JP2004302270A - 画像処理方法及びそれを用いた液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、表示装置に表示する画像の画質を向上させる画像処理方法及びそれを用いた液晶表示装置に関し、視野角が広く階調視角特性に優れた画像処理方法及びそれを用いた液晶表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】表示すべき画像の輝度データより高輝度になるように駆動する高輝度画素１ａと、輝度データより低輝度になるように駆動する低輝度画素１ｂとを組み合わせ、輝度データに基づく所望輝度にほぼ等しい輝度が得られるように、高輝度画素１ａの輝度及び低輝度画素１ｂの輝度と、高輝度画素１ａ及び低輝度画素１ｂの面積比とを決定する。
【選択図】 図１
【解決手段】表示すべき画像の輝度データより高輝度になるように駆動する高輝度画素１ａと、輝度データより低輝度になるように駆動する低輝度画素１ｂとを組み合わせ、輝度データに基づく所望輝度にほぼ等しい輝度が得られるように、高輝度画素１ａの輝度及び低輝度画素１ｂの輝度と、高輝度画素１ａ及び低輝度画素１ｂの面積比とを決定する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示装置に表示する画像の画質を向上させる画像処理方法及びそれを用いた液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３３は垂直配向型液晶表示装置の構成の一例を示している。図３３（ａ）は液晶パネル１０１の断面構造を模式的に示している。液晶パネル１０１は、薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＴＦＴ）等が形成されたＴＦＴ基板（アレイ基板）１０２と、共通電極やＣＦ（カラーフィルタ）が形成された対向基板１０３とを、その間に液晶層１０４を封止して周辺シール材１０５で貼り合わせた構造を有している。ＴＦＴ基板１０２と対向基板１０３との間の空隙（セルギャップ）はスペーサ１０６で所定の間隔が維持されている。ＴＦＴ基板１０２及び対向基板１０３の対向側と逆側の面にはそれぞれ偏光板１０７が例えばクロスニコルに配置されている。また、ＴＦＴ基板１０２には液晶駆動用ＩＣ（不図示）を実装する実装用端子１０８が形成されている。
【０００３】
図３３（ｂ）は垂直配向型液晶表示装置を表示画面の法線方向（以下、「正面方向」という）に見た状態の１画素１１３の構造を示している。少なくとも一方の基板、例えばＴＦＴ基板１０２には液晶駆動用の画素電極パターンが形成されている。ＴＦＴ基板１０２上には複数のドレインバスライン１１１とゲートバスライン１１２とが絶縁膜を介して交差して形成されており、その交差部には画素電極１０９に接続された画素駆動用のＴＦＴ１１０が形成されている。さらに画素１１３は電荷保持用の蓄積容量電極１１６を有している。また、蓄積容量電極１１６下層には絶縁膜を介して蓄積容量バスライン１１７が形成されている。
【０００４】
画素電極１０９には電極材を抜いたスリット１１４が形成され、対向基板１０３側には線状突起１１５が形成されている。スリット１１４及び突起１１５は液晶層１０４の液晶分子（不図示）が電圧印加時に倒れる方向を規制する配向規制用構造物として機能する。画素１１３では液晶分子が４方向に倒れるように領域が分割されている。液晶１０３が４方向に倒れることで、一方向にしか倒れない液晶表示装置に比べて視野角の偏りが平均化される。これにより視野角特性が大幅に改善する。このような技術は配向分割技術と呼ばれている。
【０００５】
図３４は配向分割技術を用いた垂直配向型液晶表示装置の断面構造を模式的に示している。図３４（ａ）では配向規制用構造物の突起１１５はＴＦＴ基板１０２に成膜された対向電極１１８及び対向基板１０３に成膜された画素電極１０９上の両方に形成されている。突起１１５上を含みＴＦＴ基板１０２及び対向基板１０３上には配向膜１１９が成膜されている。なお、図示しないが一方の基板にのみ突起１１５が設けられる場合もある。図３４（ａ）は液晶１０４に電圧が印加されていない状態を示している。図３４（ｂ）は液晶１０４に電圧を印加した状態を示しており、液晶分子１２０が２方向に配向している。また、図３４（ｃ）はスリット１１４がＴＦＴ基板１０２側のみに設けられ、液晶１０４に電圧が印加された状態を示している。この場合も液晶分子１２０は２方向に配向している。なお、スリット１１４は対向基板１０３のみに設ける場合やＴＦＴ基板１０２及び対向基板１０３の両基板に設ける場合もある。
【０００６】
