JP5250339B2 - 画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は入力された画像データを表示する画像表示装置に関する。

液晶のように自ら発光せずに、バックライトを使用する表示デバイスでは、バックライトの消費電力が表示デバイスの消費電力の大半を占めるケースが多い。この場合、バックライトの消費電力削減が表示デバイス全体の消費電力削減の鍵となる。

このため、暗い映像シーンではバックライトの光量を下げるといった処理を行うことで、表示デバイスの消費電力を下げる試みがなされている。単純にバックライトの光量を１／Ｎに低減させた場合、そのままでは画面の明るさも１／Ｎになってしまう。しかし、バックライトの光量を１／Ｎに低減させ、かつ、各画素の画素値を補正することで各液晶画素の透過率をＮ倍に増加させれば、最終的な画面の明るさを維持することが可能となる。

ただし、各液晶画素の透過率はその液晶素子で実現可能な最大透過率よりも大きな値にすることは出来ない。このため、Ｎの値には上限が存在する。画質の劣化が起こらない範囲でＮを最大にするためには、表示画像の中で一番明るい画素に対応した液晶画素の透過率がその液晶素子の最大透過率となるようにＮの値を調整するとよい。このように画面全体のバックライト輝度値を一括して制御する方法をグローバルディミングと言う。

グローバルディミングは画面の中に一カ所でも輝点があると、これにＮの値が引きずられてバックライト全体の輝度が上がってしまう。このため、映像の内容によってはあまり電力削減効果が出にくい場合がある。

そこで近年では、画面を小さな領域に分割し、各領域と一対一に対応した光源を用意し、各光源の発光強度を独立に制御可能とすることで、領域毎にバックライトの輝度を制御するローカルディミングと呼ばれる方式が注目を浴びている（非特許文献１）。この方式では領域毎に、グローバルディミングと同様の方法でその領域の中の画素値に基づき、対応する光源の発光強度を決定する。これを画面内の全ての領域に対して行うことで、全光源の発光強度を決定する。これらの値を用いて、各光源を制御すると共に、グローバルディミングの場合と同様に入力画像の各画素値を補正することで、映像の品質をほとんど劣化させずに消費電力を削減することが可能となる。

グローバルディミングを行う場合には、各光源から発せられた光は、対応する領域内を均一に照らし、かつ他の光源から発せられた光は領域内の輝度分布に影響を与えないことが望ましい。しかし、実際には、各光源から発せられた光は、他の領域にも広がってしまうことが多い。この場合、その領域に対応する光源だけでなく、その近傍の光源も光らせないと、その領域本来のバックライト輝度が達成できないことがある。このような状況下でも、必要なバックライト輝度を保証する方法として、特開2008-9415（特許文献１）では、ある光源を光らせる際には、その発光強度にある定数を掛けた値で周囲の光源を光らせる方法を提案している。

特開2008-9415号公報 "Locally Pixel-compensated backlight dimming on LED-backlit LCD TV", Hanfeng Chen他, Journal of the SID 2007 pp981-988

特開2008-9415号公報の方法では、各光源と一対一に対応した領域内で最大輝度を持つ画素の画素値を求め、これを用いて光源の発光強度の初期値を決定している。この方法は、各領域内で対応する光源から発せられた光が均等に広がっている場合には有効であるが、均等に広がっていない場合には電力削減量の低下や画質の劣化につながる可能性がある。

そこで、本発明では、各光源の発光強度を算出する際に、その領域内の最大輝度を持つ画素の画素値だけでなくその位置情報を併用することで、この問題を解決する。具体的には、表示画面全体を独立に制御可能な光源の系統数よりも多い個数からなる領域に分割し、それぞれの領域において領域内の画素の最大値等の特徴量を求め、これらを用いて各光源の発光強度を算出する。

例えば、本発明は、入力された画像データに基づき光の透過率が制御されるマトリクス状に配置された複数の画素を備える液晶パネルと、前記液晶パネルの背面側に配置された複数の光源を有し、該複数の光源からの光を前記液晶パネルに照射するためのバックライトと、前記光源の発光強度を制御する制御部とを備え、前記液晶パネルの各画素を透過する前記バックライトからの光の量を前記入力画像データの画素値に応じて変化させることにより画像を表示するように構成された画像表示装置において、
前記複数の光源は、前記液晶パネルの水平方向における第１の端部側に配置された第１の光源と、前記第１の端部と対向する第２の端部側に配置された第２の光源とを少なくとも含み、
前記液晶パネルは、前記第１の端部側に位置し、前記第１の光源と対応する第１の画像領域と、前記第２の端部側に位置し、前記第２の光源と対応する第２の画像領域と、前記第１の画像領域と前記第２の画像領域との間に位置する第３の画像領域とを含み、
前記制御部は、前記第１の画像領域、前記第２の画像領域及び前記第３の画像領域のそれぞれの前記入力画像データの画素値から各画像領域の最大輝度値を取得し、該取得された前記第１の画像領域、前記第２の画像領域及び前記第３の画像領域のそれぞれの最大輝度値に基づいて、前記第１の光源の発光強度と前記第２の光源の発光強度とをそれぞれ独立して制御することにより、前記第１の画像領域、前記第２の画像領域及び前記第３の画像領域へ供給される光の輝度を制御する。

また、例えば、本発明は、マトリクス状に配置された複数の画素を備える液晶パネルと、液晶パネルの背面側に配置された複数の光源と、を備える。光源は１つの制御信号により制御される複数の小光源から構成され、液晶パネルは複数の画像領域を備え、複数の画像領域の数が前記複数の光源の数よりも多い。

