WO2012124646A1 - 映像表示装置 - Google Patents

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英史 小田
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シャープ株式会社
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    • G09G2360/16Calculation or use of calculated indices related to luminance levels in display data

Definitions

  • the present invention relates to a video display device, and more particularly to a video display device that divides a backlight into regions and controls the luminance for each region.
  • the LED backlight has an advantage that local dimming is possible.
  • the backlight is divided into a plurality of areas, and the light emission of the LEDs is controlled for each area according to the video signal of the display area corresponding to each area. For example, it is possible to control such that a dark portion in the screen suppresses light emission of the LED, and a bright portion in the screen causes the LED to emit light strongly. Thereby, the power consumption of the backlight can be reduced and the contrast of the display screen can be improved.
  • FIG. 26 shows a conventional local dimming control example.
  • the backlight is divided into eight regions, and the luminance of the LED is controlled according to the maximum gradation value of the video signal corresponding to each region.
  • the maximum gradation value of the video signal in each area is in the state shown in FIG. A to H are area Nos.
  • the number below is the maximum gradation value in each area.
  • the luminance of the LED in each region by local dimming is as shown in FIG. That is, the brightness of the LED is controlled for each area according to the video signal of each area.
  • the maximum luminance in each region is limited to the luminance (for example, 450 cd / m 2 ) when all LEDs of the backlight are turned on with a duty of 100%.
  • Patent Literature 1 discloses a peak for reducing flicker and moving image blur even when the light emission period is varied over a wide range.
  • a brightness level control technique is disclosed.
  • this control method when setting the lighting period in the display panel in which the peak luminance level is variable by controlling the total lighting period length that is the sum of the lighting periods arranged in the field period, the average luminance level of the entire screen is set. Based on this, the light emission mode is determined. Thereafter, in order to obtain a peak luminance level set in accordance with the input image data, the number of lighting periods arranged in one field period, the arrangement position, and the setting condition defined for the determined light emission mode Set the period length.
  • the maximum brightness in each area is The brightness is limited to the brightness when all LEDs are turned on with a duty of 100%, and the brightness control of the LEDs according to the video signal is performed within the limit.
  • the luminance of the noise component which is a low gradation component
  • the noise becomes conspicuous and the quality deteriorates. Since the user pays attention to the brightness of the high-luminance portion, there is a need for an image processing device that specifically brightens a bright video area and further enhances the brightness without conspicuous noise.
  • the maximum luminance in each region is the backlight.
  • the brightness is limited to when all the LEDs are turned on with a duty of 100%. Therefore, for example, a bright image is more specifically brightened by local dimming to improve the contrast, so that there is a limit and the contrast cannot be effectively increased.
  • a device for improving the contrast and providing a high-quality image as compared with the conventional method is required.
  • An object of the present invention is to provide a video display device in which the image becomes inconspicuous.
  • the present invention divides the backlight into a plurality of areas, and controls the brightness of the backlight according to the video signal corresponding to each area, thereby brightening the brighter image and improving the contrast. It is an object of the present invention to provide an image display device that increases the brightness of a luminance image.
  • a first technical means of the present invention includes a display panel that displays a video signal, a backlight that uses an LED as a light source that illuminates the display panel, and a light emission luminance of the backlight.
  • a control unit that controls, the control unit divides the backlight into a plurality of regions, and controls light emission of the LED for each of the divided regions, wherein the control unit includes the division
  • the first brightness of the LED is determined for each of the areas in accordance with the first feature amount of the video of the display area corresponding to each of the areas, and the LED is driven with respect to the first brightness of each area.
  • a second luminance is determined for each region obtained by uniformly multiplying the first luminance by a constant magnification, and a second luminance for each region is further determined. Compare the brightness with a predetermined threshold and Only in the region where the second luminance is lower than the threshold value, the second luminance is lowered again to become the third luminance, and the third luminance and the second luminance in the region where the second luminance is not lowered. Is used to control the light emission of the LED for each divided region.
  • the second technical means is characterized in that, in the first technical means, the third luminance for each region matches the first luminance of each region.
  • the third technical means is characterized in that, in the first technical means, the third luminance for each region is within a predetermined range including the first luminance of each region.
  • the fourth technical means is characterized in that, in any one of the first to third technical means, the control unit sets the threshold value as a fixed value.
  • the fifth technical means is characterized in that, in any one of the first to third technical means, the control unit sets the threshold according to the second feature amount of the video.
  • control unit decreases the second luminance and sets the number of areas to be the third luminance to a predetermined number. Further, the threshold value is set.
  • a seventh technical means in the fifth technical means, when the control unit lowers the second luminance by the threshold value, an image having a smaller second feature amount is set to the first luminance. The second luminance is lowered so as to approach the second luminance.
  • the control unit decreases the second luminance by the threshold, the second luminance is lower than the threshold.
  • the second luminance is lowered so that the region where the second luminance is smaller is closer to the first luminance.
  • a ninth technical means includes a display panel that displays a video signal, a backlight that uses an LED as a light source that illuminates the display panel, and a control unit that controls light emission luminance of the backlight.
  • the unit is a video display device that divides the backlight into a plurality of regions, and controls the light emission of the LED for each of the divided regions, and the control unit is configured to display a video of a display region corresponding to each of the divided regions.
  • the first luminance of the LED is determined for each of the regions according to the feature amount of 1, and the total value of the LED driving current is less than or equal to a predetermined allowable current value with respect to the first luminance of each region.
  • the second luminance for each region obtained by multiplying the first luminance uniformly by a constant magnification is determined, and the second luminance for each region is compared with a predetermined threshold, In areas where the second luminance is lower than the threshold value.
  • the second luminance is reduced to the third luminance by reducing the second luminance to be equal to the first luminance in the area or within a predetermined range of the first luminance, and the second luminance is equal to or higher than the threshold value.
  • a total amount of decrease in luminance of the region smaller than the threshold is allocated to the region, and the second luminance is increased to the fourth luminance by the allocated luminance, and the third luminance and the fourth luminance are increased.
  • the brightness of the LED is used to control the light emission of the LED for each divided area.
  • the tenth technical means is characterized in that, in the ninth technical means, the control unit sets the threshold value as a fixed value regardless of the feature quantity of the video.
  • the eleventh technical means is characterized in that, in the ninth technical means, the control unit sets the threshold value in accordance with a second feature amount of the video.
  • control unit reduces the second luminance and sets the number of areas to be the third luminance to a predetermined number.
  • the threshold value is set.
  • any one of the ninth to twelfth technical means when the control unit lowers the second luminance by the threshold value, the smaller the second feature amount of the video,
  • the distribution amount of the luminance is set to be larger in a region where the second feature amount is larger. It is characterized by a relatively large increase.
  • the second luminance when the control unit decreases the second luminance by the threshold value, the second luminance is lower than the threshold value.
  • the second luminance is decreased when the second luminance is decreased so as to approach the first luminance, and the second luminance is increased by the threshold. The larger the area is, the larger the luminance distribution amount is.
  • control unit is configured to reduce the luminance of an area smaller than the threshold with respect to an area where the second luminance is equal to or higher than the threshold.
  • the total amount is distributed and distributed equally.
  • control unit is configured to reduce the luminance of an area smaller than the threshold with respect to an area where the second luminance is equal to or higher than the threshold.
  • the luminance distribution amount is increased in the region where the second luminance is relatively large.
  • control unit reduces the luminance of an area smaller than the threshold with respect to an area where the second luminance is equal to or higher than the threshold.
  • the luminance distribution amount is increased in the region where the second luminance is relatively small.
  • An eighteenth technical means according to any one of the first to seventeenth technical means is characterized in that the first feature amount is a maximum gradation value of a video signal in the divided area. is there.
  • the nineteenth technical means is characterized in that, in any one of the fifth, seventh, eleventh, and thirteenth technical means, the second feature amount is an APL of an image.
  • a twentieth technical means is the technical means according to any one of the fifth, seventh, eleventh and thirteenth aspects, wherein the second feature amount is a maximum gradation value for each frame of the video. is there.
  • the present invention it was made in view of the above situation, and when the backlight is divided into a plurality of parts and the brightness of the backlight is controlled according to the video signal corresponding to each area, It is possible to provide a video display device in which the noise in the screen becomes inconspicuous.
  • the backlight when the backlight is divided into a plurality of areas and the luminance of the backlight is controlled according to the video signal corresponding to each area, the bright video is brightened to improve the contrast.
  • the image display device that increases the brightness of a high-luminance image.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a main part of a video display device according to the present invention.
  • the video display device is configured to display an image by performing image processing on an input video signal, and can be applied to a television device or the like.
  • the image processing unit 1 inputs a video signal separated from a broadcast signal or a video signal input from an external device, and performs the same video signal processing as that of the prior art. For example, IP conversion, noise reduction, scaling processing, ⁇ adjustment, white balance adjustment, and the like are appropriately executed. Further, the contrast, color, etc. are adjusted based on the user set value and output.
  • the area active control unit 2 divides the video signal into predetermined regions according to the video signal output from the image processing unit 1, and extracts the maximum gradation value of the video signal for each divided region. The maximum gradation value for each region is output to the LED control unit 3 as LED data.
  • the area active control unit 2 outputs data indicating the gradation of each pixel of the liquid crystal to the liquid crystal control unit 6 as liquid crystal data. At this time, the liquid crystal data and the LED data are output so that synchronization is maintained between the LED backlight 5 and the liquid crystal panel 7 which are final outputs.
  • the LED data is the maximum gradation value of the video signal for each divided area, but is not the maximum gradation value but other predetermined statistical values such as the average gradation value of the video signal in the divided area. There may be.
  • the maximum gradation value in the region is generally used, and in the following description, the maximum gradation value in the divided region is used.
  • the LED control unit 3 performs power limit control on the LED data output from the area active control unit 2 and determines a control value for controlling lighting of each LED of the LED backlight 5.
  • Power limit control is to increase the brightness of the backlight and improve the contrast for areas that require more brightness in the display screen.
  • the total amount of drive current when the backlight LEDs are fully lit. Is set to the upper limit, and the emission luminance of the LED is increased within a range in which the total amount of drive current of the LEDs that are lit in each region does not exceed the total amount of drive current at the time of full lighting.
  • the brightness of the LED of the LED backlight 5 can be controlled by PWM (Pulse Width Modulation) control, current control, or a combination thereof. In either case, control is performed so that the LED emits light with a desired luminance.
  • PWM duty control will be described as an example.
  • the control value output from the LED control unit 3 performs LED light emission control for each divided region of the area active control unit 2, thereby realizing local dimming.
  • the control unit of the present invention corresponds to the area active control unit 2 and the liquid crystal control unit 6.
  • the LED driver 4 performs light emission control of each LED of the LED backlight 5 according to the LED data output from the LED control unit 3.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining an example of setting the LED brightness by the LED control unit.
  • the LED control unit 3 of the video display device determines the luminance of the LED backlight 5 in the relationship as shown in FIG.
  • the horizontal axis represents the lighting rate (window size) of the backlight.
  • the lighting rate determines the average lighting rate of the entire backlight, and can be expressed as a ratio of the total lighting region (window region) to the extinguishing region.
  • the lighting rate is zero when there is no lighting region, the lighting rate increases as the window of the lighting region increases, and the lighting rate becomes 100% with full lighting.
  • the vertical axis indicates the luminance of the LED in the divided area, and indicates the luminance of the LED in an area where the maximum luminance can be obtained among the divided areas. That is, the brightness of the area including the window in the screen is shown.
  • the power limit control By the power limit control, the power for turning on the LED (total amount of drive current value) is constant. Therefore, as the lighting rate increases, the power that can be input to one divided region decreases.
  • An example of the relationship between the lighting rate and the maximum brightness of the divided area is as shown in FIG. In a range where the lighting rate (window size) is small, power can be concentrated on the small window, so that each LED can be lit up to the maximum luminance with a duty of 100%. However, in the region (P1 to P2) where the lighting rate is small and all the LEDs in one divided region cannot be lit, the luminance of the entire region is low even if the lighting LED is set to 100% duty.
  • the luminance in that region becomes maximum.