また、図３３及び図３４に示したＬＣＤとは異なり、液晶層１０４に電圧が印加されていない初期状態では液晶分子１２０がＴＦＴ基板１０２等にほぼ平行で、電圧を印加すると液晶分子１２０が立ち上がるモードの液晶表示装置も存在する。当該液晶表示装置の例としてはＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）型等がある。ＴＮ型ではＴＦＴ基板１０２及び対向基板１０３表面に形成された配向膜に予めラビング処理を施して液晶分子１２０の配向方向を決定しておく。従って、スリット１１４や突起１１５は不要である。但し、配向分割するためには液晶分子１２０の倒れる方向をいくつかに分けることが必要であり、プレチルトを局所的に変える方法等で配向分割を実現している。またＴＮ型以外にも液晶分子１２０がＴＦＴ基板１０２等に対して傾かないＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）や強誘電性液晶等、さまざまな液晶表示モードが存在するが、ＩＰＳ及び強誘電性液晶以外の液晶モードでは視角特性が悪いという共通の問題点を有している。
【０００７】
図３５は従来駆動による液晶表示装置が抱えている問題点を説明する図である。図３５（ａ）は垂直配向型液晶表示装置における液晶層への印加電圧と透過率との特性（Ｔ−Ｖ特性）を示している。グラフ中●印でプロットされた実線で示す曲線Ａは正面方向でのＴ−Ｖ特性を示し、＊印でプロットされた実線で示す曲線Ｂは表示画面に対して方位角９０°、極角６０°の方向（以下、「斜め方向」という）でのＴ−Ｖ特性を示している。ここで、方位角は、表示画面のほぼ中心から水平方向を基準として反時計回りに計った角度とする。また極角は、表示画面の中心に立てた垂線となす角とする。
【０００８】
図３５（ａ）の仮想円Ｃに示した部分において輝度変化の歪が生じている。例えば印加電圧が約２．５Ｖの比較的暗い輝度においては斜め方向の透過率が正面方向の透過率より高くなっているが、印加電圧が約４．５Ｖの比較的明るい輝度においては斜め方向の透過率が正面方向の透過率より低くなっている。この結果、斜め方向から見た場合には実効駆動電圧範囲での輝度差が小さくなってしまう。この現象は色の変化に最も顕著に現れる。つまり表示画面を正面に対して斜めから見ると画像の色が白っぽく変化してしまう。図３５（ｂ）はある映像をＭＶＡ−ＬＣＤに表示させ、正面と斜めから同一条件のデジタルカメラで撮影した映像の赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）３原色の階調ヒストグラムを示している。横軸は階調（例えば０〜２５５の２５６段で、０に近付くほど高輝度となる）を表し、縦軸は存在割合（％）を表している。正面ではＲ、Ｇ、Ｂのそれぞれの分布が離れているが、斜めからだと分布が接近していることが分かる。これにより本来の表示の色が失われる。
【０００９】
この現象に対する改善方法が特許文献１から特許文献７に開示されている。図３６は特許文献１に示された基本的な画素構造を示している。図３６（ａ）は表示画面に対して法線方向の画素構造の模式図を表し、同図（ｂ）は画素１２１の等価回路を表し、同図（ｃ）は画素１２１の断面構造を表している。図３３（ｂ）で示したように、通常は１つのＴＦＴ１１０に対して１つの画素電極１０９が接続されている。しかし、図３６（ａ）に示すように、１つの画素１２１は例えば４つの副画素１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄに分割されている。副画素１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄは電気的に容量結合の関係になる。ＴＦＴ１２２を介して画素１２１に電圧が印加されると副画素１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄの容量比に従って電荷が分配されて各副画素１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄには異なる電圧が印加される。これにより、図３５（ａ）に示したＴ−Ｖ特性の歪が副画素１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄで分散されて画面の白っぽさが緩和される。なお、Ｔ−Ｖ特性の歪が分散する原理については後述する。以下、画素１２１を副画素１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄに分割する手法を容量結合によるＨＴ（ハーフトーン・グレースケール）法と呼ぶことにする。容量結合によるＨＴ法はＴＮ型の液晶表示モードに適用されている。
【００１０】
【特許文献１】
特開平３−１２２６２１号公報
【特許文献２】
特開平４−３４８３２４号公報
【特許文献３】
特開平５−６６４１２号公報
【特許文献４】
特開平５−１０７５５６号公報