本発明によれば、電力消費量や画質劣化を抑えることが可能となる。

以下に、本発明の実施の形態を説明する。

本発明の第一の実施例を説明するための表示デバイス１の正面図を図１に、図１をｙ軸方向と垂直なある平面５０で切った断面図を図２に示す。なお図１においてＸ方向は、図の水平方向、Ｙ方向は垂直方向、Ｚ方向は、Ｘ，Ｙ方向の両方の直角な方向として定義する。表示デバイス１は、映像を表示するための表示ユニット２０と表示ユニット２０の光源として使用される左右のサイドライト１０、１１から構成されている。左側のサイドライト１０は独立に発光強度を制御可能な４個の光源１００、１０１、１０２、１０３から構成されており、右側のサイドライト１１は独立に発光強度を制御可能な４個の光源１１０、１１１、１１２、１１３から構成されている。本実施例では光源１００〜１０３と光源１１０〜１１３の各光源は単一または複数個の発光ダイオードで構成されている場合を想定している。各光源は入力電流をパルス幅変調（ＰＷＭ変調）することで、その発光強度を最大値の０％〜１００％の間で自由に変化させることが可能である。

一方表示ユニット２０は液晶パネル２１、拡散板２２、導光板２３、反射シート２４を層状に重ね合わせた構造となっている。この構造は一つの例であり、各層の間に他のシートを挟んだり、層の順序を入れ替えたり、不要な層を取り除いたりする場合もある。各層には一般的な液晶デバイスに使用されているものが使用可能であるため、ここでは詳細な説明は省略し、簡単に動作を紹介するにとどめる。

サイドライト１０と１１からの光は導光板２３を通って表示ユニット２０全面に広がり、反射シート２４で反射されることで液晶パネル２１側、すなわち画面を見ている人間側へ放射される。本明細書内では、サイドライト１０、１１および表示ユニット２０から液晶パネル２１を除いた部分を、液晶パネル２１の後方にある光源ということでバックライトと呼ぶこととする。拡散板２２は、反射シート２４で反射された光を適度に拡散させることでバックライトの輝度を均一にする働きを持っている。

液晶パネル２１には、パネル解像度に相当する画素数に相当する個数の液晶スイッチが二次元状に配置されている。カラー液晶の場合には画素数×各画素を構成する色成分数のスイッチが配置される。この液晶スイッチは、液晶と呼ばれる物質を２枚の透明電極でサンドイッチ状に挟んだ物が広く用いられており、透明電極間に印加する電圧を調整することで、液晶スイッチを透過する光の量を変化させることが可能となる。バックライトから照射された光は、この液晶スイッチを通過して人間の目に見えることになる。液晶スイッチの透過率が低い場合は、バックライトから照射された光の多くが遮断されるため、その液晶スイッチは暗く見え、逆に透過率が高い場合は、明るく見えることになる。前述の様にこの液晶スイッチは液晶パネル２１上に二次元状に配置されているため、各液晶スイッチに印加する電圧を調整することで、二次元の物体を表示することが可能である。また、サイドライト１０、１１が白色光またはそれに準ずる光を発生し、各液晶スイッチにカラーフィルタを貼り付けることで、カラー画像を表現することも可能である。以下簡単のため、表示ユニット２０の全面に液晶スイッチが存在し、表示ユニット２０と同じ大きさの画像を表示出来るものとする。

まず、光源間の干渉が無視できる理想的なケースを想定してローカルディミングの方法を説明する。この場合、図１のように、表示ユニット２０上の表示画面全体を光源の個数と同じ８個の領域に分割する。各画素がどの領域に属するかは、その画素に最も近い光源がどれかによって決定される。各領域はオーバーラップせず、かつ、どの領域にも属さない画素が無いように決定される。表示ユニット２０に表示可能な最大画像の解像度を横１９２０画素、縦１０８０画素とした場合の、領域分割の例を図３に示す。ここで画素の座標は表示ユニット２０の左上を原点、すなわちｘ＝０、ｙ＝０としている。理想的なケースとして、表示ユニット２０をＹ軸と垂直な平面で切った時のバックライトの輝度分布は図４のようになっている。この図において、Ｌ１００は各光源が１００％の強度で点灯したときのバックライト輝度の最大値であり、この図の例では、画素の位置に関係なくバックライト輝度は全てＬ１００となる。左側のサイドライト１０からの光は画面左端から画面中央までは均一な輝度を保ち、中央で急激に減衰して０となる（図４の特性３０）。逆にサイドライト１１からの光は画面右端から画面中央までは均一な輝度を保ち、中央で急激に減衰して０となる（図４の特性３１）。この場合、水平方向の領域間の光の干渉はほぼ０と言える。同様に、この理想ケースでは垂直方向の領域間の光の干渉もほぼ０としている。この場合、領域（０，０）〜（１，３）の各領域におけるバックライト輝度は、図３に示される直近光源１００〜１１３の発光輝度のみで一意に決まることになる。

例として領域（０，３）に着目すると、この領域内に含まれる画素のバックライト輝度は領域内の位置によらず、光源１０３の発光強度で一意に決定されることになる。すなわち、光源１０３が１００％の強度で点灯していれば、他の光源の状態によらず、画素Ａ、画素Ｂ共にバックライト輝度はＬ１００となる。光源１０３がＣ％の強度で点灯している場合の画素Ａ、画素Ｂのバックライト輝度は、Ｌ１００×Ｃとなる。

