，图5(C)表示将图5(A)的上端部区域的行截断的状态。另外，在图5中，与图4相同的部分标以同一标号，并适当省略其说明。
框体351通过水平方向及垂直方向的区分壁353，被划分为区域35a1～35a4、35b1～35b4、35c1～35c4、35d1～35d4这16个区域。在背光装置35B上，也允许从区域35a1～35a4、35b1～35b4、35c1～35c4、35d1～35d4各自的光源352发出的光漏出到其他区域。在第一实施方式中，考虑从各区域35a1～35a4、35b1～35b4、35c1～35c4、35d1～35d4漏出到其他区域的光量，对从区域35a1～35a4、35b1～35b4、35c1～35c4、35d1～35d4发出的光的亮度进行控制。
LED是指向性高的光源，因此在将LED用作光源352时，被反射片覆盖的区分壁353可以比图4、图5记载的状态低，根据情况也可以去除。也可以通过由圆顶状的透镜覆盖光源352的元件，得到与设置区分壁353相同的效果。作为背光的光源，也可以是LED以外的光源，也可以使用CCFL或外部电极荧光灯(EEFL)等其他光源。但是，LED容易控制发光亮度和发光面积，因此作为在第一实施方式中使用的光源352，优选LED。背光装置35的具体结构并不限定于图4或图5所示的结构。
图4、图5所示的光源352具体如下构成。图6(A)所示的光源352的第一结构例，在基板356上将G的LED 357G、R的LED 357R、B的LED 357B、G的LED 357G以该顺序安装。基板356例如为铝基板或玻璃环氧基板。图4、图5所示的光源352相当于使多个该图6(A)的光源352排列为一列的光源。图6(B)所示的光源352的第二结构例，在基板356上将R的LED 357R、G的LED 357G、B的LED 357B、G的LED 357G安装为菱形。图4、图5所示的光源352相当于使多个该图6(B)的光源352排列为一列的光源。
图6(C)所示的光源352的第三结构例，在基板356上安装有12个一体具有R的LED 357R、G的LED 357G、B的LED 357B的LED芯片358。图4、图5所示的光源352，相当于使多个该图6(C)的光源352排列为一列的光源。图6(D)所示的光源3 52的第四结构例，在基板356上安装有两个白(W)的LED 357W。图4、图5所示的光源352，相当于使多个该图6(D)的光源352排列为一列的光源。另外，作为LED 357W，有如下类型：用从B的LED放射的光激发黄色的荧光体得到白色的光；和用从LED放射的紫外线激发R、G、B的荧光体得到白色的光，可以是其中任意类型。
接下来，返回图1，对背光亮度控制部20的结构及动作进行说明。背光亮度控制部20除了非均匀化处理部21以外，还具有发光亮度运算部22、白平衡调整部23、及PWM时序产生部24。在此也为了简化，以图4所示的背光装置35A作为背光装置35进行说明。若将背光的最大亮度设为Bmax，则背光装置35的区域35a～35d各自的背光应该发出的亮度为用最大亮度Bmax乘以按照每个区域34a～34d分别求得的Gmax1/Gmax0即可。这样，非均匀化处理部21求得区域35a～35d的背光应该发出的亮度B1～B4。
该计算上的发光亮度B1～B4，不是作为背光的光源352发光时光源352正上方的亮度，而是从背光装置35发出的光的亮度。即，在图4、图5的结构例中，发光亮度B1～B4为光学片类355上方的亮度。另外，将从背光装置35的一个区域应该发出的计算上的发光亮度统称为B。在以下说明中，设从背光装置的区域35a～35d发出的光的亮度分布在各区域内大致相同而进行说明，但是也有在一个区域内亮度分布不同的情况。此时，一个区域内的任意点上的明亮度为发光亮度B1～B4即可。
以往，若区域34a～34d所有的影像信号的灰度相同，则区域35a～35d的发光亮度B1～B4均相同。即，此时将计算上的发光亮度B1～B4直接用作实际的发光亮度。与此相对，在第一实施方式中，非均匀化处理部21将计算上的发光亮度B1～B4乘以非均匀化系数p1～p4，将从区域35a～35d实际发出的光的亮度变为p1B1、p2B2、p3B3、p4B4。系数p1～p4为大于0、1以下的值。本发明人发现，与在液晶面板34的整个画面上使背光直接发出计算上的发光亮度相比，在画面周边部使背光以比计算上的发光亮度降低一些的发光亮度发光时，液晶面板34上显示的影像的品质提高。
因此，在将背光装置35的区域一维分割为四份的图4的例子中，优选使来自区域35a～35d内与画面的上下端部对应的区域35a、35d的发光亮度B1、B4比来自区域35b、35c的发光亮度B2、B3低。具体而言，作为一例，将p1设为0.8，将p2、p3设为1，将p4设为0.8。
在整个液晶面板34上显示白色的全白状态下，若液晶面板34的区域34b、34c的亮度为500[cd/m2]，则在区域34a、34d上为400[cd/m2]。因此，背光装置35的区域35a、35d上的消耗电力可以削减20％。这样，在第一实施方式中，通过设置非均匀化处理部21，不会降低液晶面板34上显示的影像的品质，反而使品质提高，并且可以削减背光装置35的消耗电力。考虑到影像的品质和消耗电力的削减这两方面，系数p1～p4优选在0.8以上、1.0以下。即，在画面中心部将与背光的发光亮度相乘的系数p设为1，在画面周边部将与发光亮度相乘的系数p设定在下限值为0.8为止的范围内。