  • the duty of the LED at this time is 100%. This is because power can be input to a smaller area for power limit control. Further, as the lighting rate increases from point P2, the number of LEDs to be lit increases, so the power that can be input to each LED by power limit control decreases, and therefore the maximum brightness that the area can take gradually decreases. Go.
  • the point P3 is a state in which the entire screen is fully lit. In this case, the duty of each LED decreases to, for example, 36.5%.
  • Power limit control is to increase the brightness of the backlight and improve the contrast in areas where further brightness is required within the display screen.
  • the upper limit is the total amount of drive current when the backlight LEDs are fully lit, and the total amount of drive current of the LEDs that are lit in each region is within a range that does not exceed the total amount of drive current at the time of full lighting Is increased at a constant magnification.
  • the luminance is increased by multiplying the light emission luminance of the LED determined for each region in FIG. 26B by a fixed magnification (a times).
  • the condition at this time is the total amount of drive current values in each region ⁇ the total drive current value when all the LEDs are turned on. In this case, in one area, it is allowed to exceed the luminance at the time of full lighting (for example, 450 cd / m 2 ), and more driving current is input to the LED in a range where there is a margin of power to make it brighter. It is. By performing such control, it is possible to actually express the peak luminance 2 to 3 times.
  • FIG. 4 is a diagram showing a state of luminance on the liquid crystal panel when the luminance duty of the LED is changed.
  • the horizontal axis represents the gradation of the video signal
  • the vertical axis represents the luminance value on the liquid crystal panel.
  • the luminance of the LED is increased by about 2.7 times from 36.5% to 100%, the luminance value on the liquid crystal panel is also increased by about 2.7 times. At this time, the luminance increases by about 2.7 times not only in the region H where it is desired to increase the brightness of the high luminance but also in the low gradation region L where noise is conspicuous due to the increase in luminance. Accordingly, although the contrast of the image is improved, there are disadvantages due to the luminance increase such as black floating in the low gradation region.
  • FIG. 5 shows an example in which the display screen is divided into eight.
  • Each divided region No. A to H are the maximum gradation values of the video for each area.
  • the maximum gradation value corresponds to the first feature amount of the present invention.
  • the first feature amount is the maximum gradation value for each region, but other statistical values such as an average of the gradation values in the region may be used.
  • the maximum gradation value of the video in the eight divided areas is 64, 224, 160, 32, 128, 192, 192, 96, and the average of the maximum gradation values is 53 for 256 gradations.
  • % Value That is, in this case, it corresponds to a lighting rate (window size) of 53% in the graph of FIG.
  • the duty of the LED corresponding to the luminance of the backlight in the region where the maximum luminance can be obtained is 55%. That is, when the lighting rate on the screen is 53%, the backlight can be raised to 55% duty by power limit control. This corresponds to about 1.5 times the duty of 38.5% when fully lit (lighting rate 100%). In other words, when the LED duty is 38.5% when the LEDs are fully lit, when the lighting rate is 53%, power is supplied to the lighting LEDs so that the brightness is 1.5 times that of 38.5%. Can do.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a state in which the areas illustrated in FIG. 5 are arranged in the order of the area numbers.
  • the horizontal axis represents the region No.
  • the vertical axis represents the luminance value of the LED in each region.
  • the luminance value of the LED can be expressed by a gradation value (LED gradation) of 0-255, for example.
  • the luminance value of the LED for each region is determined by the same method as in the conventional local dimming control. This luminance is the first luminance.
  • the first luminance is determined to be relatively small in the region where the maximum gradation value of the image is small, and relatively large in the region where the maximum gradation value of the image is large (similar to FIG. 26B). ).
  • the contrast is improved and the power consumption is reduced, and the brightness in the high gradation region is increased to increase the brightness.
  • the brightness of the LEDs in each region is set so as not to exceed the screen brightness (for example, 450 cd / m 2 ) when all the LEDs are turned on.
  • the luminance value calculated by the power limit control as described above (here, 1.5 times) is multiplied by the luminance value of the LED in each region.
  • all areas are uniformly multiplied by a value corresponding to the brightness increase.
  • the LED duty when the LEDs are fully lit is 36.5%, but when the lighting rate is 53%, the brightness of the LEDs increases to a duty of 55%.
  • a state in which the first luminance is multiplied by 1.5 corresponds to the vertex position of the histogram data of each region shown in FIG. This luminance value is set as the second luminance (V2).
  • the second luminance (V2) of each region is compared with a predetermined threshold (LED gradation value) Th, and the second luminance (V2) is a threshold.
  • the second luminance (V2) is further reduced by a predetermined amount.
  • the brightness value (first brightness) of the original LED is restored.
  • the LED In the control of the LED backlight, the LED is controlled using the second luminance (V2) in the region where the maximum gradation value is equal to or greater than the threshold Th. In the region where the maximum gradation value is smaller than the threshold value Th, the LED is controlled using the third luminance (V3).
  • the third luminance (V3) is made to coincide with the first luminance, the first luminance is applied to the region having the maximum gradation value smaller than the threshold even in the luminance control by the power limit. Can be returned to.
  • This is an effective measure when, for example, the image is very noisy, or conversely, since the quality of the image is high, a slight increase in the amount of noise becomes a problem.
  • the first luminance of the LED is uniformly increased to the second luminance by the power limit control, and the second luminance is compared with the threshold Th and has a maximum gradation value smaller than the threshold Th.
  • the LED may be made closer to the first luminance without matching the first luminance.
  • the third luminance is set to fall within a predetermined range of the first luminance. Therefore, the first luminance and the third luminance do not coincide with each other and become close values.
  • the increase from the first luminance to the second luminance is about 2.7 times.
  • the noise in the video can be recognized by the viewer when the luminance increases by 3 dB (1.4 times), and the noise becomes conspicuous when the luminance increases by 6 dB (2 times).
  • the second luminance is set for the region having the maximum gradation value smaller than the predetermined threshold.
  • the third luminance is obtained by multiplying by 0.74.
  • the third luminance is twice the value of the first luminance.
  • the second luminance is reduced to 0 when the increase from the first luminance to the second luminance is 2.7 times.
  • the third luminance is about 1.4 times (3 dB) the first luminance.
  • a low gradation is used in order to improve the contrast and reduce the power saving based on the maximum gradation value (first feature amount) of the divided area of the video.
  • luminance of LED power is supplied to LED by power limit control, it increases to 2nd brightness
  • the brightness of the LED in the area having the tone value is lowered to the third brightness.
  • by increasing the third luminance to the first luminance it is possible to eliminate an increase in noise due to the luminance increase from the first luminance to the second luminance.
  • the third luminance is reduced to a predetermined range of the first luminance, for example, about twice the first luminance without reducing the third luminance to the first luminance, the effect of making the noise inconspicuous Can be obtained.
  • the third luminance may be lowered to a luminance lower than the first luminance. In this case, the noise of the original video can be made less noticeable.
  • the luminance of the LED is not reduced uniformly at a constant magnification among the divided regions having the maximum gradation value smaller than the threshold Th.
  • the reduction rate (or amount of decrease) of the brightness of the LED may be varied. For example, in the region having the maximum gradation value smaller than the threshold Th, the region where the second luminance is lower increases the LED luminance reduction magnification or increases the amount of reduction.
  • the LED luminance is made to coincide with the first luminance, or the luminance of the LED is lowered to the vicinity of the first luminance, and in the region where the second luminance is relatively large, for example, The brightness of the LED is reduced to about twice the brightness of 1. As a result, it is possible to obtain the effect of increasing the brightness due to the power limit while suppressing the occurrence of noise.
  • the luminance of the LED is lowered so as to approach the first luminance as the second feature amount (APL or the maximum gradation value of the image) is smaller.
  • the second feature amount APL or the maximum gradation value of the image
  • the noise of the LED is returned to a predetermined range, for example, about twice the first luminance without returning the LED luminance to the first luminance.
  • a reduction effect can be obtained. Since the gradation value is originally low in the region where the APL is small, the noise is reduced by returning to the first luminance. Thereby, in the region where APL is high, it is possible to suppress the conspicuous noise while maintaining the video expression without excessively suppressing the LED luminance. The same applies to the case where the maximum gradation value of the video is used as the second feature amount.
  • the luminance of the LED in the region having the maximum gradation value smaller than the threshold value Th is reduced by adopting any of the above methods. Then, as shown in FIG. 7, the obtained LEDs are rearranged in ascending order of brightness. Then, a gradation curve is created in which the maximum gradation value of each region is input and the luminance of the LED of each region is output.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the obtained gradation curve, in which the horizontal axis indicates the LED gradation value (input gradation) corresponding to the second luminance, and the vertical axis indicates the LED gradation corresponding to the third luminance.
  • the value (output gradation) is shown.
  • Before correction means a gradation curve when the second luminance is output without being corrected to the third luminance, and after correction is when the second luminance is corrected to the third luminance according to the threshold value.
  • the gradation curve is shown.
  • the threshold value may be determined according to the number of areas in the divided area where the luminance is reduced.
  • the threshold value can be set so that the second luminance is reduced to a third luminance by a predetermined number from the region having the lowest maximum gradation value among the plurality of divided regions.
  • the third luminance is set for only two of the eight divided areas.
  • the threshold value Th may be dynamically changed according to the feature amount of the video.
  • APL Average Picture Level
  • maximum gradation value peak value
  • These feature amounts are set as a second feature amount according to the present invention.
  • the LED data is generally the maximum gradation value of the video signal in the divided area as described above.
  • APL is an average value of the luminance of the video signal, and is generally an average value of the entire video, not an average value of a specific area of the video. APL therefore changes dynamically from frame to frame.
  • the threshold Th can be dynamically changed according to the APL of the video.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an example of an image with an APL of 50%.
  • the horizontal axis is the division area number.
  • the vertical axis indicates the luminance value of the LED in each region.
  • the vertex position of the histogram data of each region indicates the maximum gradation value (first feature amount) of each region.
  • there is a certain degree of correlation between the APL of the video and the maximum gradation value of the divided area but it varies greatly depending on the video. For example, in the case where there are many locations where the difference in luminance is large in the video, the maximum gradation value may exceed the APL value in all the divided regions.
  • FIG. 9 shows an image with a relatively small contrast.
  • the entire image is flat and the difference in brightness is small.
  • the image is in this state.
  • the difference between APL and the maximum gradation value of each region is small.
  • APL is an average value of the luminance of the entire image
  • the region where the maximum gradation value is lower than APL is a region where there are few shining portions in the region and the luminance should be lowered. Therefore, in the areas of NoA and B, control is performed such that the brightness of the LED whose brightness is increased by the power limit is lowered again.
  • the threshold value is set so that the second luminance value of the region is smaller than the threshold value. The amount of reduction follows any of the above processing examples.
  • FIG. 10 shows an example of an image having an APL of 50% and a relatively large contrast.
  • This example is an image that often exists, and the difference between APL and the maximum gradation value of each region is larger than the example of FIG.
  • the threshold value is set so as to decrease the luminance of the LED in the region where the maximum gradation value is smaller than APL, region No.
  • control is performed such that the brightness of the LED whose brightness is increased by the power limit is lowered again.
  • FIG. 11 shows an example of an image in which the APL is 50% and the contrast of the entire image is extremely large.
  • This example is a video with a large sharpness.
  • a video is displayed when the outside is projected through a grid or when many white objects are arranged on a black background.
  • the maximum gradation value exceeds APL in all regions.
  • the threshold value is set so that the second luminance value of the region is equal to or greater than the threshold value.
  • the threshold Th may be fixed to a constant value regardless of the state of the video. For example, in FIGS. 12 to 14, 33% of the luminance that can be obtained for the images of FIGS. 9 to 11 is set as a fixed value, and the luminance of the LED is decreased in an area having a maximum gradation value smaller than the fixed value. Set the threshold. That is, for a region having a maximum gradation value smaller than 33% of the luminance that the video can take, the threshold value is set so that the second luminance value of the region is smaller than the threshold value.
  • the noise becomes a problem in the low brightness area of the video signal.
  • the entire video signal is divided into high, medium, and low luminance, approximately 33% or less is a low luminance image.