このように、領域内の位置によらずバックライト輝度が均等である場合は、その領域内で最大輝度を持つ画素の画素値Ｐｍａｘから、最適なバックライトの発光率αを計算することが可能である。この手順を図５を用いて説明する。

一般的な液晶表示装置では、入力された画素値と液晶スイッチの透過率の間にガンマ特性と呼ばれるべき乗特性が成り立つように調整されている。すなわち、入力された画素値のγ乗が液晶スイッチの透過率となるのである。ここで、画素値および液晶スイッチの透過率は、それぞれの最大値を用いて０から１の範囲に正規化されているものとする。またγは定数であり、２．２付近の値に設定されるのが一般的である。

この場合、人間の目に見える画素の明るさＶは、正規化された画素値Ｐのγ乗とバックライト輝度ＢＬの積で表すことができる。画素値を８ビットで表すとするとその最大値は２５５となるため、調光前の座標（ｘ，ｙ）の画素を人間が見る際の明るさＶ０（ｘ，ｙ）は、調光前の座標（ｘ，ｙ）の画素値Ｐ０（ｘ，ｙ）と調光前のＢＬ０（ｘ，ｙ）を用いて式１のように表すことができる。同様に調光後のそれぞれの値をＶ１（ｘ，ｙ）、Ｐ１（ｘ，ｙ）、ＢＬ１（ｘ，ｙ）とすると、これらの間には式２の関係が成立する。ここで、調光前後で人間の目に同じ映像が見えるようにするには、全ての座標（ｘ，ｙ）において、Ｖ０（ｘ，ｙ）とＶ１（ｘ，ｙ）が等しくなれば良い。この場合、式１と式２より式３が導き出される。全ての（ｘ，ｙ）で式３が成立するためには、各領域におけるＰ０（ｘ，ｙ）の最大値Ｐｍａｘでもこの式が成立する必要があり、このときにＰ１（ｘ，ｙ）が８ビットで表現できる最大値である２５５になるように調整すると、最大の電力削減効果を実現することができる。

これらの値を式３に代入すると、式４のようになる。これを変形することで、バックライトの発光率αは式５のようになる。これは、画素（ｘ，ｙ）の属する領域の光源の明るさをα倍できることを意味する。ここでαは０〜１の間の数である。各光源はＰＷＭ制御されているため、光源の明るさと消費電力はほぼ比例している。つまり、画素（ｘ，ｙ）の属する領域の光源発光強度をα倍することができ、このとき消費電力もα倍されることになる。

ただし、単に光源の明るさをα倍しただけでは、人間が見る際の明るさＶ１（ｘ，ｙ）もα倍されてしまい、映像が変化してしまう。このため、調光後の画素値Ｐ１（ｘ，ｙ）を増加させることによりバックライトの減光分を相殺する必要がある。このＰ１（ｘ，ｙ）の値は、式３を変形することで式６のように算出することができる。すなわち、式５に従って光源を制御する共に、式６に従って画像側にも補正を掛けることで、映像の変化を防ぐことが可能となる。

なお、式６によって算出されたＰ１（ｘ，ｙ）が８ビットで表現できる最大値２５５を超えるようなケースが発生すると、画像を正しく表示できないことになるが、式５が成立している限り、そのようなケースは発生しない。

以上が、光源間の干渉が無視できる理想的なケースにおけるローカルディミングの方法である。

実際には光源間の干渉が無視できない場合がある。その場合の課題を図６を用いて説明する。ここでは、光源間の干渉は水平方向にのみ発生し、垂直方向の干渉は無視しうる量である場合を想定している。例えば、図１の領域（０，３）の中の画素（ｘ，ｙ）の処理の際には、光源１０３と光源１１３のみを考慮すれば良いことになる。図６において、Ｌ１００は各光源が１００％の強度で点灯したときのバックライト輝度の最大値である。左側のサイドライト１０からの光は画面左端から画面中央に向かって途中までは均一な輝度を保っているが、中央に近づくと次第に減衰し、画面中央を過ぎてしばらくしてから０となる（図６の特性３０）。逆にサイドライト１１からの光は画面右端から画面中央に向かって途中までは均一な輝度を保っているが、中央に近づくと次第に減衰し、画面中央を過ぎてしばらくしてから０となる（図６の特性３１）
ここで、領域（０，３）の画素の最大値Ｐｍａｘが１８６、領域（１，３）の画素の最大値Ｐｍａｘが９０である場合を考える。説明を簡単にするため、以下の説明では小数点以下の端数は無視している。

光源間の干渉が無視できない場合は、式５の中央の項は座標によって異なる値となる。そこで、式５の中央の項を取り除いた図１０の式７を使用する。上記のＰｍａｘの値を式７に適用すると、光源１０３の発光率α103は約５０％、光源１１３の発光率α113は約１０％となる。すなわち、光源１０３は５０％点灯、光源１１３は１０％点灯状態となる。この場合、領域（０，３）と領域（１，３）におけるバックライト輝度分布の断面は図７の３０と３１を加算した特性となる。

画素の最大値Ｐｍａｘ＝１８６の画素が画素Ａの位置に有る場合は、式６において、ＢＬ０（ｘ，ｙ）／ＢＬ１（ｘ、ｙ）≒２となり、Ｐ１（ｘ，ｙ）は約２５５となる。２５５は８ビットで表現できるため、この場合は問題なく表示することが可能である。