【特許文献５】
特開平６−３３２００９号公報
【特許文献６】
特願平６−５１９２１１号公報
【特許文献７】
特願平２−２４９０２５号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
容量結合によるＨＴ法では画素構造が非常に複雑になる。まず、１つの画素を複数の画素に分割しなければならない。それぞれの副画素がパターン不良で接触してしまうと点欠陥が生じる。また、容量結合するためには図３６（ｃ）に示すように、副画素１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄは対向電極１１８とＴＦＴ基板上に形成された制御用コンデンサ電極１２２との間に立体的に配置する必要があり、層間短絡等が起きると全体が点欠陥になってしまう。また、パターン欠け等で容量の配分が変化すると全体の輝度が変化してしまい、この場合も点欠陥になる。さらに副画素に分けるため開口率が大きく減少する。容量結合によるＨＴ法において開口率低下は避けられないので開口率の低下を少しでも緩和するために、容量を形成する二つの層の電極を透明電極で形成する必要がある。この場合、成膜工程が増加するため、製造コストアップや工程能力の低下等、プロセスに与える影響は大きい。
【００１２】
また、容量結合によるＨＴ法は駆動電圧が高くなってしまうという問題も抱えている。これは容量結合で電圧損失が生じることが原因で、分割数を増やすほど駆動電圧は高くなってしまう。駆動電圧が高くなると消費電力が増加する。さらに高耐圧の駆動用ＩＣが必要になり高コストになる。また、容量結合によるＨＴ法は副画素により電位差を設けるため、Ｔ−Ｖ特性の合成が非連続的になってしまう。Ｔ−Ｖ特性が連続的に変化する理想状態に比べて表示特性は劣化する。
【００１３】
以上のように容量結合によるＨＴ法は表示特性を向上させる効果はあるが、欠点が多すぎるため、現在市場に出回っている液晶表示装置には採用されていない。また、ＴＮ型の液晶表示装置は斜めから見たときに黒輝度が高くなってコントラストが低下する問題がある。容量結合によるＨＴ法は中間調の階調を正確に表現する技術であるが、コントラストが低下してしまっては中間調の色再現性の効果は十分に発揮されない。
【００１４】
本発明の目的は、視野角が広く階調視角特性に優れた画像処理方法及びそれを用いた液晶表示装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、表示すべき画像の輝度データより高輝度になるように駆動する高輝度画素と、前記輝度データより低輝度になるように駆動する低輝度画素とを組み合わせ、前記輝度データに基づく所望輝度にほぼ等しい輝度が得られるように、前記高輝度画素の輝度及び前記低輝度画素の輝度と、前記高輝度画素及び前記低輝度画素の面積比とを決定することを特徴とする画像処理方法によって達成される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
〔第１の実施の形態〕
本発明の第１の実施の形態による画像処理方法及びそれを用いた液晶表示装置について図１乃至図１０を用いて説明する。以下、実施例にて具体的に説明するが、全ての実施例において液晶表示装置はＭＶＡ方式であって、且つ黒輝度が低く抑えられる垂直配向モードの液晶パネル（垂直配向型液晶表示装置）を用いている。
【００１７】
［実施例１−１］
本形態による実施例１−１の画像処理方法及びそれを用いた液晶表示装置を図１乃至図５を用いて説明する。まず、本実施例による画像処理方法の原理について図１を用いて説明する。本実施例では複数の画素を１つの単位として捉え、当該複数画素の一部は画像処理をしていない元の画像（以下、「未処理画像」という）の輝度より明るくし、残りの画素の一部または全ては未処理画像の輝度より暗くする。画像処理の前後で正面輝度が変わらず、且つ暗くする画素の総面積が明るくする画素の総面積に等しいか又はそれより広くなるように、明るくする画素（以下、高輝度画素という）と暗くする画素（以下、低輝度画素という）との割合を設定する。図１は、３×３のマトリクス状の９個の画素１を１つの単位として捉え、１個の高輝度画素１ａと８個の低輝度画素１ｂとを設定した例を示している。図１（ａ）に示す９個の画素１の輝度に対して、図１（ｂ）では中央の画素１ａのみ明るくし、残りの周囲の画素１ｂを暗くしている。
【００１８】
発明者らは垂直配向型液晶表示装置の印加電圧−透過率（Ｔ−Ｖ）特性の歪が目視に及ぼす影響の大きさについて、歪影響評価数（６０°）＝（Ｔ６０／Ｔ０）×（Ｔ６０−Ｔ０）で表現できることを見出した。なお、Ｔ０は表示画面の正面方向の輝度（又は明るさ）であり、Ｔ６０は正面方向に対して６０°の角度を有する方向（斜め６０°方向）の輝度（又は明るさ）である。
【００１９】