  • control for reducing the luminance of the LED whose luminance is increased by the power limit again is performed for any region. I will not. Further, in the example of FIG. 13, control is performed to reduce again the brightness of the LEDs whose brightness has been increased due to the power limit in the areas A and B.
  • the maximum gradation value of all the areas is a fixed value of 33% or more as in FIG. 12. It is not done for regions. In this way, the low gradation area where noise is conspicuous is determined by the fixed value of the video signal, and the brightness of the gradation area where noise is conspicuous is not increased regardless of the state of the video signal. The shine of the key part can be constantly increased.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating a state of luminance on the liquid crystal panel when the luminance duty of the LED is changed.
  • the horizontal axis represents the gradation of the video signal
  • the vertical axis represents the luminance value on the liquid crystal panel.
  • the luminance of the LED is increased by about 2.7 times from 36.5% to 100%, the luminance value on the liquid crystal panel is also increased by about 2.7 times. At this time, the luminance increases about 2.7 times not only in the region H where the brightness of high luminance is desired to be increased, but also in the low gradation region L. Accordingly, although the contrast of the image is improved, there are disadvantages due to the luminance increase such as black floating in the low gradation region.
  • a low gradation region in which it is not desired to further increase the screen brightness from a state where the LED light emission duty is controlled by power limit control and the duty is uniformly increased within the allowable power range.
  • the luminance of the LEDs is reduced, and the reduced luminance is distributed to the high gradation region to increase the luminance, thereby improving the contrast and obtaining an image with high image quality.
  • FIG. 16 shows an example in which the display screen is divided into eight.
  • Each divided region No. A to H are the maximum gradation values of the video for each area.
  • the maximum gradation value corresponds to the first feature amount of the present invention.
  • the first feature amount is the maximum gradation value for each region, but other statistical values such as an average of the gradation values in the region may be used.
  • the maximum gradation value of the video in the eight divided areas is 64, 224, 160, 32, 128, 192, 192, 96, and the average of the maximum gradation values is 53 for 256 gradations.
  • % Value That is, in this case, it corresponds to a lighting rate (window size) of 53% in the graph of FIG.
  • the duty of the LED corresponding to the luminance of the backlight in the region where the maximum luminance can be obtained is 55%. That is, when the lighting rate on the screen is 53%, the backlight can be raised to 55% duty by power limit control. This corresponds to about 1.5 times the duty of 38.5% when fully lit (lighting rate 100%). In other words, when the LED duty is 38.5% when the LEDs are fully lit, when the lighting rate is 53%, power is supplied to the lighting LEDs so that the brightness is 1.5 times that of 38.5%. Can do.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating a state where the areas illustrated in FIG. 16 are arranged in the order of the area numbers.
  • the horizontal axis represents the region No.
  • the vertical axis represents the luminance value of the LED in each region.
  • the luminance value of the LED can be represented by a gradation value of 0-255.
  • the luminance value of the LED for each region is determined by the same method as in the conventional local dimming control. This luminance value is set as the first luminance.
  • the first luminance is determined to be relatively small in the region where the maximum gradation value of the image is small, and relatively large in the region where the maximum gradation value of the image is large (similar to FIG. 26B). ).
  • the contrast is improved and the power consumption is reduced, and the brightness in the high gradation region is increased to increase the brightness.
  • the brightness of the LEDs in each region is set so as not to exceed the screen brightness (for example, 450 cd / m 2 ) when all the LEDs are turned on.
  • the luminance value calculated by the power limit control as described above (here, 1.5 times) is multiplied by the luminance value of the LED in each region.
  • all areas are uniformly multiplied by a value corresponding to the brightness increase.
  • the LED duty when the LEDs are fully lit is 36.5%, but when the lighting rate is 53%, the brightness of the LEDs increases to a duty of 55%.
  • a value of histogram data obtained by multiplying the first luminance by 1.5 times is defined as a second luminance (V2).
  • the second luminance (V2) of each region is compared with a predetermined threshold (LED luminance gradation) Th, and the second luminance (V2) is compared with the threshold Th.
  • the second luminance (V2) is further reduced by a predetermined amount.
  • the brightness value (first brightness) of the original LED is restored.
  • the third luminance (V3) is used to control the LED in the region where the maximum gradation value is smaller than the threshold value Th.
  • the third luminance (V3) is made to coincide with the first luminance, even in the luminance control by the power limit control, the region having the maximum gradation value smaller than the threshold is set to the first luminance.
  • the brightness can be restored.
  • the first luminance of the LED is uniformly increased to the second luminance by the power limit control, and the second luminance is compared with the threshold Th and has a maximum gradation value smaller than the threshold Th.
  • the third luminance is set to fall within a predetermined range of the first luminance so as to approach the first luminance without matching the first luminance. For example, by reducing it to within about twice the first luminance, in addition to the effect of improving the contrast intended by the present invention, the occurrence of noticeable noise is suppressed mainly by increasing the luminance of the low gradation image. An effect is obtained.
  • the total amount of decrease in the luminance of the area smaller than the threshold is allocated, and the second luminance is increased by the allocated luminance. That is, for the region where the second luminance is smaller than the threshold Th, the total amount of luminance reduced from the second luminance is distributed to the region where the second luminance is equal to or higher than the threshold Th. Thereby, the contrast can be further improved.
  • the total amount of luminance reduction can be allocated evenly to each area. By doing this, it is possible to show bright parts on the image more clearly. It is suitable when there are a relatively large number of bright parts in an image showing a whitish house.
  • the distribution ratio may be changed according to the second luminance value or the feature quantity such as APL.
  • the luminance distribution amount is set to a region where the second luminance is relatively large. Can do a lot.
  • the luminance distribution amount is set to a region where the second luminance is relatively large.
  • the luminance distribution amount is set to a region where the second luminance is relatively small. Can do a lot. By doing so, it is possible to clearly show the region including the bright part while avoiding the brightest part from being whitened and the gradation being crushed.
  • an equal amount of luminance is distributed to the regions B, C, E, F, G, and H where the second luminance is equal to or greater than the threshold Th and added to the second luminance.
  • This value is the fourth luminance (V4).
  • the amount of luminance to be distributed can be represented by the LED drive current value. That is, the drive current value is increased by distributing the total amount of the drive current value for the luminance decrease to the drive current value in the region where the luminance is increased.
  • the brightness of the low gradation LED is used to improve the contrast and reduce the power saving based on the maximum gradation value (first feature amount) of the divided area of the video.
  • the first luminance that has been reduced power is supplied to the LED by power limit control to increase the second luminance, and the second luminance is compared with the threshold Th, and the maximum gradation value smaller than the threshold is set.
  • the luminance of the LED in the area is reduced to a third luminance. At this time, the third luminance is matched with the first luminance, or is lowered to a predetermined range of the first luminance.
  • the low luminance area remains dark and the high luminance area becomes higher luminance.
  • the luminance of the LED is not reduced uniformly at a constant magnification among the divided regions having the maximum gradation value smaller than the threshold Th.
  • the reduction rate (or amount of decrease) of the brightness of the LED may be varied. For example, in the region having the maximum gradation value smaller than the threshold Th, the region where the second luminance is lower increases the LED luminance reduction magnification or increases the amount of reduction. At this time, in the region where the second luminance is small, the luminance of the LED is lowered close to the first luminance.
  • the luminance of the LED is lowered so as to approach the first luminance as the second feature amount (APL or the maximum gradation value of the image) is smaller. May be.
  • the luminance of the LED is returned to a predetermined range, for example, about twice the first luminance without returning to the first luminance. Then, the luminance reduction is distributed to the divided area having the maximum gradation value equal to or greater than the threshold Th to further increase the luminance.
  • the luminance of the LED in the region having the maximum gradation value smaller than the threshold value Th is reduced by adopting any of the above methods. Then, as shown in FIG. 18, the obtained LEDs are rearranged in ascending order of brightness. Then, a gradation curve is created in which the maximum gradation value of each region is input and the luminance of the LED of each region is output.
  • FIG. 19 is a diagram illustrating an example of the obtained gradation curve, in which the horizontal axis represents LED gradation values (input gradations) corresponding to the second luminance, and the vertical axis represents LED gradations corresponding to the third luminance.
  • the value (output gradation) is shown.
  • Before correction means a gradation curve when the second luminance is output without being corrected to the third luminance, and after correction is when the second luminance is corrected to the third luminance according to the threshold value.
  • the gradation curve is shown.
  • the threshold value may be determined according to the number of areas in the divided area where the luminance is reduced.
  • the threshold value can be set so that the second luminance is reduced to a third luminance by a predetermined number from the region having the lowest maximum gradation value among the plurality of divided regions.
  • the third luminance is set for only two of the eight divided areas.
  • the threshold value Th may be dynamically changed according to the feature amount of the video.
  • APL Average Picture Level
  • maximum gradation value peak value
  • These feature amounts are set as a second feature amount according to the present invention.
  • the LED data is generally the maximum gradation value of the video signal in the divided area as described above.
  • APL is an average value of the luminance of the video signal, and is generally an average value of the entire video, not an average value of a specific area of the video. APL therefore changes dynamically from frame to frame.
  • the threshold Th can be dynamically changed according to the APL of the video.
  • FIG. 20 is a diagram illustrating an example of an image with an APL of 50%.
  • the horizontal axis is the division area number.
  • the vertical axis indicates the luminance value of the LED in each region.
  • the vertex position of the histogram data of each region indicates the maximum gradation value (first feature amount) of each region.
  • there is a certain degree of correlation between the APL of the video and the maximum gradation value of the divided area but it varies greatly depending on the video. For example, in the case where there are many locations where the difference in luminance is large in the video, the maximum gradation value may exceed the APL value in all the divided regions.
  • FIG. 20 shows an image with a relatively small contrast.
  • the entire image is flat and the difference in brightness is small.
  • the image is in this state.
  • the difference between APL and the maximum gradation value of each region is small. Since APL is an average value of the luminance of the entire image, the region where the maximum gradation value is lower than APL is a region where there are few shining portions in the region and the luminance should be lowered. Therefore, in the areas of NoA and B, control is performed such that the brightness of the LED whose brightness is increased by the power limit is lowered again.
  • the threshold value is set so that the second luminance value of the region is smaller than the threshold value.
  • the amount of reduction follows any of the above processing examples.
  • FIG. 21 shows an example of an image having an APL of 50% and a relatively large contrast.
  • This example is a commonly existing video, and the difference between APL and the maximum gradation value of each region is larger than the example of FIG.
  • the threshold value is set so as to decrease the luminance of the LED in the region where the maximum gradation value is smaller than APL, region No.
  • control is performed such that the brightness of the LED whose brightness is increased by the power limit is lowered again. The decrease in luminance is redistributed to an area where the maximum gradation value is equal to or greater than the threshold value.
  • FIG. 22 shows an example of an image in which the APL is 50% and the contrast of the entire image is extremely large.
  • This example is a video with a large sharpness.
  • a video is displayed when the outside is projected through a grid or when many white objects are arranged on a black background.
  • the maximum gradation value exceeds APL in all regions.
  • the threshold value is set so that the second luminance value of the region is equal to or greater than the threshold value.
  • the threshold Th may be fixed to a constant value regardless of the state of the video. For example, in FIGS. 23 to 25, for the images in FIGS. 20 to 22, 33% of the luminance that can be taken is set as a fixed value, and the luminance of the LED is reduced in the region having the maximum gradation value smaller than the fixed value. Set the threshold. That is, for a region having a maximum gradation value smaller than 33% of the luminance that the video can take, the threshold value is set so that the second luminance value of the region is smaller than the threshold value.
  • the noise becomes a problem in the low brightness area of the video signal.
  • the entire video signal is divided into high, medium, and low luminance, approximately 33% or less is a low luminance image.
  • control for reducing the brightness of the LED whose brightness has been increased by the power limit is performed for any area. I will not.
  • control is performed to reduce again the luminance of the LEDs whose luminance has been increased by the power limit in the regions A and B.