一方、画素の最大値Ｐｍａｘ＝１８６の画素が画素Ｂの位置に有る場合は、式６において、ＢＬ０（ｘ，ｙ）／ＢＬ１（ｘ、ｙ）＞２となる。この場合、Ｐ１（ｘ，ｙ）は８ビットで表現できる最大値２５５よりも大きな値となり、画素Ｂの明るさを誤差無く表現できないことになる。これは、画質の劣化につながる。

この問題を解決するために本実施例では、図８のように表示画面を制御可能な光源数８個よりも多い１２個の領域に分割し、それぞれの領域で最大値を算出する方法を採る。縦方向の領域分割は、これまでと同様に一番近い光源に対応させて図３のように領域（ｘ，０）、領域（ｘ，１）、領域（ｘ，２）、領域（ｘ，３）の４つに分割する。ここでｘは横方向の位置を示し、０、１、ｃのどれを示している。

横方向の分割方法は図９のようになっている。すなわち、左側の光源からの光が支配的な領域を領域（０，ｙ）、右側の光源からの光が支配的な領域を領域（１，ｙ）、左右の光源の光が混ざり合っている領域を（ｃ，ｙ）とする。ここでｙは縦方向の位置を示す０から３の数である。これらの領域の分割位置は厳密なものではなく、多少右からの光源の光が影響していても領域（０，ｙ）に割り当てる等、柔軟に決定することが可能である。

ここでは、これまでの説明と同様に画面の最下段の領域（０，３）（ｃ，３）（１，３）およびこれらの領域に影響を与える光源１０３、１１３に着目して説明を行う。説明を簡略化するため、光源１０３，１１３以外の光源がこれらの領域に与える影響は無視できるものとする。この場合、光源１０３と１１３の発光強度は次のように決定する。
（１）領域（０，３）の中で最も輝度が高い点を探す。この輝度値をＰ03とする。
（２）領域（１，３）の中で最も輝度が高い点を探す。この輝度値をＰ13とする。
（３）領域（ｃ，３）の中で最も輝度が高い点を探す。この輝度値をＰc3とする。またこの最高輝度の画素の座標を（ｍｘ，ｍｙ）とする。
（４）Ｐ03の値をＰmaxとして式７を用いて、光源１０３の発光率α103を算出する。
（５）Ｐ13の値をＰmaxとして式７を用いて、光源１１３の発光率α113を算出する。
（６）光源１０３を発光率α103、光源１１３を発光率α113で点灯させたときの、座標（ｍｘ，ｍｙ）の輝度Ｐc3eを求める。
（７）ここで、光源１０３を発光率α103、光源１１３の発光率α113で点灯させたときには、座標（ｍｘ，ｍｙ）のバックライトは必要とされる輝度の（Ｐc3／Ｐc3e）倍の輝度で光ることになる。
（８）Ｐc3e≧Ｐc3であれば、バックライトは領域（ｃ，３）の中で最も輝度が高い点を表示するのに十分な輝度を持っていることになる。この場合、α103とα113を光源１０３と光源１１３の発光率として使用する。
（９）Ｐc3e＜Ｐc3の時は、バックライトは領域（ｃ，３）の中で最も輝度が高い点を表示するのに十分な輝度を持っていないことになる。この場合、α103とα113をそれぞれ（Ｐc3／Ｐc3e）倍した値を、光源１０３と光源１１３の発光率として使用する。

このような手順で光源１０３と光源１１３の発光率を決定することで、より映像の劣化が小さくなる発光率を選ぶことが可能となる。なお、（９）で（Ｐc3／Ｐc3e）倍することによって片方の光源の発光率が１００％を超えてしまった場合には、その光源の発光率を１００％とし、Ｐc3e＝Ｐc3となるまで、もう一方の光源の発光率を上げることで、より適正な制御を行うことが可能となる。

以上の手順を全光源に対して適用することで、全ての光源の発光率が決定されると、画面内の全ての座標（ｘ，ｙ）おける画素値の補正に必要なＢＬ0（ｘ，ｙ）／ＢＬ1（ｘ，ｙ）の値が一意に定まる。そこで各光源を発光率に従って制御すると共に、式６を用いて全ての画素値を補正することで、消費電力を削減することが可能となる。

なお、この例では各領域の最大値を用いて各光源の発光率を決定してきた。この方法は画質の劣化が少ないという利点はあるが、消費電力の削減量が抑えられがちである。この問題を解決するには、ヒストグラムを使用して各光源の発光率を決定するのが効果的である。これを図１１を用いて説明する。この図は一つの領域内の全画素を対象に、横軸を画素値、縦軸を出現回数としてヒストグラムを作成したものである。この領域内の最大画素は、ヒストグラムの中で最も右側にある点であり、値はＰmaxである。このＰmaxを式７に代入することで対応する光源の発光率αが求まる。式７を見るとわかるように、Ｐmaxの値が小さいほど、光源の発光率αを下げることができ、電力削減効果が高くなる。このように、Ｐmaxを決定すると、理想的な場合には、画質の劣化を０に抑えることが可能である。

一方、人間の目は多少の画質劣化には鈍いところがある。このことを利用して、電力削減効果を上げるのがヒストグラムを使った方法である。ここでは例として、領域内の全画素から、輝度値が上位５％に含まれる画素を除いた残りの画素に対して最大画素を求める。この最大画素値は、図１１のＰhistに相当し、Ｐmaxに対して大幅に小さくなっている。この値を式７のＰmaxに代入することで、電力削減効果を高めることができる。ただし、この場合、取り除いた上位５％の画素は、画像補正後に正確な値を再現出来なくなるため、画質は劣化することになる。ここで取り除く画素の比率（この例では５％）を調整することで、画質の劣化と省電力効果のトレードオフを制御することが可能である。