図２は本実施例を用いて液晶表示装置に画像を表示したときの正面方向及び斜め６０°方向における液晶印加電圧対明るさの特性を測定した結果を示すグラフである。図２（ａ）は液晶パネル正面で得られる液晶印加電圧対明るさの特性を示しており、横軸は例えば高輝度画素１ａの液晶に印加する電圧を表し、縦軸は明るさ（任意単位（ａ．ｕ．））を表している。グラフ中実線で示す曲線Ａは１個の高輝度画素１ａの液晶印加電圧対明るさの特性を示し、破線で示す曲線Ｂは８個の低輝度画素１ｂの液晶印加電圧対明るさの特性を示している。一点鎖線で示す曲線Ｃは曲線Ａと曲線Ｂとの合成の液晶印加電圧対明るさの特性を示している。
【００２０】
高輝度画素１ａでは、未処理画像の印加電圧より高い電圧が印加され、低輝度画素１ｂでは、未処理画像の印加電圧より低い電圧が印加されるようになっている。また表示画面全体に占める高輝度画素１ａの総面積は、低輝度画素１ｂの総面積よりも狭く、最大明るさは１個の高輝度画素１ａの方が８個の低輝度画素１ｂの合計の最大明るさより低くなるようにしている。
【００２１】
具体例としては、例えば、高輝度画素１ａの液晶に印加する電圧Ｖ（ボルト）に対して低輝度画素１ｂの液晶にはＶ−１（ボルト）が印加される。但し、図２（ａ）において低輝度画素１ｂのＶ−１（ボルト）の特性は＋１ボルトだけシフトしてＶ（ボルト）の位置に示している。また、表示画面全体に占める高輝度画素１ａの総面積を１とすると低輝度画素１ｂの総面積は８となっている（図１参照）。また、図２（ａ）の曲線Ａ及びＢに示すように、白表示の印加電圧５ボルトにおける１個の高輝度画素１ａの明るさが０．０３（ａ．ｕ．）であるのに対し、８個の低輝度画素１ｂの合計の明るさはその９倍のほぼ０．２７（ａ．ｕ．）になっている。
【００２２】
このような関係の１個の高輝度画素１ａ及び８個の低輝度画素１ｂの組合せにおいて、曲線Ａと曲線Ｂとを合成して一点鎖線で示す曲線Ｃの液晶印加電圧対明るさ特性が得られる。曲線Ｃで示す特性は、図３５（ａ）に示した未処理画像を表示させる場合の液晶層への印加電圧対透過率特性（Ｔ−Ｖ特性）における正面方向の特性とほぼ同様の形状の曲線となる。
【００２３】
図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す印加電圧対明るさ特性を有する液晶パネルを斜め６０°方向から見た特性変化を示している。横軸は例えば高輝度画素１ａの液晶に印加する電圧を表し、縦軸は明るさ（任意単位（ａ．ｕ．））を表している。グラフ中実線で示す曲線Ｄは１個の高輝度画素１ａの斜め６０°方向の液晶印加電圧対明るさの特性を示し、破線で示す曲線Ｅは８個の低輝度画素１ｂの斜め６０°方向の液晶印加電圧対明るさの特性を示している。二点鎖線で示す曲線Ｆは曲線Ｄと曲線Ｅと合成した斜め６０°方向の液晶印加電圧対明るさの特性を示している。曲線Ｆで示す特性は、図３５（ａ）に示した未処理画像を表示させる場合の液晶層への印加電圧対透過率特性（Ｔ−Ｖ特性）における斜め６０°方向の特性とほぼ同様の形状の曲線となる。なお、比較のため、図２（ｂ）には、図２（ａ）に示したのと同一の正面方向の合成の液晶印加電圧対明るさの特性を示す曲線Ｃ（一点鎖線）も示してある。
【００２４】
図２（ｂ）に示すように、正面方向の特性を示す曲線Ｃと斜め６０°方向の特性を示す曲線Ｆとを比較すると、仮想円Ｇ及び仮想円Ｈの２箇所で曲線Ｆの方が曲線Ｃより明るさが高くなっている歪が生じているのが分かる。仮想円Ｇでは、曲線Ｃより明るさが高くなっているのは曲線Ｄ、Ｅのうち曲線Ｄであり従って歪の原因は高輝度画素１ａにある。しかしながら、仮想円Ｇではもともと高輝度画素１ａの明るさは十分低いので当該歪は目視では見えない。これは、正面の明るさＴ０と６０°からの明るさＴ６０との差が小さい、つまり、歪影響評価数（６０°）の式中の（Ｔ６０−Ｔ０）の項を小さくする効果を有している。
【００２５】
一方、仮想円Ｈでは、曲線Ｃより明るさが高くなっているのは曲線Ｄ、Ｅのうち曲線Ｅであり従って歪の原因は８個の低輝度画素１ｂにある。しかしながら、歪の原因とならない高輝度画素１ａの到達総合輝度が十分に高いので、正面の明るさＴ０に対する６０°からの明るさＴ６０の比率が従来に対しより１に近づいている。つまり、歪影響評価数（６０°）の式中の（Ｔ６０／Ｔ０）の項を小さくする効果を有している。
【００２６】
図２（ｂ）に示すように、本実施例による画像処理方法を用いることにより、図３５（ａ）に示すＴ−Ｖ特性における歪領域を示す仮想円Ｃ内の（Ｔ６０／Ｔ０）が３〜４倍のレベルにあるのに対し、本実施例では２倍以内にまで抑えることができる。これにより、斜め方向から見たときに観察される白っ茶け画像の発生を大幅に抑えることができるようになる。
【００２７】