  • the maximum gradation value of all the areas is a fixed value of 33% or more as in FIG. 23. Therefore, any control that reduces the brightness of the LED whose brightness has been increased by the power limit again can be performed. It is not done for regions. In this way, the low gradation area where noise is conspicuous is determined by the fixed value of the video signal, and the brightness of the low gradation area is not increased regardless of the state of the video signal. You can always increase the shine.

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Abstract

 バックライトを複数に分割して、各領域に対応する映像信号に応じてバックライトの輝度を制御するときに、低輝度部分におけるノイズが目立たなくなるようにする。エリアアクティブ制御部(2)は、映像信号を複数領域に分割して領域ごとの第1の特徴量を出力する。LED制御部(3)は、領域毎の第1の特徴量に応じてLEDバックライト(5)の各分割領域の第1の輝度を定める。そしてLEDの駆動電流の合計値が所定の許容電流値以下である範囲で、第1の輝度に対して一律に一定倍率を乗算して第2の輝度を定める。さらに第2の輝度と閾値とを比較し、第2の輝度が閾値より低い領域についてのみ、再度第2の輝度を低下させて第3の輝度とし、第3の輝度および第2の輝度を低下させない領域の第2の輝度を用いて、分割した領域ごとにLEDの発光を制御する。

Description

映像表示装置
 本発明は、映像表示装置、より詳細には、バックライトを領域分割して領域ごとに輝度を制御する映像表示装置に関する。
 映像表示装置においては、表示パネルの照明用としてLEDバックライトを用いたものが普及している。LEDバックライトの場合、ローカルデミングが可能であるという利点をもっている。ローカルデミングは、バックライトを複数の領域に分割し、それぞれの領域に対応する表示領域の映像信号に応じて領域毎にLEDの発光を制御する。例えば、画面内の暗い部分はLEDの発光を抑え、画面内の明るい部分はLEDを強く発光させる、といった制御が可能になる。これにより、バックライトの消費電力を低減するとともに、表示画面のコントラストを向上させることができる。
 例えば従来のローカルデミングの制御例を図26に示す。ここではバックライトを8つの領域に分割し、各領域に対応する映像信号の最大階調値に応じてLEDの輝度を制御するものとする。各領域の映像信号の最大階調値が図26(A)に示す状態であったものとする。A~Hは領域No.を示し、その下の数字が各領域内の最大階調値である。
 例えば、ローカルデミングによる各領域のLEDの輝度は図26(B)に示すようになる。つまり、各領域の映像信号に応じて、領域ごとにLEDの輝度を制御する。ここでは、映像信号の最大階調値が低い領域では映像が比較的暗いため、LEDの輝度を低下させて黒浮きを軽減させコントラストを向上させるとともに、LEDの低消費電力化を図るようにしている。この場合、それぞれの領域における最大輝度は、バックライトの全てのLEDをデューティ100%で点灯したときの輝度(例えば450cd/m)に制限される。
 入力映像信号に応じてバックライトの点灯制御を行う技術に関し、例えば、特許文献1には、発光期間を広範囲に亘って可変する場合にも、フリッカと動画ボケを低減することを目的としたピーク輝度レベルの制御手法が開示されている。この制御手法では、フィールド期間内に配置される点灯期間の総和である総点灯期間長の制御により、ピーク輝度レベルが可変される表示パネルにおける点灯期間を設定する際、画面全体の平均輝度レベルに基づいて発光モードを判別する。この後、入力画像データに応じて設定されるピーク輝度レベルが得られるように、判別された発光モードについて規定された設定条件に従って、1フィールド期間内に配置される点灯期間の数、配置位置及び期間長を設定する。
特開2009-192753号公報
 上記のように、バックライトを複数の領域に分割し、各領域に対応する映像信号に応じてLEDの輝度を制御する従来のローカルデミング制御においては、それぞれの領域における最大輝度は、バックライトの全てのLEDをデューティ100%で点灯したときの輝度に制限され、その制限の中で映像信号に応じたLEDの輝度制御が行われる。この場合、映像信号が低階調の領域においては、LEDの発光によって低階調の成分であるノイズの成分が輝度が強調されると、ノイズが目立つようになり品位低下が生じる。ユーザとしては、高輝度部分の輝き感に注目するのであるから、ノイズを目立たせることなく、明るい映像領域を特異的に明るくしてさらに輝き感を増す映像処理の工夫が求められている。
 また上記のように、バックライトを複数の領域に分割し、各領域に対応する映像信号に応じてLEDの輝度を制御する従来のローカルデミング制御においては、それぞれの領域における最大輝度は、バックライトの全てのLEDをデューティ100%で点灯したときの輝度に制限されている。従って、ローカルデミングによって、例えば明るい映像をより特異的に明るくして、コントランストを向上させようとしても限界が生じ、効果的にコントラスト上げることができない。ローカルデミングによりLEDの輝度を制御する際に、従来の方式のものよりもさらにコントラストを向上させて高品位の映像を提供する工夫が求められる。
 本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、バックライトを複数に分割して、各領域に対応する映像信号に応じてバックライトの輝度を制御するときに、低輝度部分におけるノイズが目立たなくなるようにした映像表示装置を提供することを目的とするものである。
 また本発明は、バックライトを複数に領域に分割して、各領域に対応する映像信号に応じてバックライトの輝度を制御するときに、明るい映像をより明るくしてコントラストを向上させ、かつ高輝度映像の輝き感を増すようにした映像表示装置を提供することを目的とするものである。
 上記課題を解決するために、本発明の第1の技術手段は、映像信号を表示する表示パネルと、該表示パネルを照明する光源としてLEDを使用したバックライトと、該バックライトの発光輝度を制御する制御部とを有し、該制御部は、前記バックライトを複数の領域に分割し、分割した領域ごとにLEDの発光を制御する映像表示装置であって、前記制御部は、前記分割した各領域に対応する表示領域の映像の第1の特徴量に応じて、前記領域ごとにLEDの第1の輝度を定め、さらに、領域毎の前記第1の輝度に対して、LEDの駆動電流の合計値が所定の許容電流値以下である範囲で、前記第1の輝度に対して一律に一定倍率を乗算した領域ごとの第2の輝度を定め、さらに、前記領域ごとの第2の輝度と、所定の閾値とを比較し、前記第2の輝度が前記閾値より低い領域についてのみ、再度第2の輝度を低下させて第3の輝度とし、前記第3の輝度、および前記第2の輝度を低下させない領域の該第2の輝度を用いて、分割した領域ごとにLEDの発光を制御することを特徴としたものである。
 第2の技術手段は、第1の技術手段において、前記領域ごとの前記第3の輝度が、各領域の前記第1の輝度に一致することを特徴としたものである。
 第3の技術手段は、第1の技術手段において、前記領域ごとの第3の輝度が、各領域の前記第1の輝度を含む所定範囲内とすることを特徴としたものである。
 第4の技術手段は、第1~第3のいずれか1の技術手段において、前記制御部が、前記閾値を固定値として設定することを特徴としたものである。
 第5の技術手段は、第1~第3のいずれか1の技術手段において、前記制御部が、映像の第2の特徴量に応じて前記閾値を設定すること特徴としたものである。
 第6の技術手段は、第1~第3のいずれか1の技術手段において、前記制御部が、前記第2の輝度を低下させて第3の輝度とする領域数が所定の数となるように、前記閾値を設定することを特徴としたものである。
 第7の技術手段は、第5の技術手段において、前記制御部が、前記閾値により前記第2の輝度を低下させる際に、前記第2の特徴量が小さい映像ほど、前記第1の輝度に近づくように、前記第2の輝度を低下させることを特徴としたものである。
 第8の技術手段は、第5または第6の技術手段において、前記制御部が、前記閾値により前記第2の輝度を低下させる際に、前記第2の輝度が前記閾値より低い領域のうち、前記第2の輝度が小さい領域ほど、前記第1の輝度に近づくように、前記第2の輝度を低下させることを特徴としたものである。
 第9の技術手段は、映像信号を表示する表示パネルと、該表示パネルを照明する光源としてLEDを使用したバックライトと、該バックライトの発光輝度を制御する制御部とを有し、該制御部は、バックライトを複数の領域に分割し、分割した領域ごとにLEDの発光を制御する映像表示装置であって、前記制御部は、前記分割した各領域に対応する表示領域の映像の第1の特徴量に応じて、前記領域ごとにLEDの第1の輝度を定め、さらに、領域毎の前記第1の輝度に対して、LEDの駆動電流の合計値が所定の許容電流値以下である範囲で、前記第1の輝度に対して一律に一定倍率を乗算した領域ごとの第2の輝度を定め、さらに、前記領域ごとの第2の輝度と、所定の閾値とを比較し、前記第2の輝度が前記閾値より低い領域についてのみ、再度第2の輝度を当該領域の前記第1の輝度と同等、もしくは前記第1の輝度の所定範囲内まで低下させて第3の輝度とし、前記第2の輝度が前記閾値以上の領域に対して、前記閾値より小さい領域の輝度の低下分の総量を配分し、該配分した輝度により該第2の輝度を増加して第4の輝度とし、前記第3の輝度および前記第4の輝度を用いて、分割した領域ごとにLEDの発光を制御することを特徴としたものである。
 第10の技術手段は、第9の技術手段において、前記制御部が、映像の特徴量に係わりなく、前記閾値を固定値として設定することを特徴としたものである。
 第11の技術手段は、第9の技術手段において、前記制御部が、映像の第2の特徴量に応じて前記閾値を設定すること特徴としたものである。
 第12の技術手段は、第9~11のいずれか1の技術手段において、前記制御部が、前記第2の輝度を低下させて第3の輝度とする領域数が所定の数となるように、前記閾値を設定することを特徴としたものである。
 第13の技術手段は、第9~12のいずれか1の技術手段において、前記制御部が、前記閾値により前記第2の輝度を低下させる際に、映像の第2の特徴量が小さい映像ほど、前記第1の輝度に近づくように前記第2の輝度を低下させ、前記閾値により前記第2の輝度を増加させる際に、前記第2の特徴量が大きい領域ほど、前記輝度の配分量を相対的に多くすることを特徴としたものである。
 第14の技術手段は、第9~12のいずれか1の技術手段において、前記制御部が、前記閾値により前記第2の輝度を低下させる際に、前記第2の輝度が前記閾値より低い領域のうち、前記第2の輝度が小さい領域ほど、前記第1の輝度に近づくように前記第2の輝度を低下させ、前記閾値により前記第2の輝度を増加させる際に、前記第2の輝度が大きい領域ほど、前記輝度の配分量を相対的に多くすることを特徴としたものである。
 第15の技術手段は、第9~14のいずれか1の技術手段において、前記制御部が、前記第2の輝度が前記閾値以上の領域に対して、前記閾値より小さい領域の輝度の低下分の総量を均等に振り分けて配分することを特徴としたものである。
 第16の技術手段は、第9~14のいずれか1の技術手段において、前記制御部が、前記第2の輝度が前記閾値以上の領域に対して、前記閾値より小さい領域の輝度の低下分の総量を配分する際、前記第2の輝度が相対的に大きい領域ほど、輝度の配分量を多くすることを特徴としたものである。
