JP2013134268A - 映像表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】複数のモニタにより１つの画面を構成する映像表示装置において、高いコントラスト感を実現しつつ、各モニタ間での輝度のばらつきを抑制する。
【解決手段】モニタ１〜４は、ＬＥＤバックライトの分割領域毎に対応する表示領域の映像の第１の特徴量を求める画像解析部と、第１の特徴量に応じて分割領域毎にＬＥＤの第１の輝度を定め、ＬＥＤの駆動電流の合計値が所定の許容電流値以下となる範囲で、第１の輝度を一律にストレッチするための輝度ストレッチ量を算出する階調制御部とを備える。映像表示装置は、モニタ１〜４から取得した輝度ストレッチ量から最小となる最小輝度ストレッチ量を選択し、選択した最小輝度ストレッチ量を各モニタ１〜４に出力するマイコン１９を備える。各モニタ１〜４の階調制御部は、マイコン１９から取得した最小輝度ストレッチ量に基づいて、第１の輝度を一律にストレッチして第２の輝度を定める。
【選択図】図９

Description

本発明は、映像表示装置に関し、より詳細には、複数のモニタにより１つの画面を構成する映像表示装置に関する。
従来、複数の映像表示装置を縦横マトリクス状に配列し、各映像表示装置で分割された画像を表示して、全体で一つの大画面を構成するマルチディスプレイ装置が知られている。このようなマルチディスプレイ装置では各画面間で輝度むらが起こり易いため、輝度むらを解消するための方法が種々提案されている。例えば、特許文献１には、マルチディスプレイ装置における画面間の輝度むらを解消するために、光源の輝度を制御する技術が記載されている。具体的には、マルチディスプレイ装置を構成する各映像表示部が、映像表示部に映像を形成するための複数の光源を有するバックライトユニットと、バックライトユニットの光源の明るさを調整するための光量調整手段とを有している。そして、この光量調整手段によって、各バックライトの明るさを個別に制御できるようにしている。
また、上記のようなマルチディスプレイ装置においても液晶ディスプレイが採用されており、液晶ディスプレイの照明用として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持っている。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１０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。また、各領域の映像信号の最大階調値が図１０（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１０（Ｂ）に示すようになる。つまり、各領域の映像信号に応じて、領域毎に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共に、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／ｍ２）に制限される。
特開２００９−１６９１９６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。このため、例えば明るい映像をより特異的に明るくして、コントラストを向上させようとしても限界が生じていた。
これに対して、電力が規定値を超えないようにＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御を行い、ＬＥＤを点灯させる面積が小さいときは局所的に電力を投入し、ピーク輝度を高める手法が考えられる。この手法により、通常のローカルデミングに比べて、高い輝度を出すことができる。しかしながら、この手法を上述のマルチディスプレイ装置の各モニタに適用した場合、モニタ間で輝度のばらつきが生じるという問題がある。例えば、図１１に示すような４つのモニタ１〜４により１つの画面を構成し、これに白黒映像を表示させた場合を想定する。
図１１において、白丸部分Ｗの映像信号の階調（画素階調ともいう）を２５５、その他の黒い部分の画素階調を０とした場合、モニタ１，３の画面では、ピーク輝度となる白丸部分Ｗが画面全体に占める割合が低いため、ＬＥＤの点灯面積が小さくなる。このため局所的に電力を投入してＬＥＤを強く発光させるような制御が行われ、白丸部分Ｗの輝度が高くなる。一方、モニタ２，４の画面では、白丸部分Ｗが画面全体に占める割合が高いため、ＬＥＤの点灯面積が大きくなる。このためＬＥＤを弱く発光させるような制御が行われ、白丸部分Ｗの輝度が低くなる。このような制御によりモニタ１〜４における白丸部分Ｗの輝度がばらついてしまう。