図３は階調変換テーブル作成の一例と変換前後の画像を示している。図３（ａ）は未処理画像の階調に基づいて画像処理後の高輝度画素１ａと低輝度画素１ｂとに設定すべき階調を決めるための階調変換テーブルの作成例を示している。図３（ａ）では高輝度画素１ａと低輝度画素１ｂとの画素数の割合を１：１０とした場合を例示している。横軸は未処理画像の階調（合成階調）を表し、縦軸は変換後に設定すべき階調（要素階調）を表している。例えば、未処理画像の輝度が１００／２５５階調である場合、実際に液晶パネルに表示する変換後の輝度はグラフ中■印でプロットされた実線で示す曲線Ａから、１１画素中の１０個の低輝度画素１ｂ（１０／１１画素）で７０／２５５階調となる。なお、曲線Ａは、横軸をｘ、縦軸をｙとしたときに、ｙ＝０（但し、０≦ｘ≦７３．３）、ｙ＝（２５５／（２５５−７３．３））×（ｘ−７３．３）（但し、７３．３≦ｘ≦２５５）と近似される。
【００２８】
さらに、グラフ中◆印でプロットされた実線で示す曲線Ｂから、１１画素中の１つの高輝度画素１ａで２１５／２５５階調とすべきことが分かる。なお、曲線Ｂは、横軸をｘ、縦軸をｙとしたときに、ｙ＝（１８７．７／７３．３）×（ｘ）（但し、０≦ｘ≦７３．３）、ｙ＝（（２５５−１８７．７）／（２５５−７３．３））×（ｘ−７３．３）＋１８７．７（但し、７３．３≦ｘ≦２５５）と近似される。
【００２９】
１１画素中の１０個の低輝度画素１ｂは１００階調から７０階調に変換されるため輝度（明るさ）が低下する。１１画素中の１つの高輝度画素１ａは１００階調から２１５階調に変換されて輝度（明るさ）が上昇して１０個の低輝度画素１ｂでの輝度低下分を補う。従って、画像処理後の正面の輝度は未処理画像の輝度を維持することができる。
【００３０】
図３（ｂ）は変換前後の画像の拡大写真を示している。画像Ｃは未処理画像を示している。画像Ｄは高輝度画素１ａと低輝度画素１ｂとの面積比を１：３に変換した画像の拡大図を示し、画像Ｅは高輝度画素１ａと低輝度画素１ｂとの面積比を１：１５に変換した画像の拡大図を示している。
【００３１】
図４は高輝度画素１ａと低輝度画素１ｂとの面積の割合と歪影響評価数との関係を示している。図４（ａ）は高輝度画素１ａと低輝度画素１ｂとの面積の割合と歪影響評価数との関係を示すグラフであり、横軸は液晶表示装置に入力された映像信号の階調（入力階調）を示し、縦軸は歪影響評価数を示している。なお、図４及びそれ以降で示す◎印は良好な状態を表し、○印は普通よりやや優れている状態を表し、×印は劣っている状態を表している。本実施例による画像処理を施していない通常のパネルでは４０／２５５階調をピークに広い範囲で歪の影響を受けている（グラフ中◆印でプロットされた実線で示す曲線Ａ）。これに対して、本実施例の画像処理を適用すると歪の影響が２箇所に分散され、しかも歪影響評価数の値が小さくなっている（曲線Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ）。これは歪の影響の度合いが小さくなっていることを意味している。
【００３２】
図４（ｂ）は２種類の画像Ｆ、Ｇについて、高輝度画素１ａと低輝度画素１ｂの面積比率を変化させた場合の歪の影響を目視評価した結果である。高輝度画素１ａと低輝度画素１ｂの面積比率（以下、明暗の面積比率と略記する）が１：１から１：１５の広い範囲で効果が得られ、特に明暗の面積比率が１：７から１：３にかけて大きな効果が得られている。なお、明暗の面積比率が当該範囲を外れると歪の分散が片方に偏るので効果が得られなくなる。このように画像を電気的に処理するだけで、液晶パネルの画素構造に一切手を加えず視野角の歪の影響を大きく軽減できる。
【００３３】
ところで、本実施例の画像処理はパーソナルコンピュータ等のシステム側装置から液晶表示装置に映像信号が入力された後に行っている。具体的には液晶表示装置に実装されているコントロールＩＣ等のインタフェース回路で画像処理を行い、液晶パネルを駆動するソースドライバＩＣに映像信号を伝達している。しかしながら、同様の画像処理は必ずしもこの段階で行う必要はない。例えばパーソナルコンピュータ等のシステム側装置に備えられているビデオ処理チップで当該画像処理機能を持たせることで、より安価にすることが可能である。また、ＯＳやソフトウェアに画像処理機能を持たせて実現することも可能である。
【００３４】
図５は、縦方向の画素ピッチが０．３ｍｍの液晶パネルに画像処理を施した場合、画素の明暗のざらつき感が視認できるか否かの主観評価結果を示す図である。被験者が画面から離れると隣接する画素間の輝度差が見え難くなるのでざらつきは目立たなくなる。また、面積比率が１：１に近付くと明るい画素と暗い画素との間隔が小さくなるのでざらつきは目立ちにくくなる。街頭での公衆向け表示装置等では、人と表示装置は１〜２ｍ離れた状態での使用を想定すればよいので０．３ｍｍピッチのパネルでも十分な効果が得られる。またパソコンのモニタ等の用途では使用者と画面との距離が近付いた状態で使用することになるので、使用者と画面との距離は２０ｃｍ程度となることを想定せねばならない。画素の明暗の比率を４：１２とした場合、６０ｃｍ程度の距離までざらつきが視認されるが、画素ピッチが０．１ｍｍ程度の液晶パネルにすれば当該用途にも十分適用できると考えられる。