 第17の技術手段は、第9~14のいずれか1の技術手段において、前記制御部が、前記第2の輝度が前記閾値以上の領域に対して、前記閾値より小さい領域の輝度の低下分の総量を配分する際、前記第2の輝度が相対的に小さい領域ほど、輝度の配分量を多くすることを特徴としたものである。
 第18の技術手段は、第1~17のいずれか1の技術手段において、前記第1の特徴量が、前記分割した領域内の映像信号の最大階調値であることを特徴としたものである。
 第19の技術手段は、第5、7、11,13のいずれか1の技術手段において、前記第2の特徴量が、映像のAPLであることを特徴としたものである。
 第20の技術手段は、第5、7、11、13のいずれか1の技術手段において、前記第2の特徴量が、映像のフレームごとの最大階調値であることを特徴としたものである。
 本発明によれば、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、バックライトを複数に分割して、各領域に対応する映像信号に応じてバックライトの輝度を制御するときに、低輝度部分におけるノイズが目立たなくなるようにした映像表示装置を提供することができる。
 また、本発明によれば、バックライトを複数に領域に分割して、各領域に対応する映像信号に応じてバックライトの輝度を制御するときに、明るい映像をより明るくしてコントラストを向上させ、かつ高輝度映像の輝き感を増すようにした映像表示装置を提供することができる。
本発明に係る映像表示装置の要部の構成例を説明する図である。 映像表示装置のLED制御部によるLED輝度の設定例を説明するための図である。 電力リミット制御によるローカルデミングの制御例を説明する図である。 電力リミット制御によるローカルデミングの一例を説明する図である。 映像表示装置のエリアアクティブ制御部の具体的処理例を説明する図である。 図5に示す領域を領域No順に並べた状態を示す図である。 閾値Thよりも小さい最大階調値をもつ領域のLEDの輝度を低下させて、LEDの輝度値が小さい順に並べ換えた状態を示す図である。 各領域の最大階調値を入力とし、各領域のLEDの輝度を出力とする階調カーブの一例を示す図である。 APLが50%で、コントラストが比較的小さい映像の例を示す図である。 APLが50%で、コントラストが比較的大きい映像の例を示す図である。 APLが50%で、映像全体のコントラスが極端に大きい映像の例を示す図である。 映像の状態にかかわらず閾値を一定値に固定する処理例を説明する図である。 映像の状態にかかわらず閾値を一定値に固定する他の処理例を説明する図である。 映像の状態にかかわらず閾値を一定値に固定する更に他の処理例を説明する図である。 電力リミット制御によるローカルデミングの一例を説明する図である。 映像表示装置のエリアアクティブ制御部の具体的処理例を説明する図である。 図16に示す領域を領域No順に並べた状態を示す図である。 閾値Thよりも小さい最大階調値をもつ領域のLEDの輝度を低下させて、LEDの輝度値が小さい順に並べ換えた状態を示す図である。 各領域の最大階調値を入力とし、各領域のLEDの輝度を出力とする階調カーブの一例を示す図である。 APLが50%で、コントラストが比較的小さい映像の例を示す図である。 APLが50%で、コントラストが比較的大きい映像の例を示す図である。 APLが50%で、映像全体のコントラスが極端に大きい映像の例を示す図である。 映像の状態にかかわらず閾値を一定値に固定する処理例を説明する図である。 映像の状態にかかわらず閾値を一定値に固定する他の処理例を説明する図である。 映像の状態にかかわらず閾値を一定値に固定する更に他の処理例を説明する図である。 従来のローカルデミングの制御例を説明する図である。
 図1は、本発明に係る映像表示装置の要部の構成例を説明する図である。映像表示装置は、入力映像信号に画像処理を行って映像表示する構成を有するもので、テレビジョン装置等に適用することができる。
 画像処理部1は、放送信号から分離した映像信号や外部機器から入力した映像信号を入力し、従来と同様の映像信号処理を行う。例えば、IP変換、ノイズリダクション、スケーリング処理、γ調整、ホワイトバランス調整、などを適宜実行する。また、ユーザ設定値に基づいてコントラストや色味等を調整して出力する。
 エリアアクティブ制御部2は、画像処理部1から出力された映像信号に従って、映像信号を所定領域に分割し、各分割領域ごとに映像信号の最大階調値を抽出する。この領域毎の最大階調値をLED制御部3に対してLEDデータとして出力する。またエリアアクティブ制御部2では、液晶の各画素の階調を示すデータを液晶制御部6に対して液晶データとして出力する。このとき液晶データとLEDデータとは、最終出力であるLEDバックライト5と液晶パネル7で同期が維持されるように出力される。
 なお、LEDデータは、分割領域ごとの映像信号の最大階調値としたが、最大階調値ではなく、例えば分割領域内の映像信号の階調平均値、などの他の所定の統計値であってもよい。LEDデータとしては領域内の最大階調値を用いるのが一般的であり、以下では、分割領域内の最大階調値を用いるものとして説明する。
 LED制御部3は、エリアアクティブ制御部2から出力されたLEDデータに対し、電力リミット制御を行い、LEDバックライト5の各LEDの点灯を制御する制御値を決定する。電力リミット制御は、表示画面内で輝度がさらに必要な領域に対してバックライトの輝度をより高め、コントラストを向上させるようにするもので、バックライトのLEDを全点灯したときの駆動電流の総量を上限とし、各領域で点灯するLEDの駆動電流の総量が、上記の全点灯時の駆動電流の総量を超えない範囲でLEDの発光輝度を増加させるものである。
 LEDバックライト5のLEDの輝度は、PWM(Pulse Width Modulation)制御または電流制御、もしくはこれらの組み合わせによって制御することができる。いずれの場合にも所望の輝度でLEDを発光させるように制御が行われる。以下の例ではPWMによるデューティ制御を例として説明するものとする。LED制御部3から出力される制御値は、エリアアクティブ制御部2の分割領域ごとにLEDの発光制御を行うもので、これによりローカルデミングを実現する。本発明の制御部は、エリアアクティブ制御部2および液晶制御部6に該当する。
 LEDドライバ4は、LED制御部3から出力されたLEDデータに従って、LEDバックライト5の各LEDの発光制御を行う。
 図2は、LED制御部によるLED輝度の設定例を説明するための図である。
 映像表示装置のLED制御部3は、図2のような関係でLEDバックライト5の輝度を決定する。横軸は、バックライトの点灯率(ウィンドウサイズ)である。点灯率はバックライト全体の平均点灯率を定めるものであるが、全点灯領域(ウィンドウ領域)と消灯領域との比として表すことができる。点灯領域がない状態では点灯率はゼロであり、点灯領域のウィンドウが大きくなるに従って点灯率は増大し、全点灯では点灯率は100%になる。また、縦軸は分割領域のLEDの輝度を示すもので、複数に分割した領域のうち、最大輝度を取り得る領域のLEDの輝度を示す。つまり画面内のウィンドウを含む領域の輝度が示される。
 電力リミット制御により、LEDを点灯するための電力(駆動電流値の総量)は一定とする。従って、点灯率が大きくなるほど、一つの分割領域に投入できる電力は小さくなる。
 点灯率と分割領域の最大輝度との関係の一例は図2のようになる。点灯率(ウィンドウサイズ)が小さい範囲では、その小さいウィンドウに電力を集中できるため、各LEDをデューティ100%の最高輝度まで点灯可能である。しかしながら、点灯率が小さく、1つの分割領域内のLEDを全て点灯することができない領域(P1~P2)では、点灯LEDをデューティ100%にしたとしても、領域全体としての輝度は低くなる。この場合、点灯率=0(ウィンドウサイズ=0)のときの領域の輝度が最も低く、点灯率が大きくなるに従って領域内のウィンドウサイズが大きくなっていくため、領域の輝度も上がる。従って、P1~P2に至る輝度のカーブの形状は、映像の分割数(分割領域の大きさ)によっても変化することがわかる。
 点灯率が0の状態から点灯率が上がっていき、1つの領域のLEDが全て点灯できる点灯率になると(P2)、その領域の輝度は最大となる。このときのLEDのデューティは100%である。電力リミット制御により小さい領域に電力を投入することができるからである。
 さらに点P2より点灯率が高くなっていくと、点灯すべきLEDが増えていくため、電力リミット制御によって各LEDに投入できる電力が低減し、従って領域が取りうる最大輝度も徐々に低下していく。点P3は画面全体が全点灯された状態であり、この場合、この例では各LEDのデューティは例えば36.5%まで低下する。
 電力リミット制御は、表示画面内で輝度がさらに必要な領域に対してバックライトの輝度をより高め、コントラストを向上させるようにするものである。ここでは、バックライトのLEDを全点灯したときの駆動電流の総量を上限とし、各領域で点灯するLEDの駆動電流の総量が、上記の全点灯時の駆動電流の総量を超えない範囲でLEDの発光輝度を一定倍率で増加させる。
 つまり、図3に示すように、図26(B)で領域毎に定めたLEDの発光輝度に一定倍率(a倍)を乗算して輝度を高くする。このときの条件は、各領域の駆動電流値の総量<LEDの全点灯時の総駆動電流値となる。この場合、1つの領域では、全点灯時の輝度(例えば450cd/m)を超えることを許容し、電力に余裕のある範囲でより多くの駆動電流をLEDに投入して、より明るくするものである。このような制御を行うことで、実際に2~3倍のピーク輝度を表現することが可能である。
(実施形態1)
 図4は、LEDの輝度デューティを変化させたときの液晶パネル上の輝度の状態を示す図である。横軸は映像信号の階調、縦軸は液晶パネル上の輝度値である。
 例えばLEDバックライトのLEDを36.5%のデューティで制御したとき、映像信号の階調表現はT1のようになる。このとき液晶パネル上の輝度値=(階調値)2.2である(つまりガンマ=2.2)。ここで、LEDを100%のデューティで制御したとき、階調表現はT2のようになる。つまり、LEDの輝度が36.5%から100%に約2.7倍に増大しているため、液晶パネル上の輝度値も約2.7倍に増大する。このとき、高輝度の輝き感を増したい領域Hのみならず、輝度アップによりノイズが目立ちやすい低階調領域Lまで約2.7倍に輝度が増大してしまう。従って、映像のコントラストは向上するものの低階調領域の黒浮き等の輝度増段によるデメリットも発生してしまう。
 そこで本発明に係る第1の実施形態では、電力リミット制御によりLEDの発光デューティを制御して、電力許容範囲内で一律にデューティをアップした状態から、さらに画面輝度を上げたくない低階調領域のLEDの輝度を低減させる。
 本発明に係るエリアアクティブ制御部2およびLED制御部3の具体的処理例を説明する。図5は、表示画面を8分割した例を示している。各分割領域No.をA~Hとし、各領域ごとの映像の最大階調値を示す。最大階調値は本発明の第1の特徴量に相当する。ここで前述したように、第1の特徴量は、領域ごとの最大階調値とするが、この他、領域内の階調値の平均等の他の統計値を用いてもよい。
 この例では、8つの分割領域における映像の最大階調値は、64、224、160、32、128、192、192、96であり、最大階調値の平均は、256階調に対して53%の値となる。つまり、この場合、図2のグラフでは点灯率(ウィンドウサイズ)53%に相当する。
 図2において、点灯率53%(P4)のときに、最大輝度を取りうる領域のバックライトの輝度に相当するLEDのデューティが55%であったものとする。つまりこの画面における点灯率53%のときに、電力リミット制御により55%デューティ相当までバックライトを上げることができる。これは全点灯(点灯率100%)のときのデューティ38.5%の約1.5倍に相当する。
 つまり、LEDを全点灯したときのLEDのデューティ38.5%に対して、点灯率53%のときには、38.5%の1.5倍の輝度になるように点灯LEDに電力を投入することができる。
 図6は、図5に示す領域を領域No順に並べた状態を示す図である。横軸は領域No.で、縦軸は各領域のLEDの輝度値である。LEDの輝度値は例えば0-255の階調値(LED階調)で表すことができる。