本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたもので、複数のモニタにより１つの画面を構成する映像表示装置において、バックライトを複数領域に分割して、各領域に対応する映像信号に応じたバックライトの輝度を制御するときに、高いコントラスト感を実現しつつ、各モニタ間での輝度のばらつきを抑制できるようにすることを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の第１の技術手段は、複数のモニタにより１つの画面を構成する映像表示装置であって、各前記モニタは、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、該バックライトを複数の領域に分割し、該分割した領域である分割領域毎に対応する表示領域の映像の第１の特徴量を求める画像解析部と、該画像解析部で求めた第１の特徴量に応じて、前記分割領域毎にＬＥＤの第１の輝度を定め、さらに、前記分割領域毎の前記第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となる範囲で、前記第１の輝度を一律にストレッチするための輝度ストレッチ量を算出する階調制御部とを備え、前記映像表示装置は、各前記モニタから取得した輝度ストレッチ量から最小となる最小輝度ストレッチ量を選択し、該選択した最小輝度ストレッチ量を各前記モニタに出力する制御部を備え、各前記モニタの階調制御部は、前記制御部から取得した最小輝度ストレッチ量に基づいて、前記第１の輝度を一律にストレッチして領域毎に第２の輝度を定め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、各前記モニタの画像解析部は、前記分割領域の映像信号の第１の特徴量に基づいて該分割領域に対応する前記ＬＥＤの領域の点灯率を変化させ、前記ＬＥＤの全ての領域について該ＬＥＤの領域の点灯率を平均することにより前記ＬＥＤの平均点灯率を求め、各前記モニタの階調制御部は、前記平均点灯率に予め関係付けられた前記表示パネルの画面上で取り得る最大表示輝度に基づいて前記輝度ストレッチ量を求め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、各前記モニタの画像解析部は、前記映像信号のＡＰＬを求め、各前記モニタの階調制御部は、前記ＡＰＬに予め関係付けられた前記表示パネルの画面上で取り得る最大表示輝度に基づいて前記輝度ストレッチ量を求め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、各前記モニタの階調制御部は、前記最小輝度ストレッチ量に応じた一定倍率を前記第１の輝度に乗算して前記第２の輝度を定め、該第２の輝度の最大輝度から最大ＬＥＤ階調値を求め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４のいずれか１の技術手段において、前記第１の特徴量は、前記分割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。
本発明によれば、複数のモニタにより１つの画面を構成した映像表示装置において、バックライトを複数領域に分割して、各領域に対応する映像信号に応じたバックライトの輝度を制御するときに、各領域間の輝度比を大きくしてコントラストを高めると共に、バックライトを点灯する面積が小さいときは局所的に電力を投入してピーク輝度を高め、さらに、各モニタにおけるピーク部分（白色部分など）の輝度を、ピーク部分の輝度が最小となるモニタの輝度に合わせることで、高いコントラスト感を実現しつつ、各モニタ間での輝度のばらつきを抑制することができる。
本発明に係る映像表示装置の画面例を示す図である。 図１に示す映像表示装置の要部構成例を説明するための図である。 モニタのエリアアクティブ制御部による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ための図である。 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。 表示画面を８分割した例を示した図である。 モニタのエリアアクティブ制御部によるＬＥＤ輝度の設定例を説明するための図である。 各モニタに対して個別に電力リミット制御を行った場合の制御例を説明するための図である。 本発明に係る映像表示装置による電力リミット制御の制御例を説明するための図である。 従来のローカルデミングの制御を説明するための図である。 複数のモニタにより１つの画面を構成した場合の画面を示す図である。
以下、添付図面を参照しながら、本発明の映像表示装置に係る好適な実施の形態について説明する。本発明に係る映像表示装置の画面例を図１に示す。本例の映像表示装置は、４つのモニタ１〜４により１つの画面が構成されており、各モニタ１〜４の表示画面はそれぞれＡ〜Ｈの８つの領域に分割されている。
図２は、図１に示す映像表示装置の要部構成例を説明するための図である。図２（Ａ）はモニタ１の要部構成例を示す図であるが、他のモニタ２〜４の構成も基本的に同様であるため、モニタ１を代表して例示するものとする。図中、１１は画像処理部、１２１はＬＥＤ制御モジュール、１７はＬＥＤバックライト、１８は液晶パネルを示す。ＬＥＤ制御モジュール１２１は、エリアアクティブ制御部１３１、ＬＥＤ制御部１４、ＬＥＤドライバ１５、およびタイミングコントローラ１６を備える。また、図２（Ｂ）に示すように、各モニタ１〜４はそれぞれＬＥＤ制御モジュール１２１〜１２４を備え、ＬＥＤ制御モジュール１２１〜１２４はマイコン１９に接続されている。