进而，对将液晶面板34及背光装置35二维分割区域时的非均匀化系数p进行说明。在此，以在水平方向及垂直方向双方上分割为八个区域的情况为例，即以二维分割为64个区域的情况为例。如图7所示，此时的背光装置35的区域为35a1～35a8、35b1～35b8、35c1～35c8、35d1～35d8、35e1～35e8、35f1～35f8、35g1～35g8、35h1～35h8。虽然未进行特别图示，但是液晶面板34与背光装置35的64个区域对应地被划分为64个区域。
图8(A)是与背光装置35的垂直方向的中央部的4行区域35c1～35c8、35d1～35d8、35e1～35e8、35f1～35f8上的水平方向的8个区域各自的计算上的发光亮度相乘的系数p的一例。图8(A)的左右方向为水平方向的位置，左侧为画面左端部，右侧为画面右端部。在该例子中，对于作为水平方向的中央部的4个区域将系数p设为1，对于位于其左右的区域将系数p设为0.9，对于左右端部的区域将系数p设为0.8。
优选系数p随着从系数p为1的中央部接近画面的左右端部，依次阶梯状地减小。此时，优选系数p左右对称。在此，虽然将中央部的四个区域上的系数p设为1，但是也可以将中央部的两个区域上的系数p设为1，并从位于两个区域的左右的区域开始到左右端部的区域为止，使系数p在从小于1的值到0.8为止的范围内依次减小。此外，在分割数为奇数时，系数p为1的水平方向的区域也可以仅有一个。系数p的水平方向的特性可以适当设定为使得在实际的画面上产生最理想的影像品质。
图8(B)是与背光装置35的水平方向的中央部的4列区域35a3～35h3、35a4～35h4、35a5～35h5、35a6～35h6上的垂直方向的8个区域各自的计算上的发光亮度相乘的系数p的一例。图8(B)的左右方向为垂直方向的位置，左侧为画面上端部，右侧为画面下端部。在该例子中，对于作为垂直方向的中央部的四个区域将系数p设为1，对于位于其上下的区域将系数p设为0.9，对于上下端部的区域将系数p设为0.8。
在垂直方向上，也优选系数p随着从系数p为1的中央部接近画面的上下端部，依次阶梯状地减小。此时，优选系数p上下对称。在此，虽然将中央部的四个区域上的系数p设为1，但是也可以将中央部的两个区域上的系数p设为1，并从位于两个区域的上下的区域开始到上下端部的区域为止，使系数p在从小于1的值到0.8为止的范围内依次减小。此外，在分割数为奇数时，系数p为1的垂直方向的区域也可以仅有一个。系数p的垂直方向的特性可以适当设定为使得在实际的画面上产生最理想的影像品质。另外，也可以使系数p的水平方向的特性与垂直方向的特性不同。
这样，从图1的非均匀化处理部21，得到表示从背光装置35的各区域实际上应该发出的光的发光亮度的数据。从控制部50供给非均匀化处理部21中使用的系数p。控制部50可以由微型计算机构成，系数p可以任意改变。表示该发光亮度的数据被输入到发光亮度运算部22，如下运算各光源352应该发出的光的亮度。首先，对背光装置35为具有区域35a～35d的背光装置35A，并且从区域35a～35d实际上应该发出的光的发光亮度为p1B1、p2B2、p3B3、p4B4时的光源352应该发出的光的亮度的运算方法进行说明。
图9(A)是将图4(B)的剖面图横转的状态，在此省略了光学片类355。来自区域35a～35d的光的发光亮度为p1B1、p2B2、p3B3、p4B4，并且设p1B1＝B1′、p2B2＝B2′、p3B3＝B3′、p4B4＝B4′。标上“′”的发光亮度B′是指由非均匀化处理部21实施了非均匀化处理的发光亮度，未标上“′”的发光亮度B是指未实施非均匀化处理的发光亮度。将区域35a～35d各自的光源352单独发光时的光源352正上方的发光亮度设为Bo1、Bo2、Bo3、Bo4。如上所述，允许从区域35a～35d各自的光源352发出的光漏出到其他区域，因此B1′、B2′、B3′、B4′并不与发光亮度Bo1、Bo2、Bo3、Bo4相同。另外，扩散板354或光学片类355引起的光的衰减很弱，并不对其进行考虑。另外，将背光装置35的一个区域的光源352单独发光时的光源352正上方的发光亮度统称为Bo。
如图9(A)所示，在区域35a～35d所有的光源352发光时，从各光源352发出的光成为发光亮度Bo1、Bo2、Bo3、Bo4的k倍的漏光L1漏出到相邻的区域。k为光漏出时的衰减系数，是大于0、小于1的值。对向发光区域以外的其他区域的漏光进一步进行分析。图9(B)表示仅有区域35a的光源352发光时向区域35b～35d漏光的状态。从区域35a的光源352以发光亮度Bo1发出的光，成为亮度k Bo1的漏光L1，漏出到区域35b。亮度k Bo1的漏光L1进一步成为k倍的漏光，因此成为k2Bo1的漏光L2，漏出到区域35c。亮度k2 Bo1的漏光L2进一步成为k倍的漏光，因此成为k3 Bo1的漏光L3，漏出到区域35d。
在该图9(B)的情况下，从区域3 5a大致发出发光亮度Bo1的光。从区域35b通过亮度k Bo1的漏光L1发光，从区域35c通过亮度k2 Bo1的漏光L2发光，从区域35d通过亮度k3 Bo1的漏光L3发光。