このヒストグラムを使った方法を、図８の領域分割に適用した場合の光源１０３と１１３の発光強度の決定方法は次のようになる。
（１）領域（０，３）から輝度値が上位５％に含まれる画素を除いた画素で最も輝度が高い画素を探す。この輝度値をＰ03とする。
（２）領域（１，３）から輝度値が上位５％に含まれる画素を除いた画素で最も輝度が高い画素を探す。この輝度値をＰ13とする。
（３）領域（ｃ，３）から輝度値が上位５％に含まれる画素を除いた画素で最も輝度が高い画素を探す。この輝度値をＰc3とする。
（４）Ｐ03の値をＰmaxとして式７を用いて、光源１０３の発光率α103を算出する。
（５）Ｐ13の値をＰmaxとして式７を用いて、光源１１３の発光率α113を算出する。
（６）光源１０３を発光率α103、光源１１３の発光率α113で点灯させたときの、領域（ｃ，３）の平均輝度を求め、この値をＰc3eとする。
（７）Ｐc3e≧Ｐc3の時は、α103とα113を光源１０３と光源１１３の発光率として使用する。
（８）Ｐc3e＜Ｐc3の時は、α103とα113をそれぞれ（Ｐc3／Ｐc3e）倍した値を、光源１０３と光源１１３の発光率として使用する
なお、この例の（６）では、領域（ｃ，３）の平均輝度をＰc3e としているが、ここにマージンを持たせて、領域（ｃ，３）の平均輝度をＮ倍した値をＰc3e としても良い。Ｎは任意の数であり、この値を小さくすると、消費電力削減効果は下がるが、より画質の劣化を抑えることが可能となる。逆にＮを大きくすると、消費電力の削減効果は上がるが、画質の劣化が大きくなる。このようにＮを調整することで、所望とする特性により近づけることが可能となる。

このような構成を採ることで表示画像とサイドライトの関係は従来とは異なった挙動を取ることになる。図１において表示画像全面が薄い灰色で塗りつぶされており、画素Ａの位置にのみ星のような輝点があった場合、領域内の最大輝度の点の輝度値を元に光源輝度を決定する方法を採ると、この輝点は図１、図８共に領域（０，３）に含まれることになる。すなわち図１、図８のどちらの区分で領域分割を行った場合であっても、このケースでは左側の光源１０３が明るく点灯し、残りの光源は薄い灰色を表現するためにわずかに点灯した状態となる。

一方、画素Ｂの位置にのみ星のような輝点があった場合、領域内の最大輝度の点の輝度値を元に光源輝度を決定する方法を採ると、この輝点は図１では領域（０，３）に属し、図８では領域（ｃ，３）に含まれることになる。すなわち図１の区分で領域分割を行った場合は、左側の光源１０３が明るく点灯し、残りの光源は薄い灰色を表現するためにわずかに点灯した状態となる。一方、図８の図１の区分で領域分割を行った場合は、左側の光源１０３が明るく点灯すると共に、右側の光源１１３も残りの光源よりも明るく点灯することになる。

この様に、本発明の方式を用いると図１のある領域内を物体が移動した場合であっても、各光源の発光輝度が変化しうることになる。このサイドライトの例では、画面左半分のある領域内で物体が移動した場合でも、画面右半分の光源の発光輝度が変化する場合があることになる。

実施例１では、光源間の干渉は水平方向にのみ発生し、垂直方向の干渉は無視しうる量である場合を想定したが、光学系の特性によっては、光源間の干渉は垂直方向にのみ発生し、水平方向の干渉は無視しうる量である場合もありうる。このような場合は、領域（ｘ，ｙ）と領域（ｘ，ｙ＋１）の境界付近を別の領域として扱うことで、画像の劣化を抑えることができる。これを図１２を用いて説明する。
図１のように光源間の干渉が無い場合は、領域（０，０）を照らすための光は光源１００によって供給され、領域（０，１）を照らすための光は光源１０１によって供給されていた。しかし、垂直方向に光源の干渉があると、領域（０，０）と領域（０，１）の境界付近に、光源１００と光源１０１の両方からの光によって照らされる領域が出来ることになる。図１２ではこの領域を領域（０，０１）としている。この実施例では、それぞれの領域は排他的になるように、元の領域を調整している。例えば、図１における領域（０，０）から図１２の領域（０，０１）に相当する領域を除いた箇所が本実施例の領域（０，０）に対応する。

この構成における各光源の発光強度の決定方法の例を説明する。ここでは、領域内の最大値を元に決定する方法を説明するが、決定方法はこれに限定されるものではない、実施例１で述べたヒストグラムを使用する方法など様々な方法が考えられる。

ここでは、まず、次の手順で光源１００と光源１０１の発光率を決定する。
（ａ１）領域（０，０）の中で最も輝度が高い点を探す。この輝度値をＰ00とする。
（ａ２）領域（０，１）の中で最も輝度が高い点を探す。この輝度値をＰ01とする。
（ａ３）領域（０，０１）の中で最も輝度が高い点を探す。この輝度値をＰ001とする。またこの最高輝度の画素の座標を（ｍｘ，ｍｙ）とする。
（ａ４）Ｐ00の値をＰmaxとして式７を用いて、光源１００の発光率α100を算出する。
（ａ５）Ｐ01の値をＰmaxとして式７を用いて、光源１０１の発光率α101を算出する。
（ａ６）光源１００を発光率α100、光源１０１の発光率α101で点灯させたときの、座標（ｍｘ，ｍｙ）の輝度Ｐ001eを求める。
（ａ７）Ｐ001e≧Ｐ001であれば、バックライトは領域（０，０１）の中で最も輝度が高い点を表示するのに十分な輝度を持っていることになる。この場合、α100とα101をそのまま光源１００と光源１０１の発光率として使用する。
（ａ８）Ｐ001e＜Ｐ001の時は、バックライトは領域（０，０１）の中で最も輝度が高い点を表示するのに十分な輝度を持っていないことになる。この場合、α100とα101をそれぞれ（Ｐ001／Ｐ001e）倍した値を、光源１００と光源１０１の発光率として使用する。