以下、各モニタ１〜４で独立して電力リミット制御を行う場合についてモニタ１を例に説明する。図２（Ａ）において、画像処理部１１は、放送信号から分離した映像信号や、外部機器からの映像信号を入力し、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処理、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１３１は、画像解析部１３１ａ、階調制御部１３１ｂを備える。画像解析部１３１ａは、画像処理部１１から映像信号が入力されると、ＬＥＤバックライト１７を複数の領域に分割した領域である分割領域毎に対応する表示領域の映像の第１の特徴量を求める。第１の特徴量は、例えば、分割領域内の映像信号の最大階調値である。また、画像解析部１３１ａは、分割領域の映像信号の第１の特徴量に基づいて分割領域に対応するＬＥＤバックライト１７の領域の点灯率を変化させ、ＬＥＤの全ての領域についてＬＥＤの領域の点灯率を平均することによりＬＥＤバックライト１７の平均点灯率を求める。そして、画像解析部１３１ａは、上記で求めた領域毎の最大階調値（第１の特徴量）を階調制御部１３１ｂに対してＬＥＤデータとして出力すると共に、ＬＥＤバックライト１７の平均点灯率を階調制御部１３１ｂに出力する。
また、画像解析部１３１ａでは、液晶の各画素の階調を示すデータを階調制御部１３１ｂに対して液晶データとして出力する。このときの液晶データとＬＥＤデータとは、最終出力であるＬＥＤバックライト１７と液晶パネル１８で同期が維持されるように出力される。
なお、ＬＥＤデータは、分割領域毎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量であってもよい。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。
階調制御部１３１ｂは、画像解析部１３１ａから出力されたＬＥＤデータ（分割領域毎の最大階調値）およびＬＥＤバックライト１７の平均点灯率に基づいて、電力リミット制御を行い、ＬＥＤバックライト１７の各ＬＥＤの点灯を制御する制御値（以下、ＬＥＤ階調値という）を決定する。そして、ＬＥＤ制御部１４は、階調制御部１３１ｂで決定したＬＥＤ階調値に基づく制御信号を出力し、ＬＥＤドライバ１５は、ＬＥＤ制御部１４から出力された制御信号に従って、ＬＥＤバックライト１７の各ＬＥＤの発光を制御する。
また、階調制御部１３１ｂは、画像解析部１３１ａから出力された液晶データに基づいて、液晶の各画素の階調を制御する制御値（以下、画素階調値という）を決定する。そして、タイミングコントローラ１６は、階調制御部１３１ｂで決定した画素階調値に基づく制御信号を出力し、液晶パネル１８の各画素の階調を制御する。
ここで、電力リミット制御とは、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、この全点灯したとき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ようにしたものである。
ＬＥＤバックライト１７のＬＥＤの輝度は、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御、または電流制御、また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。階調制御部１３１ｂから出力されるＬＥＤ階調値は、エリアアクティブ制御部１３１の分割領域毎にＬＥＤの発光制御を行うためのもので、これによりローカルデミングを実現する。
図３は、モニタ１のエリアアクティブ制御部１３１によるＬＥＤ輝度の設定例を説明するための図である。エリアアクティブ制御部１３１の階調制御部１３１ｂは、図３のような制御関数（グラフ）に基づきＬＥＤバックライト１７の輝度を決定する。横軸は、ＬＥＤバックライト１７の平均点灯率（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。ウィンドウ領域を示す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。
ここで、ＬＥＤバックライト１７は、複数のＬＥＤにより構成され、領域毎に輝度の制御が可能となっている。ＬＥＤバックライト１７の領域毎の点灯率は、領域毎の最大階調値に基づき予め定められた演算式により決定されるが、基本的に高階調の明るい最大階調値を有する領域ではＬＥＤの輝度を低下させることなく維持し、低階調の暗い最大階調値を有する領域ではＬＥＤの輝度を低下させるような演算を行う。
そして、エリアアクティブ制御部１３１の画像解析部１３１ａは、各領域の点灯率からＬＥＤバックライト１７の全体の平均点灯率を計算し、階調制御部１３１ｂは、その平均点灯率に応じて、所定の演算式やテーブルにより、ＬＥＤバックライト１７の最大発光輝度の輝度ストレッチ量を算出する。図３の縦軸は、Ｍａｘ輝度（ｃｄ／ｍ２）で、画面内の全領域で取り得る、最大階調値のときのストレッチ後の最大の画面輝度を示す。つまり、縦軸は画面上の最大表示輝度を示すもので、複数の分割領域のうち最大表示輝度を取り得る領域の輝度、すなわち、画面内のウィンドウを含む領域の輝度が示される。上記の輝度ストレッチ量は平均点灯率により決まる値であり、Ｍａｘ輝度は輝度ストレッチ量により決まる値であるため、図３のグラフで例示するように、Ｍａｘ輝度は平均点灯率に応じて決まる値と言える。
すなわち、この図３は、ＬＥＤバックライト１７の平均点灯率に対するＭａｘ輝度の関係を示す制御関数の一例を示している。ＬＥＤバックライト１７全体の平均点灯率は、点灯領域がない状態では平均点灯率はゼロであり、全点灯では平均点灯率は１００％になる。図３の制御関数は、図示しないメモリに格納されており、映像信号から求めたＬＥＤバックライト１７の平均点灯率に基づき参照される。