将区域35a～35d的光源352分别单独点亮时从区域35a～35d发出的光的亮度如图10所示。将区域35a～35d所有的光源352点亮时从各区域35a～35d发出的光的亮度为将图10的表所示的亮度在纵方向上全部相加的总计的亮度。即，从区域35a发出的光的亮度为Bo1+kBo2+k2 Bo3+k3 Bo4，从区域35b发出的光的亮度为k Bo1+Bo2+k Bo3+k2Bo4。从区域35c发出的光的亮度为k2 Bo1+k Bo2+Bo3+k Bo4，从区域35d发出的光的亮度为k3 Bo1+k2 Bo2+k Bo3+Bo4。从区域35a～35d应该发出的光的发光亮度为B1′～B4′，因此可知可以在区域35a中将Bo1+k Bo2+k2 Bo3+k3 Bo4设为B1′，在区域35b中将k Bo1+Bo2+k Bo3+k2Bo4设为B2′，在区域35c中将k2 Bo1+k Bo2+Bo3+k Bo4设为B3′，在区域35d中将k3 Bo1+k2 Bo2+k Bo3+Bo4设为B4′。
图11(A)所示的公式(1)将用于从由光源352发出的光的发光亮度Bo1、Bo2、Bo3、Bo4得到发光亮度B1′、B2′、B3′、B4′的转换式用矩阵运算式来表现。图11(B)所示的公式(2)，将用于从发光亮度B1′、B2′、B3′、B4′得到发光亮度Bo1、Bo2、Bo3、Bo4的转换式用矩阵运算式来表现。图11(C)所示的公式(3)，为了在发光亮度运算部22中的电路上容易计算，对公式(2)进行了整理。图11(D)所示的公式(4)表示公式(3)的常数a、b、c。从图11(C)的公式(3)可知，发光亮度Bo1、Bo2、Bo3、Bo4，可以通过基于从区域35a～35d的光源352发出的光漏出到自身区域以外的其他区域的光量的系数(变换系数)乘以发光亮度B1′、B2′、B3′、B4′来求得。
由于可以测量出从背光装置35中的一个区域向相邻的区域的漏光L1，因此在图9、图10中说明的衰减系数k的值可以预先求得。因此，可以根据图11(C)的公式(3)及图11(D)的公式(4)，正确地计算出区域35a～35d各自的光源352应该发出的光的发光亮度Bo1、Bo2、Bo3、Bo4。
另外，在向相邻的区域的漏光的衰减系数k小时，k的2次幂以上的项减小到可以忽略的程度。此时，也可以假设从一个区域发出的光仅漏出到相邻的区域，进行近似计算。即，也可以将k的2次幂以上的项设为0进行计算。此外，根据背光装置35的结构，也存在从一个区域发出的光以与k2倍、…、kn倍(在此n＝3)不同的衰减方式漏出的情况，但是向各区域的漏光可以预先测量，因此在这种情况下，也可以正确地计算出光源352应该发出的光的发光亮度Bo1、Bo2、Bo3、Bo4。这一点在区域分割的方法不同的图5或图7的情况下也相同。
另外，在将背光装置35在垂直方向上分为8个区域时，若从8个区域应该发出的光的发光亮度为B1′～B8′，将8个区域上的光源352单独发光时的光源352正上方的发光亮度设为Bo1～Bo8，则发光亮度Bo1～Bo8可以根据图12所示的公式(5)进行计算。进而，若一般化为在垂直方向上分割为n个区域(n为2以上的整数)，则发光亮度B1′～Bn′用图13(A)所示的公式(6)得到，发光亮度Bo1～Bon，可以根据图13(B)所示的公式(7)进行计算。
接下来，对背光装置35为图5所示的背光装置35B时光源352应该发出的光的亮度的计算方法进行说明。如图14所示，设从背光装置35B的区域35a1～35a4、35b1～35b4、35c1～35c4、35d1～35d4的光源352漏出到水平方向上相邻的区域的漏光是从光源352发出的光的m倍。水平方向的衰减系数m为大于0、小于1的值。漏出到垂直方向上相邻的区域的漏光，与背光装置35A的情况同样地，是从光源352发出的光的k倍。将从背光装置35B的区域35a1～35a4、35b1～35b4、35c1～35c4、35d1～35d4实际上应该发出的光的发光亮度设为B11′～B14′、B21′～B24′、B31′～B34′、B41′～B44′。为了得到该发光亮度B11′～B14′、B21′～B24′、B31′～B34′、B41′～B44′，将各区域的光源352应该发出的光的发光亮度设为Bo11～Bo14、Bo21～Bo24、Bo31～Bo34、Bo41～Bo44。
若将在图9、图10中说明的考虑了漏光的发光亮度的计算方法也适用于水平方向，则矩阵运算式如图15所示。图15(A)所示的公式(8)是用于从由光源352发出的光的发光亮度Bo11～Bo44得到发光亮度B11′～B44′的矩阵运算式的转换式。图15(B)所示的公式(9)是用于从发光亮度B11′～B44′得到发光亮度Bo11～Bo44的矩阵运算式的转换式。若对公式(9)进行整理，则变成图15(C)所示的公式(10)。图15(D)所示的公式(11)表示公式(10)的常数a、b、c、d、e、f。在图14的情况下，衰减系数k、m的值也可以预先求得，因此可以根据图15(C)的公式(10)及图15(D)的公式(11)，正确地计算出区域35a1～35d4各自的光源352应该发出的光的发光亮度Bo11～Bo44。
在将背光装置35在水平方向及垂直方向双方上分割为8个区域时，若从64个区域应该发出的光的发光亮度为B11′～B88′，将64个区域上的光源352单独发光时的光源352正上方的发光亮度设为Bo11～Bo88，则发光亮度B11′～B88′用图16(A)所示的公式(12)得到，发光亮度Bo11～Bo88可以根据图16(B)所示的公式(13)进行计算。进而，若一般化为在水平方向及垂直方向双方上分割为n个区域(n为2以上的整数)，则发光亮度Bo11～Bon，n可以利用发光亮度B11′～Bn，n′根据图17所示的公式(14)进行计算。虽然省略了图示，但是在水平方向上分割为nh个区域(nh为2以上的整数)、在垂直方向上分割为nv个区域(nv为2以上的整数，并且是与nh不同的值)的情况下，同样也可以通过使用矩阵运算式，正确地计算出各光源352应该发出的光的发光亮度。