【００３５】
［実施例１−２］
次に、本実施の形態による実施例１−２について図６を用いて説明する。実施例１−１では所定の画素領域の中で高輝度画素と低輝度画素に別ける、いわゆる空間的な画像処理方法であったが、本実施例では所定の時間間隔で明るくしたり暗くしたりする、いわゆる時間的画像処理方法である点に特徴を有している。
【００３６】
図６は本実施例の画像処理を説明する図である。ある１つの画素において未処理画像の輝度レベルＡより明るくするフレーム（以下、高輝度フレームという）Ｔ１と暗くするフレーム（以下、低輝度フレームという）Ｔ２とを設ける。フレームＴ１では輝度レベルＢ（輝度レベルＢ＞輝度レベルＡ）とし、フレームＴ２では輝度レベルＣ（輝度レベルＣ＜輝度レベルＡ）とする。各フレームでの輝度レベルは、高輝度フレームＴ１と低輝度フレームＴ２との組み合わせによる平均的な輝度が未処理画像の輝度と同じになるように設定する。本実施例による時間的画像処置方法によれば、実施例１−１と全く同様に歪の緩和を実現することができる。
【００３７】
図６では明暗への変換を１：３の比率で時間的に行う例を示している。１つの高輝度フレームＴ１に対して連続して３回の低輝度フレームＴ２が続くようにする。この１つの高輝度フレームＴ１と３つの低輝度フレームＴ２とを１組Ｔとして当該組Ｔを時系列に繰り返す。これを画面全体で行うと実施例１−１と同様に画面のざらつき等を抑制できるが、一方でフリッカが視認されてしまう。フリッカは６０Ｈｚ成分になれば見えないことが分かっている。フレーム周波数を６０Ｈｚとして駆動した場合、高輝度フレームＴ１による１５Ｈｚ成分のフリッカが視認される。高輝度フレームＴ１と低輝度フレームＴ２の比率を１：１にすればフリッカ要因を３０Ｈｚにできるのでフリッカをかなりの程度軽減することができる。さらに高輝度フレームＴ１と低輝度フレームＴ２の比率を１：１としてフレーム周波数を１２０Ｈｚまで高くするとフリッカ要因は６０Ｈｚになるため、人間の目ではフリッカが見えなくなる。
【００３８】
なお、本実施例による画像処理方法の実施は、実施例１−１に記載したのと同様に、ＬＣＤ側で行ってもよいしシステム側で行ってももちろんよい。
【００３９】
［実施例１−３］
次に、本実施の形態による実施例１−３について図７乃至９を用いて説明する。本実施例では実施例１−１の画像処理法と実施例１−２の画像処理法を組み合わせることで、ざらつきとフリッカの両方をさらに見え難くする点に特徴を有している。本実施例では実施例１−２のように画面全体の明暗をフレーム毎に一括で変化させるのではなく、実施例１−１のように所定の画素単位内で高輝度画素と低輝度画素とに分割し、さらにフレーム毎に明暗を変化させる。
【００４０】
図７は本実施例の画像処理方法を説明するために、ＬＣＤの表示領域の所定画素群を模式的に示しており、具体的には、４×４のマトリクス状の１６個の画素を１つの単位として捉え、各画素の明暗を設定した例を示している。図７（ａ）では各フレームでの１６画素の明暗を、高輝度画素同士が端辺で隣り合わないようにしつつ１：３の比率に分割しており、図７（ｂ）では各フレームでの１６画素の明暗を、高輝度画素同士が端辺で隣り合わないようにしつつ１：１の比率に分割している。さらに、画素毎の明暗を所定のフレーム数毎に変化させるようにする。例えば、図７（ａ）ではフレーム毎の明暗が各画素について１：３の周期で変化するように設定されている。例えば画素５に着目すると、画素５は第１フレームから第４フレームに亘って明−暗−暗−暗と変化する。
【００４１】
図７（ｂ）ではフレーム毎の明暗が各画素について１：１の周期で変化するように設定されている。例えば画素６に着目すると、画素６は第１フレームから第４フレームに亘って明−暗−明−暗と変化する。
【００４２】
第１フレームから第４フレームの期間を６０Ｈｚとして明暗の時間比を１：１に設定して表示品位を確認したところ、ざらつき感が十分に緩和されフリッカも視認されない表示を実現することができた。
【００４３】
図８は本実施例におけるざらつきの影響を目視評価した結果である。図５と比較してざらつきが非常に緩和されていることが分かる。従って、パソコン用モニタのように液晶表示装置を使用者に近付けて使用する場合にも適用可能であり、視野角依存性の高い改善効果をほとんどの用途で得ることができるようになる。
【００４４】
さらにテレビ用途等の動画表示に限定した場合、画像が動いていることからざらつきの認識はいっそう困難になる。図９は動画表示でのざらつきの影響を目視評価した結果であり、当該結果は本実施例の画像処理法を動画表示用途限定の製品に適用するとざらつき感を気にすることなく使用できることを示している。