同様に、次の手順で光源１０１と光源１０２の発光率を決定する。
（ｂ１）領域（０，１）の中で最も輝度が高い点を探す。この輝度値をＰ01とする。
（ｂ２）領域（０，２）の中で最も輝度が高い点を探す。この輝度値をＰ02とする。
（ｂ３）領域（０，１２）の中で最も輝度が高い点を探す。この輝度値をＰ012とする。またこの最高輝度の画素の座標を（ｍｘ，ｍｙ）とする。
（ｂ４）Ｐ01の値をＰmaxとして式７を用いて、光源１０１の発光率α101を算出する
（ｂ５）Ｐ02の値をＰmaxとして式７を用いて、光源１０２の発光率α102を算出する
（ｂ６）光源１０１を発光率α101、光源１０２の発光率α102で点灯させたときの、座標（ｍｘ，ｍｙ）の輝度Ｐ012eを求める。
（ｂ７）Ｐ012e≧Ｐ012であれば、バックライトは領域（０，１２）の中で最も輝度が高い点を表示するのに十分な輝度を持っていることになる。この場合、α101とα102をそのまま光源１０１と光源１０２の発光率として使用する。
（ｂ８）Ｐ012e＜Ｐ012の時は、バックライトは領域（０１２）の中で最も輝度が高い点を表示するのに十分な輝度を持っていないことになる。この場合、α101とα102をそれぞれ（Ｐ012／Ｐ012e）倍した値を、光源１０１と光源１０２の発光率として使用する。

このようにして順次、各光源の発光率を決定していくと、複数の発光率が算出される光源が存在する場合がある。この例では、光源１０１の発光率α101は（ａ１）〜（ａ８）のフローと（ｂ１）〜（ｂ８）のフローの両方で算出される。このような場合は、各フローで算出された発光率のうち、最大のものをその光源の発光率とする。

上記の手順を繰り返すことで全ての光源の発光率が決定される。全光源の発光率が決定されれば、バックライトの輝度分布が一意に定まる。算出された発光率に従って各光源を制御すると共に、バックライトの輝度分布に基づき式６により画像の補正を行うことで、より画質の劣化を抑えた状態で、消費電力の削減を行うことが可能となる。

実施例１、２では、光源間の干渉が水平、垂直のどちらか一方にのみ発生し、他方は無視できる量である場合について説明したが、両方向の干渉が共に無視できないレベルである場合であっても本発明は有効である。これを図１３を用いて説明する。

この実施例では、実施例１と同じく領域（ｘ，ｙ）と（ｘ＋１，ｙ）の境界付近で両者のための光源の光が干渉している領域を領域（ｃ，ｙ）として再定義することで水平方向の光の干渉に対応している。さらに、実施例２と同じく領域（ｘ，ｙ）と（ｘ，ｙ＋１）の境界付近で両者のための光源の光が干渉している領域を別領域として再定義することで垂直方向の光の干渉に対応している。

本実施例における各光源の発光強度の算出例は次のようになる。
（１）領域（０，０）の画素情報を使用して、光源１００の発光率α100を決定する。画素情報とは、領域内の最大輝度値やヒストグラム等の情報である。
（２）領域（１，０）の画素情報を使用して、光源１１０の発光率α110を決定する。
（３）領域（０，１）の画素情報を使用して、光源１０１の発光率α101を決定する。
（４）領域（１，１）の画素情報を使用して、光源１１１の発光率α111を決定する。
（５）実施例１と同じ手順で、領域（ｃ，０）の画素情報を使用して、光源１００の発光率α100と光源１１０の発光率α110の値を調整した値を算出する。
（６）（５）と同様の方法を、領域（ｃ，１）領域（０，０１）領域（１，０１）にも適用し、各光源の発光率を調整した値を算出する。
（７）領域（ｃ，０１）の中で最も輝度が高い点を探す。この輝度値をＰc01とする。またこの最高輝度の画素の座標を（ｍｘ，ｍｙ）とする。
（８）光源１００、１１０、１０１、１１１を（１）〜（４）で算出した発光率で点灯させた時の座標（ｍｘ，ｍｙ）の輝度Ｐc01eを求める。
（９）Ｐc01e≧Ｐc01であれば、光源１００、１１０、１０１、１１１の発光率をそのまま使用する。
（１０）Ｐc01e＜Ｐc01であれば、光源１００、１１０、１０１、１１１の発光率をそれぞれ（Ｐc01／Ｐc01e）倍した値を、各光源の発光率として使用する。

ここでは、画面の上半分のみ着目しているが、これを全画面に対して行う。
上記の手順の複数の箇所で発光率が算出された光源については、そのなかで最大のものをその光源の発光率として使用する。

なお、ここまでの実施例では各光源が表示ユニットの両側に置かれたいわゆるサイドライト方式の表示デバイスを用いて説明したが、各光源が表示ユニットの下にあるいわゆる直下型のバックライト方式を採用した表示デバイスでも同様の処理を行うことが可能である。すなわち、本発明は、サイドライト、直下等の方式によらず有効である。