ここで、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、平均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。平均点灯率が小さい範囲（例えば、Ｐ１〜Ｐ２まで）では、その小さいウィンドウに電力を集中できるため、Ｐ２では各ＬＥＤがデューティ１００％で制御され、Ｍａｘ輝度Ａで点灯することができる。なお、平均点灯率がＰ１〜Ｐ２の範囲では、点灯領域が小さいため、Ｍａｘ輝度Ａで点灯させることが可能であるが、こうすると低階調部分も明るくなり、黒浮きが目立ってしまうという問題がある。このため図３の例では、黒浮きを低減するために、平均点灯率がＰ１〜Ｐ２の範囲では平均点灯率が小さくなるに従ってＭａｘ輝度を低下させるようにしている。
そして、平均点灯率が０の状態から上がっていき、平均点灯率が点Ｐ２になるとＭａｘ輝度は最大となる。このときのＬＥＤのデューティは１００％（Ｍａｘ輝度Ａ）である。さらに、点Ｐ２より平均点灯率が高くなっていくと、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、従って領域が取り得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、本例の場合、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、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。
具体的には、図４に示すように、図１０（Ｂ）で領域毎に定めたＬＥＤの発光輝度（第１の輝度）に一定倍率（ａ倍）を乗算して輝度を高くする。つまり、前述の輝度ストレッチ量はこの一定倍率（ａ倍）に応じて決定される。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／ｍ２）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倍のピーク輝度を出すことが可能となる。この図４に例示するＬＥＤの発光輝度は、第１の輝度をａ倍した第２の輝度に相当する。
図５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（画素階調）、縦軸は液晶パネル上の輝度値を示す。例えば、ＬＥＤバックライト１７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）。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Ｈｉｇｈおよび低階調部分の領域Ｌｏｗは共に約２.７倍に輝度が増大する。
図６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、各領域毎の映像信号の最大階調値を示す。ここで、本発明の第１の特徴量は、領域毎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よい。本例では、８つの分割領域における映像信号の最大階調値は、例えば、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、前述の図３のグラフでは点Ｐ４で平均点灯率（ウィンドウサイズ）５３％に相当する。
ここで、Ｎｏ.Ａ〜Ｈの領域のそれぞれについて、領域内の最大階調値からその領域のＬＥＤバックライト１７のＬＥＤの点灯率を計算する。この点灯率は、例えばＬＥＤバックライト１７の駆動ｄｕｔｙ（ＬＥＤ ｄｕｔｙ）によって示すことができる。この場合、点灯率の最大値は１００％である。なお、上述したように、ＬＥＤの輝度はＰＷＭおよび／または電流制御によって所望の値となるように制御される。
各領域のＬＥＤの点灯率の決定においては、最大階調値が低く暗い領域については、点灯率を下げてバックライトの輝度を低下させる。一例として、映像の階調値が０−２５５の８ビットデータで表現される場合、最大階調値が１２８の場合には、バックライトの点灯率を（１／（２５５／１２８））２.２＝０.２１７倍（２１.７％）に低下させる。基本的には明るい高階調の領域はバックライト輝度を下げることなく、低階調の暗い領域についてバックライトの輝度を低下させるように予め定めた演算式に従って各領域の点灯率を計算する。
画像解析部１３１ａは、映像信号の最大階調値から計算した領域ごとのバックライトの点灯率を平均して、１フレームにおけるＬＥＤバックライト１７の平均点灯率を計算する。計算された画面全体の平均点灯率は、各領域において点灯率が高い領域が多くなれば当然高くなる。図６の例における平均点灯率の実際の値は約５３％となる。
例えば、前述の図３において、平均点灯率５３％（Ｐ４）のときに、最大輝度を取り得る領域のＬＥＤバックライト１７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平均点灯率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ＬＥＤバックライト１７を上げることができる。このときのデューティ５５％は全点灯（平均点灯率１００％）のときのデューティ３６.５％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３６.５％に対して、平均点灯率５３％のときには、デューティ３６.５％の約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。