 そして、まず、従来のローカルデミング制御と同様の手法にて領域ごとのLEDの輝度値を定める。この輝度を第1の輝度とする。第1の輝度は、映像の最大階調値が小さい領域では相対的に小さく定められ、映像の最大階調値が大きい領域では相対的に大きくなるように定められる(図26(B)と同様)。これにより、従来と同様に、低階調の黒浮きを避け、コントラストを向上させるとともに低消費電力化を図り、高階調領域の輝度を上げて輝き感を増すようにしている。このときの各領域のLEDの輝度は、LEDを全点灯したときの画面輝度(例えば450cd/m)を超えないように設定される。
 そして、上記のように電力リミット制御により計算される輝度アップ分(ここでは1.5倍)を各領域のLEDの輝度値に乗算する。ここでは、全ての領域に対して一律に輝度アップ分の値を乗算する。LED全点灯時のLEDのデューティは36.5%であるが、点灯率53%の場合には、55%のデューティまでLEDの輝度が上昇する。第1の輝度に対して1.5倍を乗算した状態が、図5に示す各領域のヒストグラムデータの頂点位置に相当する。この輝度値を第2の輝度(V2)とする。
 そして、本発明に係る第1の実施形態の特徴として、各領域の第2の輝度(V2)と所定の閾値(LED階調値)Thとを比較し、第2の輝度(V2)が閾値Thより小さい領域については、第2の輝度(V2)を更に所定量低減させる。例えば、閾値Thを80階調とするとき、80階調より小さい第2の輝度(V2)の領域のLEDの輝度を低減させる。低減値は、例えば、1/1.5=0.68倍とする。つまり、初期の輝度値(第1の輝度)に対して1.5倍したもの(第2の輝度)を再度0.68倍して第3の輝度(V3)とする。これは、結果的に元のLEDの輝度値(第1の輝度)に戻すことになる。
 LEDバックライトの制御においては、最大階調値が閾値Th以上の領域では、第2の輝度(V2)を使用してLEDを制御する。また、最大階調値が閾値Thより小さい領域では、第3の輝度(V3)を使用してLEDを制御する。これにより、閾値Thより小さい最大輝度値をもつ低階調の映像領域では、電力リミット制御によりLEDに電力を投入する場合でも、LEDの輝度を過度に上げることなく、ノイズを目立たないようにすることができるし、黒浮き等の悪化も解消される。
 このとき、第3の輝度(V3)を第1の輝度に一致させるようにすれば、電力リミットによる輝度制御の際にも、閾値より小さい最大階調値をもつ領域については、第1の輝度に戻すことができる。これは例えば、非常にノイズが大きい映像や、逆に映像の品位が高いために、ノイズ量の若干の増加も問題となる場合に、有効な処置となる。
 また、上記のように、電力リミット制御によってLEDの第1の輝度を一律に第2の輝度に増大させ、第2の輝度を閾値Thと比較して閾値Thより小さい最大階調値をもつ領域のLEDの輝度下げる場合、第1の輝度に一致させることなく、第1の輝度に近づけるようにしたものでもよい。例えば、第3の輝度を第1の輝度の所定範囲内に入るように設定する。従って第1の輝度と第3の輝度とは一致することなく、近い値となる。
 例えば上記の例では、点灯率53%のときに第1の輝度から第2の輝度への増加は、2.7倍程度になる。一方、映像中のノイズは、輝度が3dB(1.4倍)アップすると視聴者に認識できるようになり、6dB(2倍)アップするとノイズが目立ってくる、と言われている。
 そこで、2.7倍の輝度アップの場合にもノイズが目立たないようにするためには、輝度を元の輝度(第1の輝度)の2倍まで下げることが考えられる。たとえば、電力リミットの制御により第1の輝度から第2の輝度への増加率が2.7倍になった場合、所定の閾値より小さい最大階調値を有する領域については、第2の輝度を0.74倍して第3の輝度とする。これにより第3の輝度は、第1の輝度の2倍の値となる。第1の輝度から第2の輝度への増加率が2倍以下の場合には、そのままの輝度を維持し、さらに低輝度への輝度の低下は行わない。また、ノイズを更に抑えて、低階調領域の輝度アップを3dBに抑えるのであれば、第1の輝度から第2の輝度への増加が2.7倍だった場合、第2の輝度を0.52倍すれば、第3の輝度は第1の輝度の1.4倍(3dB)程度となる。このように第3の輝度を第1の輝度の所定範囲内に設定することで、ノイズを抑えて品位の高い映像とすることができる。
 このように、本発明に係る第1の実施形態では、映像の分割領域の最大階調値(第1の特徴量)に基づいてコントラストの向上、省電力の低下を図るために低階調のLEDの輝度を低下させた第1の輝度に対して、電力リミット制御によってLEDに電力を投入して第2の輝度に増大させ、第2の輝度を閾値Thと比較して閾値より小さい最大階調値をもつ領域のLEDの輝度を低下させ第3の輝度とする。このときに、第3の輝度を第1の輝度に一致させることで、第1から第2の輝度への輝度アップによるノイズ増大を解消することができる。
 また、第3の輝度を第1の輝度まで低下させることなく、第1の輝度の所定範囲、例えば、第1の輝度の2倍程度まで低下させるものであっても、ノイズを目立たなくする効果を得ることができる。さらに、第3の輝度を第1の輝度より低い輝度まで低下させるものであってもよい。この場合、元の映像のノイズをより目立たなくすることができる。
 さらに、第2の輝度を低下させて第3の輝度とする際、閾値Thより小さい最大階調値を有する分割領域のうち、一定倍率で一律にLEDの輝度を低下させるのではなく、第2の輝度の値に応じてLEDの輝度の低下の倍率(あるいは低下量)を異ならせるようにしてもよい。例えば、閾値Thより小さい最大階調値をもつ領域のうち、第2の輝度が小さい領域程、LEDの輝度の低下倍率を上げ、もしくは低下量を大きくする。このとき、第2の輝度が小さい領域では、第1の輝度に一致させるか、もしくは第1の輝度近傍にまでLEDの輝度を低下させ、第2の輝度が相対的に大きい領域では、例えば第1の輝度の2倍程度まで、LEDの輝度を低下させるようにする。これにより、ノイズの発現を抑えつつ、電力リミットによる輝度アップの効果を得ることができる。
 また、閾値Thより最大階調値が小さい領域のうち、第2の特徴量(APLや映像の最大階調値)が小さいほど、第1の輝度に近づくようにLEDの輝度を低下させるようにしてもよい。例えば、APLが比較的高い映像では、閾値より最大輝度値が小さい領域では、LEDの輝度を第1の輝度まで戻すことなく、例えば第1の輝度の2倍程度の所定範囲まで戻すことによりノイズ低減効果を得ることができる。APLが小さい領域は、もともと階調値が低めであるため、第1の輝度まで戻してノイズを抑える。これにより、APLが高めの領域では、過度にLED輝度を抑えることなく映像表現を維持しつつノイズの目立ちを抑えることができる。第2の特徴量として映像の最大階調値を用いた場合も同様である。
 図6に示すように、閾値Thよりも小さい最大階調値をもつ領域のLEDの輝度を、上記の各手法のいずれかを採用して低下させる。そして、図7に示すように、得られたLEDの輝度値が小さい順に並べ換える。そして各領域の最大階調値を入力とし、各領域のLEDの輝度を出力とする階調カーブを作成する。
 図8は、得られた階調カーブの一例を示す図で、横軸は第2の輝度に相当するLED階調値(入力階調)、縦軸は第3の輝度に相当するLED階調値(出力階調)を示している。補正前とは、第2の輝度を第3の輝度に補正することなく出力させたときの階調カーブを示し、補正後とは、閾値に従って第2の輝度を第3の輝度に補正したときの階調カーブを示している。
 図8に示すように、補正後の階調カーブでは、所定の閾値より小さい低階調領域の場合に、電力リミットにより輝度アップしたLEDの輝度を再び低減させるような制御を行う。言い換えれば、所定の閾値より小さい低階調領域に限ってはLEDの輝度をアップさせることなく、元のLEDの輝度(第1の輝度)と同じレベルもしくは近傍のレベルに維持する。これにより所定の低階調領域に限ってLEDの輝度を過度に増大させることがなく、表示上のノイズの発現を抑えることができ、かつ、高輝度領域ではより輝き感を増した映像表現が可能となる。
 また、上記の閾値は、分割領域のうちの輝度を低減させる領域の数に応じて定めるものであってもよい。例えば、複数の分割領域のうち、最大階調値が低い領域から所定数だけ、第2の輝度を低減させて第3の輝度とするように閾値を設定することができる。例えば、8分割の領域のうち、2つの領域のみについて第3の輝度を設定する。これにより一定の数の低輝度領域について、LEDの輝度の増大を抑えてノイズが目立つことを抑えることができる。
 また、上記の閾値Thは映像の特徴量に応じて動的に変化させるものであってもよい。特徴量としては、映像のAPL(Average Picture Level)、もしくは最大階調値(ピーク値)等を用いることができる。これらの特徴量を本発明に係る第2の特徴量とする。
 ここでLEDデータは、上述したように分割領域の映像信号の最大階調値であるのが一般的である。また、APLとは、映像信号の輝度の平均値であり、一般的に映像の特定領域の平均値ではなく映像全体の平均値である。APLは従って映像のフレーム毎に動的に変化する。
 例えば、閾値Thを映像のAPLに従って動的に変化させることができる。
 図9は、APLが50%の映像の一例を示す図である。横軸は分割領域のNo.であり、縦軸は各領域のLEDの輝度値を示している。各領域のヒストグラムデータの頂点位置が、各領域の最大階調値(第1の特徴量)を示している。
 一般に、映像のAPLと、分割領域の最大階調値との間にはある程度相関があるが、映像によっては大きく異なる。例えば、映像内の輝度の差が大きい箇所が多数ある場合には、すべての分割領域で、最大階調値がAPL値を上回る場合もある。
 図9は、コントラストが比較的小さい映像を示すものであり、映像全体が平板で輝度の明暗の差が小さい。例えば、部屋の中や霧の映像ではこのような状態の映像となる。この場合、APLと各領域の最大階調値との差は小さい。
 APLは映像全体の輝度の平均値であるため、最大階調値がAPLより低い領域は、領域内で輝く部分が少なく、輝度を低下させるべき領域である。従ってNoA,Bの領域については、電力リミットにより輝度アップしたLEDの輝度を、再び低下させるような制御を行う。具体的には、映像のAPLより小さい最大階調値をもつ領域に対して、その領域の第2の輝度値が閾値より小さくなるように当該閾値を設定する。低減量は上記の各処理例のいずれかに従う。
 図10は、同じくAPLが50%で、コントラストが比較的大きい映像の例を示している。この例は、一般的によく存在する映像であり、APLと各領域の最大階調値との差は、上記図7の例よりも大きい。APLより最大階調値が小さい領域について、LEDの輝度を低下させるように閾値を設定した場合、領域No.A~Cでは電力リミットにより輝度アップしたLEDの輝度を、再び低下させるような制御が行われる。
 図11は、同じくAPLが50%で、映像全体のコントラスが極端に大きい映像の例を示している。この例は、メリハリが大きい映像であり、例えば、格子越しに外を映したり、黒背景に白いものが多数配置されているような場合にこのような映像になる。この場合、すべての領域で、APLよりも最大階調値が上回る。
 ここでは、全ての領域でその最大階調値がAPL以上であるため、電力リミットにより輝度アップしたLEDの輝度を、再び低減させるような制御はいずれの領域に対しても行わない。つまり、映像のAPLより大きい最大階調値をもつ領域に対しては、その領域の第2の輝度値が閾値以上になるように当該閾値を設定する。
 このように、閾値ThをAPLに設定し、APLに応じて閾値を動的に変化させることにより、映像の状態に応じて適切なLEDの輝度制御を行うことができる。
 また、閾値Thは映像の状態にかかわらず一定値に固定しておくようにしてもよい。例えば図12~図14では、図9~図11の映像について、取りうる輝度の33%を固定値とし、その固定値より小さい最大階調値をもつ領域について、LEDの輝度を低下させるように閾値を設定する。つまり映像が取り得る輝度の33%より小さい最大階調値をもつ領域に対して、その領域の第2の輝度値が閾値より小さくなるように当該閾値を設定する。
 上述したように、電力リミットによってLEDの輝度を上げるときに、ノイズが問題となるのは映像信号の低輝度領域である。例えば、映像信号全体を高、中、低輝度に分けた場合、ほぼ33%以下が低輝度の映像となる。この値を最大階調値にもつ領域に対して、第2の輝度を低下させて第3の輝度することにより、映像全体の状態に関わりなく、低輝度の最大階調値をもつ領域についてのみ、電力リミットにより輝度アップしたLEDの輝度を、再び低下させるような制御を行うことができる。