返回图1，从控制部50供给发光亮度运算部22中使用的衰减系数k、m。衰减系数k、m可以任意改变。表示如上得到的背光装置35的多个区域中的各光源352应该发出的光的发光亮度的数据，供给到白平衡调整部23。向白平衡调整部23输入从温度传感器37输出的表示背光装置35的温度的温度数据和从颜色传感器38输出的表示从背光装置35发出的光的色温的色温数据。
如上所述，若背光装置35的温度变化，则从LED(特别是R的LED)发出的光的亮度变化。因此，白平衡调整部23在光源352为三色LED时根据温度数据和色温数据，对R、G、B的LED的光量进行调整，调整为最佳的白平衡。另外，背光装置35的白平衡也可以根据从控制部50供给的外部控制信号Sct1进行调整。另外，在光源352的温度变化或长时间后产生的变化引起的背光的白平衡的变化小时，也可以去除白平衡调整部23。
从白平衡调整部23输出的表示背光装置35的多个区域上的各光源352应该发出的光的发光亮度的数据供给到PWM时序产生部24。在光源352为LED时，各种颜色的LED的发光例如根据脉冲宽度被调制的脉冲宽度调制信号被控制。PWM时序产生部24将包含产生脉冲宽度调制信号的时序、和用于调整发光量(发光时间)的脉冲宽度的PWM时序数据供给到背光驱动部36。背光驱动部36根据输入的PWM时序数据，产生作为脉冲宽度调制信号的驱动信号，对背光装置35的光源352(LED)进行驱动。
在此，表示了通过脉冲宽度调制信号驱动LED的例子，但是也可以通过调整流过LED的电流值对LED的发光亮度进行控制。此时，可以设置产生用于决定LED上流过电流的时序和电流值的时序数据的时序产生部，以代替PWM时序产生部24。此外，在光源352为LED以外的光源时，可以进行与光源的种类对应的发光量的控制，可以使用产生与光源的种类对应的时序数据的时序产生部。
在图1中，背光亮度控制部20与控制部50独立，但是也可以在控制部50中设置背光亮度控制部20内的电路的全部或一部分。此外，图1的结构中例如最大灰度检测部11、影像增益运算部12、及背光亮度控制部20的部分可以由硬件构成，也可以由软件构成，也可以是将两者混合的结构。无需另行说明，从影像信号处理部10输出的影像信号的各帧在液晶面板34上的显示、与背光亮度控制部20的与各帧的影像信号的最大亮度对应的背光亮度的控制彼此同步。在图1中省略了用于使两者同步的结构的图示。
利用图18，对以上说明的图1所示的液晶显示装置的动作、及图1所示的液晶显示装置中进行的影像显示方法的步骤进行另行说明。在图18中，最大灰度检测部11在步骤S11中，对液晶面板34的多个区域的每一个区域检测影像信号的最大灰度。影像增益运算部12在步骤S12中，运算与液晶面板34的各区域上显示的影像信号相乘的增益。液晶模块30在步骤S13中，将乘以增益的各区域的影像信号显示在液晶面板34上。与该步骤S12、S13并列地执行步骤S14～S17。
非均匀化处理部21在步骤S14中，求得从背光装置35的多个区域应该发出的光的发光亮度B，在步骤S15中，用发光亮度B乘以系数p作为发光亮度B′，以使液晶面板34的多个区域的亮度变得不均匀。发光亮度运算部22在步骤S16中，根据使用了发光亮度B′和变换系数的运算式，求得背光装置35的多个区域的光源352自身应该发出的光的发光亮度Bo。并且，PWM时序产生部24及背光驱动部36在步骤S17中，在与步骤S13同步的状态下，使背光装置35的多个区域的光源352以发光亮度Bo发光。
在图1所示的结构中，求得由非均匀化处理部21实施了非均匀化处理的发光亮度B′，发光亮度运算部22根据该发光亮度B′求得发光亮度Bo，但是也可以在由发光亮度运算部22求得发光亮度Bo后实施非均匀化处理。即，也可以将非均匀化处理部21与发光亮度运算部22交换。利用图19对此时的动作及步骤进行说明。
在图19中，步骤S21～S23与图18的步骤S11～S13相同。发光亮度控制部22在步骤S24中，求得从背光装置35的多个区域应该发出的光的发光亮度B，在步骤S26中，根据使用了发光亮度B和变换系数的运算式，求得背光装置35的多个区域的光源352自身应该发出的光的发光亮度Bo。非均匀化处理部21在步骤S25中，用发光亮度Bo乘以系数p作为发光亮度Bo′。并且，PWM时序产生部24及背光驱动部36在步骤S27中，在与步骤S23同步的状态下，使背光装置35的多个区域的光源352以发光亮度Bo′发光。
然而，非均匀化处理部21的非均匀化处理，在想要把背光装置35的消耗电力比上述非专利文献1或上述专利文献1～3中记载的结构进一步削减时是必需的，但是在消耗电力可以与这些文献中记载的结构相同时，也可以将非均匀化处理部21省略。利用图20对此时的动作及步骤进行说明。在图20中，步骤S31～S33与图18的步骤S11～S13相同。发光亮度运算部22在步骤S34中，求得从背光装置35的多个区域应该发出的光的发光亮度B，在步骤S36，根据使用了发光亮度B和变换系数的运算式，求得背光装置35的多个区域的光源352自身应该发出的光的发光亮度Bo。并且，PWM时序产生部24及背光驱动部36在步骤S37中，在与步骤S33同步的状态下，使背光装置35的多个区域的光源352以发光亮度Bo发光。
如上所述，在第一实施方式涉及的液晶显示装置中，背光装置35具有允许从多个区域各自的光源352发出的光漏出到自身区域以外的其他区域的结构，因此无需将液晶面板34和背光装置35的区域高精度地对应。此外，可以根据使各区域的光源352单独发光时的光源352自身的发光亮度Bo，正确地计算出从背光装置35的多个区域分别应该发出的发光亮度B。因此，液晶面板34上的多个区域上照射的背光的亮度，可以根据该区域上显示的影像信号的明亮度精确地控制。