【００４５】
なお、本実施例による画像処理方法の実施は、実施例１−１に記載したのと同様に、ＬＣＤ側で行ってもよいしシステム側で行ってももちろんよい。
【００４６】
図１０は、図３５（ｂ）におけるものと同一の映像をＭＶＡ−ＬＣＤに表示させ、正面と斜めから同一条件のデジタルカメラで撮影した映像の赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）３原色の階調ヒストグラムを示している。横軸は階調（例えば０〜２５５の２５６段で、０に近付くほど高輝度となる）を表し、縦軸は存在割合（％）を表している。従来技術の問題を示す図３５（ｂ）では、斜め方向の色の分布が接近して本来の色の表示が失われていたが、本実施の形態を適用すると、図１０に示すように、特に緑（Ｇ）の分布が赤（Ｒ）から離れて本来の色に近付いていることが分かる。正面に比べて相対的に暗くなっているのは、バックライトの輝度分布が正面に比べて斜めで暗くなっているからであって、ＬＣＤが原因ではない。
以上説明したように本実施の形態によれば、極めて容易に視野角が広く色再現性に優れた画像処理方法及びそれを用いた液晶表示装置を実現することができる。
【００４７】
〔第２の実施の形態〕
次に、本発明の第２の実施の形態による画像処理方法及びそれを用いた液晶表示装置について図１１乃至図２２を用いて説明する。本実施の形態では、黒輝度が視角の影響を最も受け難い垂直配向型液晶表示装置を用いて中間調の色再現性を改善することを目的とし、特に、当該液晶表示装置の欠点である斜め方向の表示変化を容易な手法で十分に減らすことができる画像処理方法及びそれを用いた液晶表示装置を提供する。
【００４８】
本実施の形態では同一階調の入力映像信号を複数の異なる階調に変換することができ、階調視角特性改善効果を容易に得ることができる画像変換処理方法について説明する。まず、図６及び図７を再度用いて本実施の形態の画像処理方法の基本原理を説明する。本実施の形態による画像処理方法は、実施例１−２のように画面全体の明暗をフレーム毎に一括で変化させるのではなく、実施例１−３のように所定の画素単位内で明るい画素と暗い画素に分割し、さらにフレームごとに明暗を変化させて階調視角特性の改善を図ることを基本概念としている。
【００４９】
このような画像処理は、例えば６ｂｉｔのソースドライバＩＣのように出力階調数が少なく、当該出力階調数以上の階調数、例えば８ｂｉｔの多階調表示（２５６階調）を出力するときに用いられ、ディザリング法として知られている。ディザリング法では２階調の明暗しか付けられないのに対し、本実施形態の画像処理法は２階調以上の階調差の明暗がつけられる点に特徴を有している。条件によっては２５０／２５５階調の輝度差を付けることも可能であり、従来のディザリング法とは全く異なる技術である。
【００５０】
高輝度画素と低輝度画素とにより画素間で輝度差を設けると正面での輝度を変えずに斜めから見たときの輝度を変えることができる。図１１は１２７／２５５階調の未処理画像に画像処理を施して画面斜め方向で得られる輝度を測定した結果を示している。横軸は高輝度画素と低輝度画素との階調差を示しており、縦軸は１２７／２５５階調の斜め方向の輝度を示している。図１１より明らかなように斜め方向の輝度は高輝度画素と低輝度画素との階調差を大きくするにしたがって下がる傾向を示している。当該特性を利用して未処理画像の階調毎に階調変換時の高輝度画素と低輝度画素との階調差を制御すれば、正面の画像の品質に影響を与えることなく斜め方向から見た画像の品質を改善することが可能になる。
【００５１】
図１２はパーソナルコンピュータ等のシステム側装置（以下、「システム装置」という）と液晶表示装置のブロック図であって、階調変換処理部を説明するための図である。図１２（ａ）は階調変換処理を液晶表示装置２４の構成部品であるインタフェース回路２５で行う例を示している。この場合、液晶表示装置２４側で全ての画像処理を行うのでシステム装置２６と液晶表示装置２４とのインタフェース仕様は従来と変わらず、液晶表示装置２４は従来の液晶表示装置との互換性を保つことができる。図１２（ｂ）はシステム装置２６に備えられた画像変換装置２７で画像処理を行い、画像処理後の映像信号を液晶表示装置２８に出力する例を示している。例えば、パソコンのビデオカードやビデオカメラ・デッキ等に備えられた画像処理用ＬＳＩの内部的な処理が該当する。図１２（ｃ）は液晶表示装置３０とシステム装置２６との間で例えばビデオカード２９等で映像信号を中継しながら変換する方法である。図１２（ｄ）はビデオカード等の物理的な機構は備えず、システム装置３１のプログラムでソフトウェア的に処理した後、液晶表示装置３２に出力する例を示している。図１２（ａ）から（ｄ）の何れの場合においても表示画面には同様の効果を得ることできる。