 図12の例では、全ての領域の最大階調値が固定値33%以上であるため、電力リミットにより輝度アップしたLEDの輝度を、再び低減させるような制御はいずれの領域に対しても行われない。また、図13の例では、領域A、Bについて電力リミットにより輝度アップしたLEDの輝度を、再び低減させる制御が行われる。
 さらに図14の例では、図12と同様に全ての領域の最大階調値が固定値33%以上であるため、電力リミットにより輝度アップしたLEDの輝度を、再び低減させるような制御はいずれの領域に対しても行われない。
 このようにノイズの発生が目立つ低階調領域を映像信号の固定値によって判別し、映像信号の状態にかかわらずノイズの目立つ階調領域の輝度アップを行わないようにすることで、中、高階調部分の輝き感を常に増すことができる。
(実施形態2)
 図15は、LEDの輝度デューティを変化させたときの液晶パネル上の輝度の状態を示す図である。横軸は映像信号の階調、縦軸は液晶パネル上の輝度値である。
 例えばLEDバックライトのLEDを36.5%のデューティで制御したとき、映像信号の階調表現はT1のようになる。このとき液晶パネル上の輝度値=(階調値)2.2である(つまりガンマ=2.2)。ここで、LEDを100%のデューティで制御したとき、階調表現はT2のようになる。つまり、LEDの輝度が36.5%から100%に約2.7倍に増大しているため、液晶パネル上の輝度値も約2.7倍に増大する。このとき、高輝度の輝き感を増したい領域Hのみならず、低階調領域Lまで約2.7倍に輝度が増大してしまう。従って、映像のコントラストは向上するものの低階調領域の黒浮き等の輝度増段によるデメリットも発生してしまう。
 そこで本発明に係る第2の実施形態では、電力リミット制御によりLEDの発光デューティを制御して、電力許容範囲内で一律にデューティをアップした状態から、さらに画面輝度を上げたくない低階調領域のLEDの輝度を低減させ、さらにその低減させた輝度を高階調領域に配分して輝度を増大させることにより、コントラストを向上させて映像品位の高い映像が得られるようにしている。
 本発明に係るエリアアクティブ制御部2及びLED制御部3の具体的処理例を説明する。
 図16は、表示画面を8分割した例を示している。各分割領域No.をA~Hとし、各領域ごとの映像の最大階調値を示す。最大階調値は本発明の第1の特徴量に相当する。ここで前述したように、第1の特徴量は、領域ごとの最大階調値とするが、この他、領域内の階調値の平均等の他の統計値を用いてもよい。
 この例では、8つの分割領域における映像の最大階調値は、64、224、160、32、128、192、192、96であり、最大階調値の平均は、256階調に対して53%の値となる。つまり、この場合、図2のグラフでは点灯率(ウィンドウサイズ)53%に相当する。
 図2において、点灯率53%(P4)のときに、最大輝度を取りうる領域のバックライトの輝度に相当するLEDのデューティが55%であったものとする。つまりこの画面における点灯率53%のときに、電力リミット制御により55%デューティ相当までバックライトを上げることができる。これは全点灯(点灯率100%)のときのデューティ38.5%の約1.5倍に相当する。
 つまり、LEDを全点灯したときのLEDのデューティ38.5%に対して、点灯率53%のときには、38.5%の1.5倍の輝度になるように点灯LEDに電力を投入することができる。
 図17は、図16に示す領域を領域No順に並べた状態を示す図である。横軸は領域No.で、縦軸は各領域のLEDの輝度値である。LEDの輝度値は、0-255の階調値で表すことができる。
 そして、まず、従来のローカルデミング制御と同様の手法にて領域ごとのLEDの輝度値を定める。この輝度値を第1の輝度とする。第1の輝度は、映像の最大階調値が小さい領域では相対的に小さく定められ、映像の最大階調値が大きい領域では相対的に大きくなるように定められる(図26(B)と同様)。これにより、従来と同様に、低階調の黒浮きを避け、コントラストを向上させるとともに低消費電力化を図り、高階調領域の輝度を上げて輝き感を増すようにしている。このときの各領域のLEDの輝度は、LEDを全点灯したときの画面輝度(例えば450cd/m)を超えないように設定される。
 そして、上記のように電力リミット制御により計算される輝度アップ分(ここでは1.5倍)を各領域のLEDの輝度値に乗算する。ここでは、全ての領域に対して一律に輝度アップ分の値を乗算する。LED全点灯時のLEDのデューティは36.5%であるが、点灯率53%の場合には、55%のデューティまでLEDの輝度が上昇する。第1の輝度に対して1.5倍を乗算したヒストグラムデータの値を第2の輝度(V2)とする。
 そして、本発明に係る実施形態の特徴として、各領域の第2の輝度(V2)と所定の閾値(LED輝度の階調)Thとを比較し、第2の輝度(V2)が閾値Thより小さい領域については、第2の輝度(V2)を更に所定量低減させる。例えば、閾値Thを80階調とするとき、80階調より小さい第2の輝度(V2)の領域のLEDの輝度を低減させる。低減値は、例えば、1/1.5=0.68倍とする。つまり、初期の輝度値(第1の輝度)に対して1.5倍したもの(第2の輝度)を再度0.68倍して第3の輝度(V3)とする。これは、結果的に元のLEDの輝度値(第1の輝度)に戻すことになる。
 LEDバックライトの制御においては、最大階調値が閾値Thより小さい領域では、第3の輝度(V3)を使用してLEDを制御する。
 これにより、閾値Thより小さい最大輝度値をもつ低階調の映像領域では、電力リミット制御によりLEDに電力を投入する場合でもLEDの輝度を過度に上げることなく、低輝度に維持することでコントラストをさらに向上させるし、黒浮き等の悪化も解消される。
 このとき、第3の輝度(V3)を第1の輝度に一致させるようにすれば、電力リミット制御による輝度制御の際にも、閾値より小さい最大階調値をもつ領域については、第1の輝度に戻すことができる。また、上記のように、電力リミット制御によってLEDの第1の輝度を一律に第2の輝度に増大させ、第2の輝度を閾値Thと比較して閾値Thより小さい最大階調値をもつ領域のLEDの輝度下げる場合、第1の輝度に一致させることなく、第1輝度に近づけるように、第3の輝度を第1の輝度の所定範囲内に入るように設定する。例えば第1の輝度の2倍程度以内に低下させることにより、本発明の目的とするコントラスト向上の効果に加えて、主に低階調の映像の輝度を増大することで目立つノイズの発現を抑える効果が得られる。
 そして、第2の輝度が閾値以上の領域に対しては、閾値より小さい領域の輝度の低下分の総量を配分し、その配分した輝度により第2の輝度を増加させる。つまり、第2の輝度が閾値Thより小さい領域について、第2の輝度から低下させた輝度の総量を、第2の輝度が閾値Th以上の領域に配分する。これによりさらにコントラストを向上させることができる。
 配分の方法は、輝度低下分の総量を、それぞれの領域に均等に割り付けて配分することができる。こうすることによって、映像上の明るい部分をよりはっきりと見せることができる。白っぽい家を映すような映像に占める明るい部分が比較的多い場合に好適である。
 また、配分の方法として、第2の輝度の値やAPLなどの特徴量に応じて配分比を変更するものであってもよい。
 例えば、第2の輝度が閾値Th以上の領域に対して、閾値Thより小さい領域の輝度の低下分の総量を配分する際、第2の輝度が相対的に大きい領域ほど、輝度の配分量を多くすることができる。最も明るい部分を含む領域の輝度を重点的に上げることによって、きらりと光る輝き感をより向上させることができる。この例は、花火等の明るい部分の階調性があまり気にならず、その明るさ、輝度の高さが重要である場合に好適である。
 あるいは、第2の輝度が閾値Th以上の領域に対して、閾値Thより小さい領域の輝度の低下分の総量を配分する際、第2の輝度が相対的に小さい領域ほど、輝度の配分量を多くすることができる。このようにすることで、最も明るい部分が白つぶれ、階調つぶれを起こすことを回避しつつ、明るい部分を含む領域をよいはっきり見せることができる。
 図17の例では、第2の輝度が閾値Th以上の領域B,C,E,F,G,Hに対して均等量の輝度を配分し、第2の輝度に加える。この値を第4の輝度(V4)とする。配分する輝度の量は、LEDの駆動電流値で表すことができる。つまり、輝度低下分の駆動電流値の総量を、輝度を増加させる領域の駆動電流値に配分して駆動電流値を増大させる。
 このように、本発明に係る実施形態では、映像の分割領域の最大階調値(第1の特徴量)に基づいてコントラストの向上、省電力の低下を図るために低階調のLEDの輝度を低下させた第1の輝度に対して、電力リミット制御によってLEDに電力を投入して第2の輝度に増大させ、第2の輝度を閾値Thと比較して閾値より小さい最大階調値をもつ領域のLEDの輝度を低下させ第3の輝度とする。このときに、第3の輝度を第1の輝度に一致させるか、もしくは第1の輝度の所定範囲まで低下させる。そして、最大階調値が閾値Thより小さい領域の輝度低下分を、最大階調値が閾値Th以上の領域に配分することで、低輝度領域は暗いままで、高輝度領域をより高輝度にし、コントラストを向上させる。
 さらに、第2の輝度を低下させて第3の輝度とする際、閾値Thより小さい最大階調値を有する分割領域のうち、一定倍率で一律にLEDの輝度を低下させるのではなく、第2の輝度の値に応じてLEDの輝度の低下の倍率(あるいは低下量)を異ならせるようにしてもよい。例えば、閾値Thより小さい最大階調値をもつ領域のうち、第2の輝度が小さい領域程、LEDの輝度の低下倍率を上げ、もしくは低下量を大きくする。このとき、第2の輝度が小さい領域では、第1の輝度に近づけてLEDの輝度を低下させる。
 また、閾値Thより最大階調値が小さい領域のうち、第2の特徴量(APLや映像の最大階調値)が小さいほど、第1の輝度に近づくようにLEDの輝度を低下させるようにしてもよい。例えば、APLが比較的高い映像では、閾値より最大輝度値が小さい領域では、LEDの輝度を第1の輝度まで戻すことなく、例えば第1の輝度の2倍程度の所定範囲まで戻す。そして、閾値Th以上の最大階調値を有する分割領域に対して、上記の輝度低下分を配分してさらに輝度を上げる。APLが小さいほど、最大階調値が閾値より小さい領域に対する輝度低下分が大きいため、輝度を上げる領域に対する輝度の配分の総量も増大する。これにより、APLが小さい場合には、画面内でより輝いている部分の輝度の増量を多くして、より輝き感を強くすることができ、コントラストを向上させることができる。
 第2の特徴量として映像の最大階調値を用いた場合も同様である。
 図17に示すように、閾値Thよりも小さい最大階調値をもつ領域のLEDの輝度を、上記の各手法のいずれかを採用して低下させる。そして、図18に示すように、得られたLEDの輝度値が小さい順に並べ換える。そして各領域の最大階調値を入力とし、各領域のLEDの輝度を出力とする階調カーブを作成する。
 図19は、得られた階調カーブの一例を示す図で、横軸は第2の輝度に相当するLED階調値(入力階調)、縦軸は第3の輝度に相当するLED階調値(出力階調)を示している。補正前とは、第2の輝度を第3の輝度に補正することなく出力させたときの階調カーブを示し、補正後とは、閾値に従って第2の輝度を第3の輝度に補正したときの階調カーブを示している。
 図19に示すように、補正後の階調カーブでは、所定の閾値より小さい低階調領域の場合に、電力リミットにより輝度アップしたLEDの輝度を再び低減させるような制御を行う。言い換えれば、所定の閾値より小さい低階調領域に限ってはLEDの輝度をアップさせることなく、元のLEDの輝度(第1の輝度)と同じレベルもしくは近傍のレベルに維持する。これにより所定の低階調領域に限ってLEDの輝度を過度に増大させることがなく、表示上のノイズの発現を抑えることができ、かつ、高輝度領域ではより輝き感を増した映像表現が可能となる。
 また、上記の閾値は、分割領域のうちの輝度を低減させる領域の数に応じて定めるものであってもよい。ここでは複数の分割領域のうち、最大階調値が低い領域から所定数だけ、第2の輝度を低減させて第3の輝度とするように閾値を設定することができる。例えば、8分割の領域のうち、2つの領域のみについて第3の輝度を設定する。これにより一定の数の低輝度領域について、常にLEDの輝度の増大を抑えることができ、コントラストを向上させることができる。