进而，背光装置35的各区域并不是完全独立，利用考虑了从光源352发出的光漏出到自身区域以外的其他区域的结构的运算式求得发光亮度Bo，因此在液晶面板34上的多个区域中明亮度或色调不容易产生偏差，可以提高液晶面板34上显示的影像的品质。
第二实施方式
图21是表示本发明的第二实施方式涉及的液晶显示装置的整体结构的框图。在图21中，与图1相同的部分标以同一标号，并适当省略其说明。另外，在图21中，为了简化，省略了图1中的非均匀化处理部21，但也可以是与第一实施方式同样具有非均匀化处理部21的结构。
如上所述，在第一实施方式中，根据发光亮度运算部22求得背光装置35的多个区域的光源352自身应该发出的光的发光亮度Bo，从而使多个区域的光源352发光。该发光亮度Bo为各区域的中心点上的亮度值。图22(A)表示仅有将背光装置35如图4(A)所示在垂直方向上划分为4个区域的背光装置35A中的区域35b发光时的亮度分布。在区域35b以图22(A)所示的发光亮度Bo2发光时，在区域35a、35c中发光亮度为k Bo2，在区域35d中发光亮度为k2 Bo2，变成图示的亮度分布。从此时的区域35b的光源352发出的光的发光量，可以表示为在图22(B)中涂上阴影线的区域。即，图22(B)所示的光的发光量可以表示为由图22(A)的亮度分布表示的范围的光(光束)的积分值。
与根据来自各区域的光源352自身的光的发光亮度Bo求得从多个区域应该发出的光的发光亮度B相比，优选根据作为从光源352发光的积分值的光的发光量求得。因此，在图21所示的第二实施方式中，在发光亮度运算部22与白平衡调整部23之间，设有将发光亮度Bo转换为作为积分值的发光量Boig的发光量运算部25。发光量Boig可以根据从发光亮度Bo转换为发光量Boig的运算式简单地求得。
图23(A)是以背光装置35A的情况为一例的运算式。图23(B)是图23(A)所示的公式(15)中的常数s1～s4，常数s1～s4可以利用衰减系数k表示为公式(16)。另外，图23(A)、(B)用近似式来表示从发光亮度Bo转换为发光量Boig的运算式。例如在背光装置35A中的区域35a发光时，液晶面板34上照射的光的积分值，可以近似地由图24所示的公式(17)表示，k3的项很小，因此若将其忽略，则可以由公式(18)表示。此外，在背光装置35A中的区域35b发光时，液晶面板34上照射的光的积分值，可以近似地由公式(19)表示，若将公式(19)改写，则变成公式(20)。在将背光装置35在垂直方向上分割为多个区域时，与位于上下端部的区域的发光亮度Bo相乘的系数s为1+k，与夹在上下端部的区域中的各区域的发光亮度Bo相乘的系数s均为(1+k)/(1-k)。
图25(A)是根据图5、图14所示的背光装置35B时根据发光亮度Bo求得发光量Boig的运算式。图25(A)所示的公式(21)中的常数s1～s4是图23(B)所示的公式(16)，常数t1～t4可以利用衰减系数m表示为图25(B)公式(22)。在将背光装置35在水平方向及垂直方向双方上分割为多个区域时，与位于上下端部的区域的发光亮度Bo相乘的系数s为1+k，与夹在上下端部的区域中的各区域的发光亮度Bo相乘的系数s均为(1+k)/(1-k)，与位于左右端部的区域的发光亮度Bo相乘的系数t为1+m，与夹在左右端部的区域中的各区域的发光亮度Bo相乘的系数t均为(1+m)/(1-m)。
在图21中，从发光量运算部25输出的表示发光量Boig的数据经由白平衡调整部23供给到PWM时序产生部24。PWM时序产生部24，根据表示发光量Boig的数据，产生对背光驱动部36产生的脉冲宽度调制信号的脉冲宽度进行调整的PWM时序数据。这样，在第二实施方式中，背光驱动部36根据背光装置35中的各区域的光源352应该发出的发光量Boig，对各区域的光源352进行驱动，因此可以比第一实施方式正确地对从多个区域应该发出的光的发光亮度B进行控制。
另外，利用图23～图25说明的从发光亮度Bo转换为发光量Boig的运算式是如上所述将发光量Boig近似求得的运算式，没有完全表示作为图22(B)所示的涂上阴影线的区域的光的积分值，但是即使是近似的运算式，也可以得到与光的积分值相当的发光量Boig。进而，也可以利用复杂的运算式，求得更加正确的光的积分值。
第三实施方式
图26是表示本发明的第三实施方式涉及的液晶显示装置的整体结构的框图。在图26中，与图1相同的部分标以同一标号，并适当省略其说明。另外，在图26中，为了简化，省略了图1中的非均匀化处理部21，但也可以是与第一实施方式同样具有非均匀化处理部21的结构。此外，在图26中具有与第二实施方式相同的发光量运算部25，但也可以是去除发光量运算部25的结构。
图27(A)是液晶面板34与背光装置35A的区域35a～35d对应地被划分为区域34a～34d的情况，表示区域34a、34b、34d的灰度为0(即黑色)且区域34c为最大灰度255(即白色)的情况。从此时的背光装置35A的区域35a～35d应该发出的光的发光亮度B，如图27(B)所示为B1、B2、B3、B4。此时，背光装置35A的区域35a～35d的光源352自身应该发出的光的发光亮度Bo，在计算上如图27(C)所示为Bo1、Bo2、Bo3、Bo4，在区域35a、35b、35d变为负值。第三实施方式，在求得发光亮度Bo时采取了措施，以使不产生使光源352以负的亮度值发光的不可能的状态。