実施例１の図８では、表示ユニット２０の中央のエリアは領域（ｃ，０）〜（ｃ，３）の３つの領域から構成されていた。しかし、光学系の特性によっては、表示ユニット２０の中央付近は各光源からの光がほぼ均等に混じり合っている場合もある。このような場合には、表示ユニット２０の中央のエリアを領域（ｃ，０）〜（ｃ，３）のように分割せずに、図１４のように領域（ｃ）としてまとめて扱った方が効率が良いことがある。図１４では、領域（０，０）〜（１，３）の８個の領域と領域（ｃ）は互いにオーバーラップしていないものとする。

この場合、次の手順で各光源の発光率を決定する。
（１）領域（０，０）の画素情報を使用して、光源１００の発光率α100を決定する。同様の処理を各光源に対して行い、各光源の発光率を決定する。
（２）領域（ｃ）の中で最も輝度が高い点を探す。この輝度値をＰcとする。また、この最高輝度の画素の座標を（ｍｘ，ｍｙ）とする。
（３）各光源を（１）で算出した発光率で点灯させた時の座標（ｍｘ，ｍｙ）の輝度Ｐce を求める。
（４）Ｐce≧Ｐcであれば、各光源の発光率をそのまま使用する。
（５）Ｐce＜Ｐcであれば、各光源の発光率をそれぞれ（Ｐc／Ｐce）倍した値を、各光源の発光率として使用する。

上記の例では、各領域はオーバーラップしていないものとしたが、光学系の特性によっては、図１５のように領域をオーバーラップさせた方がよい場合もある。この図において画素Ｆは、領域（０，０）と領域（ｃ）の双方に含まれることになる。領域（ｃ）内の各点の光が各光源から均等に混じり合ったものではなく、最も近い光源１００の影響が若干強めであるような場合は、このようにオーバーラップさせることで、より理想値に近い制御を行うことが可能となる。

光源間の干渉によって発生する問題の別の解決方法を図９および図１６〜図１９を用いて説明する。ここでは、説明を簡略化するため、実施例１と同じく、光源間の干渉は水平方向にのみ発生し、垂直方向の干渉は無視しうる量である場合を想定して説明する。ただし、本発明はこの条件に限定されるもではない。

図９は左右のサイドライト１０，１１を共に１００％の発光強度で点灯したとき、すなわち全点灯時に画面全体の輝度分布が平坦な特性に近づくように調整された表示デバイスにおけるバックライトの輝度分布を示している。この図において、Ｌ１００は目標とするバックライト輝度値である。

画面の左端に近い領域では、右側のサイドライト１１の光の影響をほとんど受けないため、左側のサイドライトのみ１００％点灯させた時の輝度値は、Ｌ１００とほぼ一致する。画面の右端に近い領域も同様である。

一方、画面中央付近では左右のサイドライトを両方とも１００％点灯した時の輝度がＬ１００になるようにするには、左右どちらかのサイドライトのみが点灯した時の輝度はＬ１００よりも小さな値になるようにしておく必要がある。

このため、図１の様に領域を分割し、各領域の最大値に基づいて各光源の発光強度決定してローカルディミングを行った場合、画面中央付近ではバックライトの輝度が必要な明るさに到達しないことがある。

そこで、本実施例では、図１６の様に、左側のサイドライトを１００％点灯、右側のサイドライトを０％点灯とした場合でも、画面の左半分は目標とする輝度値Ｌ１００を維持できるように輝度分布を設定する。図１６の３０はこのときの輝度分布の一例である。輝度分布の設定は導光板２３の表面にある反射パターンの大きさや密度等を変更することにより実現可能である。同様に図１７の様に、右側のサイドライトを１００％点灯、左側のサイドライトを０％点灯とした場合でも、画面の右半分は目標とする輝度値Ｌ１００を維持できるように輝度分布を設定する。図１７の３１はこのときの輝度分布の一例である。

この場合、左右のサイドライトを共に１００％点灯すると、図１８の３２で示されるように、画面の中央付近の輝度が強調された輝度分布となる。この輝度分布が図５の各式のＢＬ０（ｘ，ｙ）に相当する。ここで、画像補正時目標バックライト輝度分布ＢＬＴ（ｘ，ｙ）を定義する。これは図１９の３３で示されるような平坦な輝度分布特性である。

図５の式６のＢＬ０（ｘ，ｙ）をＢＬＴ（ｘ，ｙ）で置き換えると、図２０の式８となる。図１０の式７に基づいて光源の発光率αを算出し、これに基づいて各光源の発光輝度を制御すると、全ての画素において式９が成り立ち、式８のＰ１（ｘ，ｙ）が２５５を超えないようにすることができるため、画質の劣化を抑えることができる。