上記より、平均点灯率５３％のときの一定倍率ａ＝１.５（この倍率ａを輝度増加率あるいはデューティ増加率ともいう）を、領域毎に定めたＬＥＤの発光輝度（第１の輝度）に乗算し、領域毎にピーク輝度を高めた第２の輝度を求める。このように、電力が規定値を超えないようにＰＷＭ制御を行い、点灯する面積が小さいときは局所的に電力を投入し、ピーク輝度を高めることにより、通常のローカルデミングに比べて、高い輝度を出すことができる。
このようにして、階調制御部１３１ｂは、画像解析部１３１ａで求めた分割領域毎の映像信号の第１の特徴量に応じて、分割領域毎にＬＥＤの第１の輝度を定め、さらに、分割領域毎の第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となる範囲で、第１の輝度を一律にストレッチするために一定倍率を乗算して領域毎に第２の輝度を定める。なお、第１の特徴量は、例えば最大階調値であり、一定倍率（輝度ストレッチ量）は、ＬＥＤバックライト１７の平均点灯率に基づき決定される。第１の輝度は図１０（Ｂ）に例示され、第２の輝度は図４に例示される。
また、階調制御部１３１ｂは、ＬＥＤバックライト１７の平均点灯率の代わりに、映像信号のＡＰＬ（Average Picture Level）に基づいて、電力リミット制御を行うようにしてもよい。ＡＰＬは画像解析部１３１ａにより映像信号を解析することで求めることができる。このＡＰＬは映像信号全体の階調の平均値であるため、映像信号のＡＰＬが低ければ、ＬＥＤバックライト１７の平均点灯率も低く、映像信号のＡＰＬが高ければ、ＬＥＤバックライト１７の平均点灯率も高くなる。従って、図３の横軸をＡＰＬにした場合でも同様の制御を行うことができる。
以上では、各モニタ１〜４毎に独立して電力リミット制御を行う場合について説明したが、前述の図１のような映像を想定したときに、電力リミット制御によりモニタ１〜４における白丸部分Ｗの輝度がばらつくという問題がある。これについて図１および図７に基づいて説明する。図７の制御関数は、図３の制御関数と同様である。モニタ１〜４には図１の映像が表示されており、白丸部分Ｗの映像信号の画素階調を２５５、その他の黒い部分の画素階調を０とする。モニタ１，３は、ピーク輝度となる白丸部分Ｗの画面全体に占める割合が低く、平均点灯率（またはＡＰＬ）がそれぞれｒ１（＝１５％），ｒ３（＝１０％）であったとする。この場合、ＬＥＤの点灯面積が小さくなるため、局所的に電力を投入してＬＥＤを強く発光させるような制御が行われ、白丸部分Ｗの輝度が高くなる。図７の例では、モニタ１のＭａｘ輝度はｂ１、モニタ３のＭａｘ輝度はｂ３となる。
一方、モニタ２，４は、ピーク輝度となる白丸部分Ｗの画面全体に占める割合が高く、平均点灯率（またはＡＰＬ）がそれぞれｒ２（＝７０％），ｒ４（＝６０％）であったとする。この場合、ＬＥＤの点灯面積が大きくなるため、ＬＥＤを弱く発光させるような制御が行われ、白丸部分Ｗの輝度が低くなる。図７の例では、モニタ２のＭａｘ輝度はｂ２、モニタ４のＭａｘ輝度はｂ４となる。これより、モニタ１〜４のＭａｘ輝度は、低い順にｂ２，ｂ４，ｂ３，ｂ１となり、これらＭａｘ輝度ｂ２，ｂ４，ｂ３，ｂ１それぞれに応じて、各モニタ１〜４の第１の輝度がストレッチされるため、各モニタ１〜４の白丸部分Ｗの輝度がばらついてしまう。これについて図８に基づき説明する。
図８は、各モニタ１〜４に対して個別に電力リミット制御を行った場合の制御例を説明するための図である。モニタ１と同様に、モニタ２は、エリアアクティブ制御部１３２を備え、エリアアクティブ制御部１３２は、画像解析部１３２ａ、階調制御部１３２ｂを備える。モニタ３は、エリアアクティブ制御部１３３を備え、エリアアクティブ制御部１３３は、画像解析部１３３ａ、階調制御部１３３ｂを備える。モニタ４は、エリアアクティブ制御部１３４を備え、エリアアクティブ制御部１３４は、画像解析部１３４ａ、階調制御部１３４ｂを備える。なお、本例では、図１の映像信号を各モニタ１〜４に表示させる際に、ＬＥＤバックライト１７の平均点灯率の代わりに映像信号のＡＰＬを用いた場合について説明する。
モニタ１の場合、白丸部分Ｗの占める割合が小さいため、ＬＥＤを強く発光させるように制御される。まず、画像解析部１３１ａに図１の映像信号が入力されると、この映像信号を解析し、映像信号からＡＰＬを求める。モニタ１ではＡＰＬが１５％と求められる。次に、画像解析部１３１ａで求めたＡＰＬ（１５％）は階調制御部１３１ｂに入力され、階調制御部１３１ｂでは、ＡＰＬ（１５％）に基づき図７のグラフを参照して、液晶パネル１８の画面上で取り得る最大表示輝度として、Ｍａｘ輝度ｂ１を得る。
階調制御部１３１ｂは、前述したように、画像解析部１３１ａで求めた分割領域毎の映像信号の最大階調値に応じて、分割領域毎にＬＥＤの第１の輝度を定め、さらに、分割領域毎の第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となる範囲で、第１の輝度を一律にストレッチするために一定倍率を乗算して領域毎に第２の輝度を定める。つまり、階調制御部１３１ｂは、Ｍａｘ輝度ｂ１により一定倍率（輝度ストレッチ量）を決定し、決定した一定倍率を第１の輝度に乗じて第２の輝度を定める。階調制御部１３１ｂは、この第２の輝度の最大輝度に相当する最大ＬＥＤ階調値、つまり、白丸部分ＷのＬＥＤ階調値を決定する。なお、最大ＬＥＤ階調値は、Ｍａｘ輝度ｂ１のときのＬＥＤデューティ（すなわち、第２の輝度の最大輝度）に基づき決定される。前述の図７において、Ｍａｘ輝度ｂ１では最大ＬＥＤ階調値は２５０となる。