在将背光装置35在垂直方向上划分为n个区域时，若将上端部的区域的光源352自身应该发出的光的发光亮度设为Bo1，将下端部的区域的光源352自身应该发出的光的发光亮度设为Bon，将夹在上下端部的区域中的各区域的光源352自身应该发出的光的发光亮度设为Boi，则Bo1、Boi、Bon在计算上成为负值的是从各区域应该发出的光的发光亮度B1、Bi、Bn符合图28(A)的公式(23)所示的条件的情况。如公式(23)所示，发光亮度Bo在计算上成为负值的条件由衰减系数k决定。
因此，在第三实施方式中，在发光亮度B1～Bn符合公式(23)所示的条件时，在将发光亮度B1～Bn校正为满足图28(B)的公式(24)的值后求得发光亮度Bo。不使发光亮度Bo成为负值，至少满足图28(C)的公式(25)即可。如公式(24)所示，允许使发光亮度B的灰度值大于公式(25)，不仅是因为为了使发光亮度Bo不成为负值而对发光亮度B进行校正，还因为也可以在视觉上不产生不良影响的范围内有目的地使发光亮度B增大。
图29表示在将背光装置35在水平方向及垂直方向双方上分割为多个区域时的发光亮度Bo成为负值的条件、和发光亮度B的校正值。标在发光亮度B上的下标i表示垂直方向的任意的第i个区域，j表示水平方向的任意的第j个区域。图29(A)的公式(26)表示在垂直方向上排列的多个区域中发光亮度Bo在计算上成为负值的发光亮度B的条件。在发光亮度B符合公式(26)所示的条件时，将发光亮度B校正为满足图29(B)、(C)的公式(27)或公式(28)的值后求得发光亮度Bo。
进而，图29(D)的公式(29)表示在水平方向上排列的多个区域中发光亮度Bo在计算上成为负值的发光亮度B的条件。如公式(29)所示，在水平方向的情况下，发光亮度Bo在计算上成为负值的条件由衰减系数m决定。在发光亮度B符合公式(29)所示的条件时，将发光亮度B校正为满足图29(E)、(F)的公式(30)或公式(31)的值后求得发光亮度Bo。
图27(D)表示将灰度值校正为不产生图27(C)所示的负值的发光亮度Bo的发光亮度B。若使用该图27(D)所示的发光亮度B求得发光亮度Bo，则如图27(E)所示，发光亮度Bo不会是负值。另外，在此表示根据图28(C)的公式(25)对发光亮度B进行校正、以使将负的发光亮度Bo校正为灰度值0的情况。
返回图26，对第三实施方式的结构及动作进行说明。在图1所示的第一实施方式中，影像增益运算部12利用从最大灰度检测部11输入的表示液晶面板34的各区域的最大灰度的数据求得增益，但是图26所示的第三实施方式为如下结构。在图26中，如在图28、图29中的说明，发光亮度运算部22在发光亮度Bo是在计算上成为负值的发光亮度B时，对发光亮度B进行校正，以使发光亮度Bo在灰度值0以上。并且，发光亮度运算部22根据被校正的发光亮度B求得发光亮度Bo，供给到发光亮运算部25。该被校正的发光亮度B被供给到影像增益运算部12。影像增益运算部12根据被校正的发光亮度B，运算与影像信号相乘的增益。
无论在影像增益运算部12利用表示各区域的影像信号的最大灰度的数据求得增益时，还是在利用被校正的发光亮度B求得增益时，影像增益运算部12将与用由影像信号的位数决定的影像信号所取得的最大灰度除以各区域的影像信号的最大灰度得到的值相当的值，作为对每个区域的影像信号的增益来求得。
在该第三实施方式中，不需要从最大灰度检测部11向影像增益运算部12供给表示各区域的最大灰度的数据。如在图26中用虚线的箭头表示从最大灰度检测部11至影像增益运算部12，也可以与第一实施方式同样地，从最大灰度检测部11向影像增益运算部12供给表示各区域的最大灰度的数据。也可以仅在发光亮度Bo在计算上成为负值时，利用被校正的发光亮度B代替表示最大灰度的数据来求得增益。
第四实施方式
本发明的第四实施方式涉及的液晶显示装置的整体结构为上述第一～第三实施方式的任意一个。第四实施方式的结构为，对如何设置从背光装置35的光源352发出的光的亮度分布特性更为优选进行分析，并采用具有该优选的亮度分布特性的光源352。
图30(A)表示从背光装置35中的一个区域的一个光源352发出的光的亮度分布特性。为了容易理解，将光源352设为点光源。该图30(A)所示的亮度分布特性，例如与将图4、图5的背光装置35A、35B的各区域在垂直方向上截断而观察时的特性相当。在图30(A)中，纵轴为亮度值，横轴为距光源352的距离。在此将亮度值的最大值(中心亮度)标准化为1并图示。W为一个区域的垂直方向的宽度。将该亮度分布特性表示的曲线设为亮度分布函数f(x)。
本发明人在进行了各种实验的结果发现，例如在使背光装置35的一个区域发光时，根据亮度分布函数f(x)的状态，在液晶面板34上该区域的边界被辨认出边界阶梯，损坏液晶面板34上显示的图像的画质。图30(B)表示对亮度分布函数f(x)进行了微分的微分函数f′(x)。实验的结果判断出，微分函数f′(x)的最大值(亮度微分函数f(x)的微分最大值)对边界阶梯的辨认度产生影响。
如下表1所示，本发明人将具有作为亮度分布特性不同的亮度分布函数f(x)的fc1～fc8的多个光源352选择性地用于背光装置352，对有无边界阶梯的辨认度进行了调查。
表1
  fc1   fc2   fc3   fc4   fc5   fc6   fc7   fc8
  微分最大值   1.2   1.4   1.6   1.8   2.0   2.2   2.5   3.0