図１は、表示ユニットおよびサイドライトの関係を示した平面図である。 図２は、表示ユニットおよびサイドライトの関係を示した断面図である。 図３は、直近光源と対応領域の関係を示した図である。 図４は、光源間の干渉が無視できる場合の輝度分布の断面図である。 図５は、ローカルディミングを行う際の計算式を示す図である。 図６は、光源間の干渉が無視できない場合の輝度分布の断面図である。 図７は、光源間の干渉が無視できない場合の輝度分布の断面図（減光時）である。 図８は、水平方向の光源干渉に対応した領域分割を示した図である。 図９は、領域分割を付記した輝度分布の断面図である。 図１０は、光源間の干渉が無視できない場合の計算式を示す図である。 図１１は、各領域の画素値のヒストグラムである。 図１２は、垂直方向の光源干渉に対応した領域分割を示した図である。 図１３は、水平垂直方向の光源干渉に対応した領域分割を示した図である。 図１４は、中央付近の光が均等に混じり合っている時の領域分割を示した図である。 図１５は、中央付近の光が均等に混じり合っている時の領域分割を示した図である。 図１６は、本発明の第５の実施例における左側サイドライトによる輝度分布を示す図である。 図１７は、本発明の第５の実施例における右側サイドライトによる輝度分布を示す図である。 図１８は、本発明の第５の実施例における両側サイドライトによる輝度分布を示す図である。 図１９は、本発明の第５の実施例における目標輝度分布を示す図である。 図２０は、本発明の第５の実施例における画像補正のための計算式を示す図である。

符号の説明

１０…左側のサイドライト、１１…右側のサイドライト、２０…表示ユニット、２１…液晶パネル、２２…拡散板、２３…導光板、２４…反射シート、３０…左側のサイドライトのみを点灯したときのバックライト輝度分布、３１…右側のサイドライトのみを点灯したときのバックライト輝度分布、３２…両側のサイドライトを点灯したときのバックライト輝度分布、３３…画像補正の際に目標とするバックライト輝度分布、１００…左側サイドライトの一番上の制御光源、１０１…左側サイドライトの上から二番目の制御光源、１０２…左側サイドライトの上から三番目の制御光源、１０３…左側サイドライトの一番下の制御光源、１１０…右側サイドライトの一番上の制御光源、１１１…右側サイドライトの上から二番目の制御光源、１１２…右側サイドライトの上から三番目の制御光源、１１３…右側サイドライトの一番下の制御光源。

Claims (4)

1. 入力された画像データに基づき光の透過率が制御されるマトリクス状に配置された複数の画素を備える液晶パネルと、前記液晶パネルの背面側に配置された複数の光源を有し、該複数の光源からの光を前記液晶パネルに照射するためのバックライトと、前記光源の発光強度を制御する制御部とを備え、前記液晶パネルの各画素を透過する前記バックライトからの光の量を前記入力画像データの画素値に応じて変化させることにより画像を表示するように構成された画像表示装置において、
   前記複数の光源は、前記液晶パネルの水平方向における第１の端部側に配置された第１の光源と、前記第１の端部と対向する第２の端部側に配置された第２の光源とを少なくとも含み、
   前記液晶パネルは、前記第１の端部側に位置し、前記第１の光源と対応する第１の画像領域と、前記第２の端部側に位置し、前記第２の光源と対応する第２の画像領域と、前記第１の画像領域と前記第２の画像領域との間に位置する第３の画像領域とを含み、
   前記制御部は、前記第１の画像領域、前記第２の画像領域及び前記第３の画像領域のそれぞれの前記入力画像データの画素値から各画像領域の最大輝度値を取得し、該取得された前記第１の画像領域、前記第２の画像領域及び前記第３の画像領域のそれぞれの最大輝度値に基づいて、前記第１の光源の発光強度と前記第２の光源の発光強度とをそれぞれ独立して制御することにより、前記第１の画像領域、前記第２の画像領域及び前記第３の画像領域へ供給される光の輝度を制御することを特徴とする画像表示装置。
2. 請求項１記載の画像表示装置において、
   前記バックライトが有する前記複数の光源は、前記第１の光源と垂直方向において隣り合う第３の光源を更に含み、
   前記液晶パネルは、前記第１の画像領域と垂直方向に並び、かつ前記第３の光源に対応する第４の画像領域と、前記第１の画像領域と前記第４の画像領域との間の第５の画像領域とを含み、
   前記制御部は、前記第１の画像領域、前記第４の画像領域及び前記第５の画像領域のそれぞれの前記入力画像データの画素値から各画像領域の最大輝度値を取得し、該取得された前記第１の画像領域、前記第４の画像領域及び前記第５の画像領域のそれぞれの最大輝度値に基づいて、前記第１の光源の発光強度と前記第３の光源の発光強度とをそれぞれ独立して制御することにより、前記第１の画像領域、前記第４の画像領域及び前記第５の画像領域へ供給される光の輝度を制御することを特徴とする画像表示装置。
3. 請求項１記載の画像表示装置において、前記制御部は、
   前記取得された前記第１の画像領域の最大輝度値に基づいて第１の発光率を算出し、前記取得された前記第２の画像領域の最大輝度値に基づいて第２の発光率を算出し、
   前記第１の発光率で前記第１の光源を点灯させ、かつ前記第２の発光率で前記第２の光源を点灯させたときの、前記第３の画像領域の最大輝度値の座標での輝度を算出し、
   前記第２の画像領域の最大輝度値と前記算出輝度とを比較し、前記算出輝度が前記第３の画像領域の最大輝度値以上の場合は、前記第１の発光率及び第２の発光率をそれぞれ前記第１の光源及び第２の光源の発光率として使用し、
   前記算出輝度が前記第３の画像領域の最大輝度値より小さい場合は、前記第３の画像領域の最大輝度値と前記算出輝度との比を前記第１の発光率及び第２の発光率のそれぞれに乗算した値を、それぞれ前記第１の光源及び第２の光源の発光率として使用するように制御することを特徴とする画像表示装置。
4. 請求項１記載の画像表示装置において、
   前記最大輝度値は、各画像領域から輝度値が上位の所定パーセンテージに含まれる画素を除いた画素の中から取得されることを特徴とする画像表示装置。

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