上記より、階調制御部１３１ｂは、白丸部分ＷのＬＥＤ階調値を２５０とし、ピーク輝度を２５５として出力する。なお、図１の例の場合、ピーク輝度は白丸部分Ｗの画素階調値であり、ここでは２５５となる。このような階調制御を行うことで、画面上の最大表示輝度がＭａｘ輝度ｂ１になるように制御される。なお、モニタ３についても白丸部分Ｗの占める割合が小さく、ＬＥＤを強く発光させるため、モニタ１の場合と同様の方法で、白丸部分ＷのＬＥＤ階調値を２５０とし、ピーク輝度を２５５として出力する。このような階調制御を行うことで、画面上の最大表示輝度がＭａｘ輝度ｂ３になるように制御される。
また、モニタ２の場合、白丸部分Ｗの占める割合が大きく、ＬＥＤを弱く発光させるように制御される。まず、画像解析部１３２ａに図１の映像信号が入力されると、この映像信号を解析し、映像信号からＡＰＬを求める。モニタ２ではＡＰＬが７０％と求められる。次に、画像解析部１３２ａで求めたＡＰＬ（７０％）は階調制御部１３２ｂに入力され、階調制御部１３２ｂでは、ＡＰＬ（７０％）に基づき図７のグラフを参照して、液晶パネル１８の画面上で取り得る最大表示輝度として、Ｍａｘ輝度ｂ２を得る。
そして、階調制御部１３２ｂは、画面上の最大表示輝度がＭａｘ輝度ｂ２になるように、白丸部分ＷのＬＥＤ階調値を決定し、決定した白丸部分ＷのＬＥＤ階調値を出力する。具体的には、階調制御部１３２ｂは、白丸部分ＷのＬＥＤ階調値を１００とし、ピーク輝度を２５５として出力する。このような階調制御を行うことで、画面上の最大表示輝度がＭａｘ輝度ｂ２になるように制御される。なお、モニタ４についても白丸部分Ｗの占める割合が大きく、ＬＥＤを弱く発光させるため、モニタ２の場合と同様に、白丸部分ＷのＬＥＤ階調値を１００とし、ピーク輝度を２５５として出力する。このような階調制御を行うことで、画面上の最大表示輝度がＭａｘ輝度ｂ４になるように制御される。
上記より、モニタ１〜４のＭａｘ輝度は、低い順にｂ２，ｂ４，ｂ３，ｂ１となり、各モニタ１〜４の一定倍率（輝度ストレッチ量）がばらつき、白丸部分Ｗの輝度（ＬＥＤ階調）が不均一となる。
本発明の主たる目的は、複数のモニタにより１つの画面を構成する映像表示装置において、バックライトを複数領域に分割して、各領域に対応する映像信号に応じたバックライトの輝度を制御するときに、高いコントラスト感を実現しつつ、各モニタ間での輝度のばらつきを抑制できるようにすることにある。このための構成として、各モニタ１〜４の階調制御部１３１ｂ〜１３４ｂは、画像解析部１３１ａ〜１３４ａで求めた第１の特徴量（例えば、最大階調値）に応じて、分割領域毎にＬＥＤの第１の輝度を定め、さらに、分割領域毎の第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となる範囲で、第１の輝度を一律にストレッチするための輝度ストレッチ量を算出する。この輝度ストレッチ量（すなわち一定倍率）は、前述したように、図７に示したＭａｘ輝度ｂ１〜ｂ４に応じて求めることができる。
そして、映像表示装置は、各モニタ１〜４から取得した輝度ストレッチ量から最小となる最小輝度ストレッチ量を選択し、選択した最小輝度ストレッチ量を各モニタ１〜４に出力するマイコン１９を備える。このマイコン１９は本発明の制御部に相当する。各モニタ１〜４の階調制御部１３１ｂ〜１３４ｂは、マイコン１９から取得した最小輝度ストレッチ量に基づいて、第１の輝度を一律にストレッチして領域毎に第２の輝度を定める。具体的には、各モニタ１〜４の階調制御部１３１ｂ〜１３４ｂは、マイコン１９から取得した最小輝度ストレッチ量に応じた一定倍率を第１の輝度に乗算して第２の輝度を定め、第２の輝度の最大輝度から最大ＬＥＤ階調値を求める。
図９は、本発明に係る映像表示装置による電力リミット制御の制御例を説明するための図である。各モニタ１〜４の階調制御部１３１ｂ〜１３４ｂは、画像解析部１３１ａ〜１３４ａから映像信号のＡＰＬおよびピーク輝度を入力する。映像信号としては図１の例と同様の映像が入力されるものとする。なお、前述の図７の制御関数は、図示しないメモリに格納されており、映像信号から求めたＬＥＤバックライト１７の平均点灯率または映像信号のＡＰＬに基づき参照される。本例の場合、モニタ１に入力された映像信号のＡＰＬは１５％、モニタ２に入力された映像信号のＡＰＬは７０％、モニタ３に入力された映像信号のＡＰＬは１０％、モニタ４に入力された映像信号のＡＰＬは６０％である。これらのＡＰＬは図８の例と同様である。また、モニタ１〜４に入力された映像信号のピーク輝度は２５５で共通である。