 また、上記の閾値Thは映像の特徴量に応じて動的に変化させるものであってもよい。特徴量としては、映像のAPL(Average Picture Level)、もしくは最大階調値(ピーク値)等を用いることができる。これらの特徴量を本発明に係る第2の特徴量とする。
 ここでLEDデータは、上述したように分割領域の映像信号の最大階調値であるのが一般的である。また、APLとは、映像信号の輝度の平均値であり、一般的に映像の特定領域の平均値ではなく映像全体の平均値である。APLは従って映像のフレーム毎に動的に変化する。
 例えば、閾値Thを映像のAPLに従って動的に変化させることができる。
 図20は、APLが50%の映像の一例を示す図である。横軸は分割領域のNo.であり、縦軸は各領域のLEDの輝度値を示している。各領域のヒストグラムデータの頂点位置が、各領域の最大階調値(第1の特徴量)を示している。
 一般に、映像のAPLと、分割領域の最大階調値との間にはある程度相関があるが、映像によっては大きく異なる。例えば、映像内の輝度の差が大きい箇所が多数ある場合には、すべての分割領域で、最大階調値がAPL値を上回る場合もある。
 図20は、コントラストが比較的小さい映像を示すものであり、映像全体が平板で輝度の明暗の差が小さい。例えば、部屋の中や霧の映像ではこのような状態の映像となる。この場合、APLと各領域の最大階調値との差は小さい。
 APLは映像全体の輝度の平均値であるため、最大階調値がAPLより低い領域は、領域内で輝く部分が少なく、輝度を低下させるべき領域である。従ってNoA,Bの領域については、電力リミットにより輝度アップしたLEDの輝度を、再び低下させるような制御を行う。具体的には、映像のAPLより小さい最大階調値をもつ領域に対して、その領域の第2の輝度値が閾値より小さくなるように当該閾値を設定する。低減量は上記の各処理例のいずれかに従う。輝度の低下分は、最大階調値が閾値以上の領域に再配分することにより、高輝度部分の輝き感を増しコントラストを向上させることができる。
 図21は、同じくAPLが50%で、コントラストが比較的大きい映像の例を示している。この例は、一般的によく存在する映像であり、APLと各領域の最大階調値との差は、上記図20の例よりも大きい。APLより最大階調値が小さい領域について、LEDの輝度を低下させるように閾値を設定した場合、領域No.A~Cでは電力リミットにより輝度アップしたLEDの輝度を、再び低下させるような制御が行われる。輝度の低下分は、最大階調値が閾値以上の領域に再配分する。
 図22は、同じくAPLが50%で、映像全体のコントラスが極端に大きい映像の例を示している。この例は、メリハリが大きい映像であり、例えば、格子越しに外を映したり、黒背景に白いものが多数配置されているような場合にこのような映像になる。この場合、すべての領域で、APLよりも最大階調値が上回る。
 ここでは、全ての領域でその最大階調値がAPL以上であるため、電力リミットにより輝度アップしたLEDの輝度を、再び低減させるような制御はいずれの領域に対しても行わない。つまり、映像のAPLより大きい最大階調値をもつ領域に対しては、その領域の第2の輝度値が閾値以上になるように当該閾値を設定する。
 このように、閾値ThをAPLに設定し、APLに応じて閾値を動的に変化させることにより、映像の状態に応じて適切なLEDの輝度制御を行うことができる。
 また、閾値Thは映像の状態にかかわらず一定値に固定しておくようにしてもよい。例えば図23~図25では、図20~図22の映像について、取りうる輝度の33%を固定値とし、その固定値より小さい最大階調値をもつ領域について、LEDの輝度を低下させるように閾値を設定する。つまり映像が取り得る輝度の33%より小さい最大階調値をもつ領域に対して、その領域の第2の輝度値が閾値より小さくなるように当該閾値を設定する。
 上述したように、電力リミットによってLEDの輝度を上げるときに、ノイズが問題となるのは映像信号の低輝度領域である。例えば、映像信号全体を高、中、低輝度に分けた場合、ほぼ33%以下が低輝度の映像となる。この値を最大階調値にもつ領域に対して、第2の輝度を低下させて第3の輝度することにより、映像全体の状態に関わりなく、低輝度の最大階調値をもつ領域についてのみ、電力リミットにより輝度アップしたLEDの輝度を、再び低下させるような制御を行うことができる。
 図23の例では、全ての領域の最大階調値が固定値33%以上であるため、電力リミットにより輝度アップしたLEDの輝度を、再び低減させるような制御はいずれの領域に対しても行われない。また、図24の例では、領域A、Bについて電力リミットにより輝度アップしたLEDの輝度を、再び低減させる制御が行われる。
 さらに図25の例では、図23と同様に全ての領域の最大階調値が固定値33%以上であるため、電力リミットにより輝度アップしたLEDの輝度を、再び低減させるような制御はいずれの領域に対しても行われない。
 このようにノイズの発生が目立つ低階調領域を映像信号の固定値によって判別し、映像信号の状態にかかわらず低階調領域の輝度アップを行わないようにすることで、中、高階調部分の輝き感を常に増すことができる。
1…画像処理部、2…エリアアクティブ制御部、3…LED制御部、4…LEDドライバ、5…LEDバックライト、6…液晶制御部、7…液晶パネル。

Claims (20)

  1.  映像信号を表示する表示パネルと、該表示パネルを照明する光源としてLEDを使用したバックライトと、該バックライトの発光輝度を制御する制御部とを有し、該制御部は、前記バックライトを複数の領域に分割し、分割した領域ごとにLEDの発光を制御する映像表示装置であって、
     前記制御部は、前記分割した各領域に対応する表示領域の映像の第1の特徴量に応じて、前記領域ごとにLEDの第1の輝度を定め、
     さらに、領域毎の前記第1の輝度に対して、LEDの駆動電流の合計値が所定の許容電流値以下である範囲で、前記第1の輝度に対して一律に一定倍率を乗算した領域ごとの第2の輝度を定め、
     さらに、前記領域ごとの第2の輝度と、所定の閾値とを比較し、前記第2の輝度が前記閾値より低い領域についてのみ、再度第2の輝度を低下させて第3の輝度とし、
     前記第3の輝度、および前記第2の輝度を低下させない領域の該第2の輝度を用いて、分割した領域ごとにLEDの発光を制御することを特徴とする映像表示装置。
  2.  請求項1に記載の映像表示装置において、
     前記領域ごとの前記第3の輝度は、各領域の前記第1の輝度に一致することを特徴とする映像表示装置。
  3.  請求項1に記載の映像表示装置において、
     前記領域ごとの第3の輝度は、各領域の前記第1の輝度を含む所定範囲内とすることを特徴とする映像表示装置。
  4.  請求項1~3のいずれか1に記載の映像表示装置において、
     前記制御部は、前記閾値を固定値として設定することを特徴とする映像表示装置。
  5.  請求項1~3のいずれか1に記載の映像表示装置において、
     前記制御部は、映像の第2の特徴量に応じて前記閾値を設定すること特徴とする映像表示装置。
  6.  請求項1~3のいずれか1に記載の映像表示装置において、
     前記制御部は、前記第2の輝度を低下させて第3の輝度とする領域数が所定の数となるように、前記閾値を設定することを特徴とする映像表示装置。
  7.  請求項5に記載の映像表示装置において、
     前記制御部は、前記閾値により前記第2の輝度を低下させる際に、前記第2の特徴量が小さい映像ほど、前記第1の輝度に近づくように、前記第2の輝度を低下させることを特徴とする映像表示装置。
  8.  請求項5または6に記載の映像表示装置において、
     前記制御部は、前記閾値により前記第2の輝度を低下させる際に、前記第2の輝度が前記閾値より低い領域のうち、前記第2の輝度が小さい領域ほど、前記第1の輝度に近づくように、前記第2の輝度を低下させることを特徴とする映像表示装置。
  9.  映像信号を表示する表示パネルと、該表示パネルを照明する光源としてLEDを使用したバックライトと、該バックライトの発光輝度を制御する制御部とを有し、該制御部は、バックライトを複数の領域に分割し、分割した領域ごとにLEDの発光を制御する映像表示装置であって、
     前記制御部は、前記分割した各領域に対応する表示領域の映像の第1の特徴量に応じて、前記領域ごとにLEDの第1の輝度を定め、
     さらに、領域毎の前記第1の輝度に対して、LEDの駆動電流の合計値が所定の許容電流値以下である範囲で、前記第1の輝度に対して一律に一定倍率を乗算した領域ごとの第2の輝度を定め、
     さらに、前記領域ごとの第2の輝度と、所定の閾値とを比較し、前記第2の輝度が前記閾値より低い領域についてのみ、再度第2の輝度を当該領域の前記第1の輝度と同等、もしくは前記第1の輝度の所定範囲内まで低下させて第3の輝度とし、
     前記第2の輝度が前記閾値以上の領域に対して、前記閾値より小さい領域の輝度の低下分の総量を配分し、該配分した輝度により該第2の輝度を増加して第4の輝度とし、
     前記第3の輝度および前記第4の輝度を用いて、分割した領域ごとにLEDの発光を制御することを特徴とする映像表示装置。
  10.  請求項9に記載の映像表示装置において、
     前記制御部は、映像の特徴量に係わりなく、前記閾値を固定値として設定することを特徴とする映像表示装置。
  11.  請求項9に記載の映像表示装置において、
     前記制御部は、映像の第2の特徴量に応じて前記閾値を設定すること特徴とする映像表示装置。
  12.  請求項9~11のいずれか1に記載の映像表示装置において、
     前記制御部は、前記第2の輝度を低下させて第3の輝度とする領域数が所定の数となるように、前記閾値を設定することを特徴とする映像表示装置。
  13.  請求項9~12のいずれか1に記載の映像表示装置において、
     前記制御部は、前記閾値により前記第2の輝度を低下させる際に、映像の第2の特徴量が小さい映像ほど、前記第1の輝度に近づくように前記第2の輝度を低下させ、前記閾値により前記第2の輝度を増加させる際に、前記第2の特徴量が大きい領域ほど、前記輝度の配分量を相対的に多くすることを特徴とする映像表示装置。
  14.  請求項9~12のいずれか1に記載の映像表示装置において、
     前記制御部は、前記閾値により前記第2の輝度を低下させる際に、前記第2の輝度が前記閾値より低い領域のうち、前記第2の輝度が小さい領域ほど、前記第1の輝度に近づくように前記第2の輝度を低下させ、前記閾値により前記第2の輝度を増加させる際に、前記第2の輝度が大きい領域ほど、前記輝度の配分量を相対的に多くすることを特徴とする映像表示装置。
  15.  請求項9~14のいずれか1に記載の映像表示装置において、
     前記制御部は、前記第2の輝度が前記閾値以上の領域に対して、前記閾値より小さい領域の輝度の低下分の総量を均等に振り分けて配分することを特徴とする映像表示装置。
  16.  請求項9~14のいずれか1に記載の映像表示装置において、
     前記制御部は、前記第2の輝度が前記閾値以上の領域に対して、前記閾値より小さい領域の輝度の低下分の総量を配分する際、前記第2の輝度が相対的に大きい領域ほど、輝度の配分量を多くすることを特徴とする映像表示装置。
  17.  請求項9~14のいずれか1に記載の映像表示装置において、
     前記制御部は、前記第2の輝度が前記閾値以上の領域に対して、前記閾値より小さい領域の輝度の低下分の総量を配分する際、前記第2の輝度が相対的に小さい領域ほど、輝度の配分量を多くすることを特徴とする映像表示装置。
  18.  請求項1~17のいずれか1に記載の映像表示装置において、前記第1の特徴量は、前記分割した領域内の映像信号の最大階調値であることを特徴とする映像表示装置。
  19.  請求項5、7、11,13のいずれか1に記載の映像表示装置において、前記第2の特徴量は、映像のAPLであることを特徴とする映像表示装置。
  20.  請求項5、7、11、13のいずれか1に記載の映像表示装置において、前記第2の特徴量は、映像のフレームごとの最大階調値であることを特徴とする映像表示装置。
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