  边界阶梯   无   无   无   无   无   有   有   有
图31(A)表示表1中的亮度分布函数fc1～fc8内的fc1、fc3、fc5、fc7、fc8，图31(B)表示亮度分布函数fc1、fc3、fc5、fc7、fc8的微分函数f′c1、f′c3、f′c5、f′c7、f′c8。如表1所示，为了使区域的边界不被辨认为边界阶梯，需要使用具有如下亮度分布特性的光源352：表示微分函数f′(x)的绝对值|f′(x)|的最大值|f′(x)max|在2.0以下的亮度分布函数f(x)。当然，需要最大值|f′(x)max|的下限值超过0。即，需要微分函数f′(x)的绝对值|f′(x)|的最大值|f′(x)max|满足0＜|f′(x)max|≤2.0。
在此表示了将区域在垂直方向上截断而观察时的特性，但是由于来自光源352的光以光源352为中心随着同心圆状地远离光源352而衰减着扩散，因此从垂直方向以外的水平方向或任意方向对来自光源352的光的亮度分布特性进行观察时均相同。
这样，在第四实施方式的液晶显示装置中，作为背光装置35的光源352，使用表示亮度分布特性的曲线所表示的亮度分布函数f(x)的斜率的变化量的微分值的绝对值的最大值在2.0以下的光源，因此即使在背光装置35的多个区域内，仅使一部分区域发光，区域的边界也不会被辨认出边界阶梯，不会损坏液晶面板34上显示的图像的画质。
进而，对考虑了背光装置35的消耗电力的削减效果的理想的亮度分布特性进行说明。图32是与图30(A)相同的亮度分布函数f(x)。如图32所示，在将光源352的中心亮度标准化为1时，来自该光源352的光以衰减系数k漏出到相邻的区域，因此相邻的区域的中心亮度为k。图33是表示衰减系数k与消耗电力相对值的关系的图。在图33中，横轴为衰减系数k，纵轴为消耗电力相对值，将使背光装置35与影像信号的灰度无关地以最大的发光亮度发光时的消耗电力设为100％。此外，在图33中，Img1和Img2为表示图案彼此不同的静止画面中的衰减系数k与消耗电力相对值的关系的特性。
如图33所示，通过进行如第一实施方式中说明的背光装置35的亮度控制，消耗电力被削减。此时，从图33可知，在衰减系数k为0.3以下的范围，即使衰减系数k增加，消耗电力不会大幅度变化，但是在衰减系数k超过0.3的范围，伴随着衰减系数k的增加，消耗电力较大幅度地增大。因此，若考虑背光装置35的消耗电力的削减效果，则可以说优选衰减系数k在0.3以下。在此，对垂直方向的衰减系数k进行了说明，但是对于水平方向的衰减系数m也是相同。即，在从多个区域各自的光源发出的光漏出到与自身区域在水平方向或垂直方向上相邻的区域时，优选将自身区域的中心亮度设为1时相邻区域的中心亮度超过0、在0.3以下。
本发明并不限定于以上说明的第一～第四实施方式，在不脱离本发明的要点的范围内可以进行各种变更。在第一～第四实施方式中液晶面板34及背光装置35的多个区域的面积相同，但是也可以有目的地使面积不相同。此外，除了液晶显示装置以外，出现了需要背光装置的图像显示装置时，本发明当然也可以采用到该图像显示装置中。

Claims (20)

1.一种液晶显示装置，其特征在于，包括：
液晶面板，显示影像信号；
背光装置，配置在上述液晶面板的背面侧，被划分为多个区域，上述多个区域分别具有发出照射上述液晶面板的光的光源，并且具有允许从上述多个区域各自的光源发出的光漏出到自身区域以外的其他区域的结构；
最大灰度检测部，按照每个预定的单位时间，对与上述背光装置的多个区域对应的上述液晶面板的多个区域上分别显示的每个区域的影像信号的第一最大灰度进行检测；
影像增益运算部，求得与用第二最大灰度除以上述第一最大灰度得到的值相当的值，作为对每个上述区域的影像信号的增益，其中所述第二最大灰度是由上述影像信号的位数决定的上述影像信号所取得的；
乘法器，用每个上述区域的影像信号乘以由上述影像增益运算部求得的上述增益，作为上述液晶面板上显示的影像信号输出；以及
发光亮度运算部，在将从上述背光装置中的上述多个区域分别发出的光的亮度设为用上述光源的最大亮度乘以由上述影像增益运算部求得的上述增益的倒数得到的第一发光亮度，并将上述背光装置中的上述多个区域的光源为得到该第一发光亮度而应该分别单独发出的光的亮度设为第二发光亮度时，利用用上述第一发光亮度乘以第一系数的运算式，求得上述第二发光亮度，其中上述第一系数基于从上述多个区域各自的光源发出的光漏出到自身区域以外的其他区域的光量。
2.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于，包括：
发光量运算部，根据上述第二发光亮度，求得在上述背光装置中的上述多个区域分别从自身区域的光源发出并照射到上述液晶面板上的光的发光量；和
背光驱动部，对上述背光装置进行驱动，以使上述背光装置中的上述多个区域各自的光源发出由上述发光量运算部得到的发光量的光。
3.根据权利要求1或2所述的液晶显示装置，其特征在于，
上述发光亮度运算部，在利用上述运算式求得上述第二发光亮度时，在上述第二发光亮度在计算上为负值的情况下，以使上述第二发光亮度为0以上的值的方式对上述第一发光亮度进行校正后，求得上述第二发光亮度。
4.根据权利要求3所述的液晶显示装置，其特征在于，
上述影像增益运算部，根据已由上述发光亮度运算部校正的上述第一发光亮度，求得上述增益。
5.根据权利要求1或2所述的液晶显示装置，其特征在于，
上述光源具有如下特性：对表示从各光源发出的光的亮度分布特性的曲线进行了微分的微分值的绝对值的最大值超过0并在2.0以下。