階調制御部１３１ｂ〜１３４ｂは、画像解析部１３１ａ〜１３４ａから入力されたＡＰＬに基づき図７の制御関数を参照し、モニタ１〜４の順にＡＰＬ１５％，７０％，１０％，６０％に応じたＭａｘ輝度を特定する。本例の場合、図７の例と同様に、モニタ１〜４の順にＭａｘ輝度ｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４を求め、これらのＭａｘ輝度からそれぞれの輝度ストレッチ量ｂ１′，ｂ２′，ｂ３′，ｂ４′を算出する。マイコン１９は、各モニタ１〜４から輝度ストレッチ量ｂ１′，ｂ２′，ｂ３′，ｂ４′を取得し、取得した輝度ストレッチ量ｂ１′，ｂ２′，ｂ３′，ｂ４′の中から最小となる最小輝度ストレッチ量を選択し、選択した最小輝度ストレッチ量を各モニタ１〜４に出力する。ここではＭａｘ輝度ｂ２に対応する輝度ストレッチ量ｂ２′が選択される。
モニタ１の階調制御部１３１ｂは、画像解析部１３１ａで求めた分割領域毎の映像信号の最大階調値に応じて、分割領域毎にＬＥＤの第１の輝度を定める。そして、階調制御部１３１ｂは、分割領域毎の第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となる範囲で、第１の輝度をストレッチするために一定倍率を乗算して領域毎に第２の輝度を定める。このとき、階調制御部１３１ｂは、マイコン１９から得た最小輝度ストレッチ量ｂ２′に応じた一定倍率を第１の輝度に乗算して第２の輝度を定め、第２の輝度の最大値から最大ＬＥＤ階調値を求める。
前述の図７において、Ｍａｘ輝度ｂ２（ＡＰＬ７０％）のときに、最大輝度を取り得る領域のＬＥＤバックライト１７の輝度に相当するＬＥＤのデューティが例えば４５％であったものとする。つまりこの画面におけるＡＰＬ７０％のときに、電力リミット制御により４５％デューティ相当までＬＥＤバックライト１７を上げることができる。このときのデューティ４５％は、全点灯（ＡＰＬ１００％）のときのデューティ３６.５％の約１.２倍になるため、上記の一定倍率を１.２と決定することができる。従って、第１の輝度を１.２倍して第２の輝度を定める。
そして、階調制御部１３１ｂは、上記の一定倍率（本例では１.２）を第１の輝度に乗算して第２の輝度を定め、第２の輝度の最大輝度から最大ＬＥＤ階調値を求めるが、これは図１に示す白丸部分ＷのＬＥＤ階調値に相当する。本例の場合、モニタ１の白丸部分ＷのＬＥＤ階調値は１００、ピーク輝度は２５５となり、このような階調制御を行うことで、モニタ１の最大表示輝度をＭａｘ輝度ｂ２に合わせることができる。
モニタ２〜４についても、上記と同様に、階調制御部１３２ｂ〜１３４ｂは、Ｍａｘ輝度ｂ２により一定倍率（本例では１.２）を決定し、決定した一定倍率を第１の輝度に乗じて第２の輝度を定める。そして、モニタ２〜４の階調制御部１３２ｂ〜１３４ｂは、モニタ１と同様に、第２の輝度の最大輝度から最大ＬＥＤ階調値を求める。これにより、階調制御部１３２ｂ〜１３４ｂは、モニタ１と同様に、白丸部分ＷのＬＥＤ階調値を１００に決定する。このような階調調整を行うことで、モニタ２〜４の最大表示輝度をＭａｘ輝度ｂ２に合わせることができる。
なお、前述したように、モニタ１〜４における映像信号のピーク輝度は２５５で同じであるため、各モニタ間で最大階調値は同じ値をとる。そして、各モニタの第１の輝度は最大階調値に基づいて定められるため、各モニタ間で第１の輝度の最大輝度も同じ値となる。モニタ１〜４において、Ｍａｘ輝度ｂ２による一定倍率を第１の輝度の最大輝度に乗じるため、第２の輝度の最大輝度は各モニタ１〜４で揃うことになる。そして、第２の輝度の最大輝度から最大ＬＥＤ階調値が求まる。この結果、モニタ１〜４では、白丸部分ＷのＬＥＤ階調値およびピーク輝度が全てモニタ２のＬＥＤ階調値およびピーク輝度に揃うため、各モニタの最大表示輝度をＭａｘ輝度ｂ２に揃えることができる。
すなわち、各モニタ１〜４の最大表示輝度を、各モニタの最大表示輝度のうちで最小となるモニタ２の表示輝度に合わせることで、各モニタ間で輝度を揃えることができる。しかも、Ｍａｘ輝度ｂ２に応じた輝度ストレッチ量だけ輝度がストレッチされているため、高いコントラスト感を実現しつつ、各モニタ間での輝度のばらつきを抑制することができる。
ここで、各モニタ１〜４は、電力リミット制御により各モニタの最大表示輝度に調整されている。このため、各モニタの輝度を揃えるためには各モニタの最大表示輝度のうちで最小となるモニタの表示輝度に合わせる必要がある。そこで、本発明では、各モニタの最大表示輝度を、各モニタの最大表示輝度のうちで最小となるモニタの表示輝度に合わせて、各モニタ間で表示輝度を合わせるようにしている。
以上説明したように、本発明によれば、複数のモニタにより１つの画面を構成した映像表示装置において、バックライトを複数領域に分割して、各領域に対応する映像信号に応じたバックライトの輝度を制御するときに、各領域間の輝度比を大きくしてコントラストを高めると共に、バックライトを点灯する面積が小さいときは局所的に電力を投入してピーク輝度を高め、さらに、各モニタにおけるピーク部分（白色部分など）の輝度を、ピーク部分の輝度が最小となるモニタの輝度に合わせることで、高いコントラスト感を実現しつつ、各モニタ間での輝度のばらつきを抑制することができる。
１〜４…モニタ、１１…画像処理部、１２１〜１２４…ＬＥＤ制御モジュール、１３１〜１３４…エリアアクティブ制御部、１３１ａ〜１３４ａ…画像解析部、１３１ｂ〜１３４ｂ…階調制御部、１４…ＬＥＤ制御部、１５…ＬＥＤドライバ、１６…タイミングコントローラ、１７…ＬＥＤバックライト、１８…液晶パネル、１９…マイコン。
上記課題を解決するために、本発明の第１の技術手段は、複数のモニタにより１つの画面を構成する映像表示装置であって、各前記モニタは、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、該バックライトを複数の領域に分割し、該分割した領域である分割領域毎に対応する表示領域の映像の第１の特徴量を求める画像解析部と、該画像解析部で求めた第１の特徴量に応じて、前記分割領域毎にＬＥＤの第１の輝度を定め、さらに、前記分割領域毎の前記第１の輝度に対して、モニタ当りのＬＥＤの駆動電流の合計値が所定の許容電流値以下となる範囲で、前記第１の輝度を一律に高くするための輝度ストレッチ量を算出する階調制御部とを備え、前記映像表示装置は、各前記モニタから取得した輝度ストレッチ量から最小となる最小輝度ストレッチ量を選択し、該選択した最小輝度ストレッチ量を各前記モニタに出力する制御部を備え、各前記モニタの階調制御部は、前記制御部から取得した最小輝度ストレッチ量に基づいて、前記第１の輝度を一律に高くして領域毎に第２の輝度を定め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、各前記モニタの画像解析部は、前記分割領域の映像信号の第１の特徴量に基づいて該分割領域に対応する前記バックライトの点灯率を変化させ、各分割領域の前記バックライトの点灯率を平均することにより前記バックライトの全ての領域についての平均点灯率を求め、各前記モニタの階調制御部は、前記平均点灯率に予め関係付けられた前記表示パネルの画面上で取り得る最大表示輝度に基づいて前記輝度ストレッチ量を求め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、各前記モニタの画像解析部は、前記第１の特徴量とは異なる前記映像信号のＡＰＬを求め、各前記モニタの階調制御部は、前記ＡＰＬに予め関係付けられた前記表示パネルの画面上で取り得る最大表示輝度に基づいて前記輝度ストレッチ量を求めることを特徴としたものである。
具体的には、図４に示すように、図１０（Ｂ）で領域毎に定めたＬＥＤの発光輝度（第１の輝度）に一定倍率（ａ倍）を乗算して輝度を高くする（以下、輝度を高くすることと、輝度をストレッチすることとは同義である）。つまり、前述の輝度ストレッチ量はこの一定倍率（ａ倍）に応じて決定される。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／ｍ２）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倍のピーク輝度を出すことが可能となる。この図４に例示するＬＥＤの発光輝度は、第１の輝度をａ倍した第２の輝度に相当する。

Claims (5)

  1. 複数のモニタにより１つの画面を構成する映像表示装置であって、
    各前記モニタは、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、
    該バックライトを複数の領域に分割し、該分割した領域である分割領域毎に対応する表示領域の映像の第１の特徴量を求める画像解析部と、
    該画像解析部で求めた第１の特徴量に応じて、前記分割領域毎にＬＥＤの第１の輝度を定め、さらに、前記分割領域毎の前記第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となる範囲で、前記第１の輝度を一律にストレッチするための輝度ストレッチ量を算出する階調制御部とを備え、
    前記映像表示装置は、各前記モニタから取得した輝度ストレッチ量から最小となる最小輝度ストレッチ量を選択し、該選択した最小輝度ストレッチ量を各前記モニタに出力する制御部を備え、
    各前記モニタの階調制御部は、前記制御部から取得した最小輝度ストレッチ量に基づいて、前記第１の輝度を一律にストレッチして領域毎に第２の輝度を定め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、
    各前記モニタの画像解析部は、前記分割領域の映像信号の第１の特徴量に基づいて該分割領域に対応する前記ＬＥＤの領域の点灯率を変化させ、前記ＬＥＤの全ての領域について該ＬＥＤの領域の点灯率を平均することにより前記ＬＥＤの平均点灯率を求め、
    各前記モニタの階調制御部は、前記平均点灯率に予め関係付けられた前記表示パネルの画面上で取り得る最大表示輝度に基づいて前記輝度ストレッチ量を求め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、
    各前記モニタの画像解析部は、前記映像信号のＡＰＬを求め、
    各前記モニタの階調制御部は、前記ＡＰＬに予め関係付けられた前記表示パネルの画面上で取り得る最大表示輝度に基づいて前記輝度ストレッチ量を求め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項に記載の映像表示装置において、
    各前記モニタの階調制御部は、前記最小輝度ストレッチ量に応じた一定倍率を前記第１の輝度に乗算して前記第２の輝度を定め、該第２の輝度の最大輝度から最大ＬＥＤ階調値を求めることを特徴とする映像表示装置。
  5. 請求項１〜４のいずれか１項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。
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