6.根据权利要求5所述的液晶显示装置，其特征在于，
上述背光装置，在从上述多个区域各自的光源发出的光漏出到与自身区域相邻的区域时，在将自身区域的中心亮度设为1时，相邻的区域的中心亮度超过0并在0.3以下。
7.根据权利要求1或2所述的液晶显示装置，其特征在于，
上述运算式是矩阵运算式。
8.根据权利要求1或2所述的液晶显示装置，其特征在于，
上述液晶面板的多个区域是将上述液晶面板在垂直方向上一维划分的区域。
9.根据权利要求1或2所述的液晶显示装置，其特征在于，
上述液晶面板的多个区域是将上述液晶面板在水平方向及垂直方向双方上二维划分的区域。
10.根据权利要求8所述的液晶显示装置，其特征在于，
包括非均匀处理部，用上述背光装置的多个区域各自的上述第一发光亮度乘以第二系数，将上述第一发光亮度变得不均匀，以使从上述液晶面板中的位于一维排列的多个区域的垂直方向的中央部的区域开始到位于上下端部的区域为止，上述液晶面板上的亮度阶梯状地降低。
11.根据权利要求9所述的液晶显示装置，其特征在于，
包括非均匀处理部，用上述背光装置的多个区域各自的上述第一发光亮度乘以第二系数，将上述第一发光亮度变得不均匀，以使从上述液晶面板中的位于二维排列的多个区域的水平方向的中央部的区域开始到位于左右端部的区域为止，上述液晶面板上的亮度阶梯状地降低，并且从位于垂直方向的中央部的区域开始到位于上下端部的区域为止，上述液晶面板上的亮度阶梯状地降低。
12.根据权利要求10所述的液晶显示装置，其特征在于，
上述第二系数为0.8以上、1.0以下的值。
13.根据权利要求11所述的液晶显示装置，其特征在于，
上述第二系数为0.8以上、1.0以下的值。
14.根据权利要求1或2所述的液晶显示装置，其特征在于，
上述背光装置的上述光源为发光二极管。
15.一种影像显示方法，其特征在于，
将液晶面板上显示的影像信号设为与在上述液晶面板上设定的多个区域对应的每个区域的影像信号，并按照每个预定的单位时间，对在上述多个区域上分别显示的每个区域的影像信号的第一最大灰度进行检测，
求得与用第二最大灰度除以上述第一最大灰度得到的值相当的值，作为对每个上述区域的影像信号的增益，其中所述第二最大灰度是由上述影像信号的位数决定的上述影像信号所取得的，
用每个上述区域的影像信号乘以上述增益，并供给到上述液晶面板，
上述液晶面板的背光装置与上述液晶面板的多个区域对应地被划分为多个区域，在将从上述背光装置中的上述多个区域各自的光源发出的光的亮度设为用上述光源的最大亮度乘以上述增益的倒数得到的第一发光亮度，并将上述背光装置中的上述多个区域的光源为得到该第一发光亮度而应该分别单独发出的光的亮度设为第二发光亮度时，利用用上述第一发光亮度乘以第一系数的运算式，求得上述第二发光亮度，其中上述第一系数基于从上述多个区域各自的光源发出的光漏出到自身区域以外的其他区域的光量，
使上述背光装置的多个区域各自的光源以上述第二发光亮度发光的同时，在上述液晶面板的多个区域上分别显示已乘以上述增益的每个上述区域的影像信号。
16.一种影像显示方法，其特征在于，
将液晶面板上显示的影像信号设为与在上述液晶面板上设定的多个区域对应的每个区域的影像信号，并按照每个预定的单位时间，对在上述多个区域上分别显示的每个区域的影像信号的第一最大灰度进行检测，
求得与用第二最大灰度除以上述第一最大灰度得到的值相当的值，作为对每个上述区域的影像信号的增益，其中所述第二最大灰度是由上述影像信号的位数决定的上述影像信号所取得的，
用每个上述区域的影像信号乘以上述增益，并供给到上述液晶面板，
上述液晶面板的背光装置与上述液晶面板的多个区域对应地被划分为多个区域，在将从上述背光装置中的上述多个区域各自的光源发出的光的亮度设为用上述光源的最大亮度乘以上述增益的倒数得到的第一发光亮度，并将上述背光装置中的上述多个区域的光源为得到该第一发光亮度而应该分别单独发出的光的亮度设为第二发光亮度时，利用用上述第一发光亮度乘以第一系数的运算式，求得上述第二发光亮度，其中上述第一系数基于从上述多个区域各自的光源发出的光漏出到自身区域以外的其他区域的光量，
根据上述第二发光亮度，求得在上述背光装置中的上述多个区域中分别从自身区域的光源发出并照射到上述液晶面板上的光的发光量，
使上述背光装置中的上述多个区域各自的光源以上述发光量发光的同时，在上述液晶面板的多个区域上分别显示已乘以上述增益的每个上述区域的影像信号。
17.根据权利要求15或16所述的影像显示方法，其特征在于，
在利用上述运算式求得上述第二发光亮度时，在上述第二发光亮度在计算上成为负值的情况下，以使上述第二发光亮度为0以上的值的方式对上述第一发光亮度进行校正后求得上述第二发光亮度。
18.根据权利要求17所述的影像显示方法，其特征在于，
根据已校正的上述第一发光亮度求得上述增益。
19.根据权利要求15或16所述的影像显示方法，其特征在于，
作为上述背光装置中的各光源，使具有对表示从各光源发出的光的亮度分布特性的曲线进行了微分的微分值的绝对值的最大值超过0、并在2.0以下的特性的光源，以上述第二发光亮度发光，并且在上述液晶面板的多个区域上分别显示已乘以上述增益的每个上述区域的影像信号。
20.根据权利要求19所述的影像显示方法，其特征在于，
上述背光装置，在从上述多个区域各自的光源发出的光漏出到与自身区域相邻的区域时，在将自身区域的中心亮度设为1时，相邻的区域的中心亮度超过0、并在0.3以下。
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