【００５２】
本実施の形態では実施例１−１と同様の効果を得ることができる。つまり、高輝度フレームと低輝度フレームとに分けることで歪の影響が２箇所に分散され、しかも歪影響評価数の値が小さくなるので斜め方向から見たときに観察される白っ茶け画像の発生を大幅に抑えることができるようになる。
【００５３】
図１３は本実施例における他の効果を説明する図であって、画素３３の断面構造の模式図である。垂直配向型液晶表示装置の画素３３は対向基板３４及びＴＦＴ基板３５の間に液晶が注入されている。対向基板３４には対向電極３６が形成され、対向電極３６上には液晶分子３９の倒れる方向を規定する突起４０が形成されている。対向電極３６及び突起４０上には配向膜３７が成膜されている。ＴＦＴ基板３５には画素電極３８及び配向膜３７が積層されている。ＴＦＴ基板３５側にはスリット４１が形成されており、突起４０と同様に液晶分子３９の倒れる方向を規定する。当該画素３３の構造では高速に液晶が応答する場合、画素３３領域内で微妙に応答の差が生じて当該応答差が表示品位に影響する。仮想円Ａに示す突起４０やスリット４１等の近傍では液晶分子３９の倒れる方向が明確なため液晶の応答が速い。しかし、突起４０やスリット４１等から離れた仮想円Ｂに示す領域では液晶分子３９の倒れる方向が不明確なため液晶の応答が遅い。従って、高速に明暗を繰り返すようにすれば、画素３３に同一の電圧を印加しても画素３３内で液晶分子３９の倒れる角度が理想状態とは異なって、非常に微細な面積で輝度が分割する面積ハーフトーン現象が起きる。面積ハーフトーン現象が生じると図４で説明したように歪の分散が生じるので視角特性が改善される。
【００５４】
以上説明したように本実施の形態によれば、斜めから見たときの輝度が正面から見たときの輝度より上がることに起因する歪が低減されるので表示全体が白っぽくなる現象を抑制することができる。さらに本実施の形態は画像処理という従来の容量結合によるＨＴ法に比べてはるかに容易な手段で同様の効果を得ることができる。
【００５５】
本実施の形態の効果を利用すれば、容量結合によるＨＴ法のように駆動電圧が高くなったり開口率が下がったりすることなく、斜め視角の画質を改善することができる。未処理画像を高輝度画素と低輝度画素に変換する際に、高輝度画素と低輝度画素との輝度差を変える。当該変換では正面の表示品位に影響を与えずに斜め方向の階調特性のみ変えることで、画像の鮮やかさを調整することができる。
【００５６】
以下、実施例を用いてより具体的に説明する。
［実施例２−１］
本実施の形態による実施例２−１を図１４乃至図１８を用いて説明する。図１４は、高輝度フレーム期間と低輝度フレーム期間を１：１の割合で分割した場合、未処理画像の階調を画像処理後に何階調に設定するかを求めるための階調変換テーブルである。グラフ中、実線で示す曲線Ａは高輝度フレームの階調変換特性を表し、破線で示す曲線Ｂは低輝度フレームの階調変換特性を表し、一点鎖線で示す曲線ＣはＲｅｆ（基準）を表している。例えば、未処理画像の輝度が１２８／２５５階調である場合、高輝度フレームは曲線Ａより２１５／２５５階調に変換され、低輝度フレームは曲線Ｂより０／２５５階調に変換される。それぞれのフレーム期間の比率は１：１であり、実際に液晶パネルに表示する変換後の輝度は当該両フレームの合成輝度になる。なお、当該変換を行っても正面の輝度は未処理画像の輝度を維持している。また、曲線Ｃに近付くに従い画像変換処理の効果は弱くなる。
【００５７】
当該階調変換テーブルは一例に過ぎない。階調変換における制限事項は階調変換の前後で正面輝度が変わらないということだけであり、当該制限事項を満たしていれば当該階調変換テーブル以外にも多くの階調変換テーブルが存在する。図１５は他の階調変換テーブルを示している。横軸は入力階調を表し、縦軸は出力階調を表している。図中の曲線Ａ、Ｂ、Ｃは図１４と同様の曲線を再度示している。曲線Ａと曲線Ｃとの間に示している■印等でプロットされた曲線は高輝度フレーム用の階調変換特性であり、曲線Ｂと曲線Ｃとの間に示している●印等でプロットされた曲線は低輝度フレーム用の階調変換特性である。先に示した図１１は１２７／２５５階調の未処理画像に画像処理を施したときの斜め６０°方向の輝度の測定結果を示している。図１１の画像処理は図１５の階調変換テーブルを用いており、正面輝度が未処理画像の輝度を維持するように高輝度フレームと低輝度フレームとの輝度差を設定している。図１１で明らかなように斜め６０°方向の輝度は高輝度フレームと低輝度フレームとの輝度差が大きいほど暗くなり、当該輝度差が小さいほど明るくなる。
【００５８】
なお、本実施例では高輝度フレームと低輝度フレームとのフレーム期間を等しく設定しているが、当該フレーム期間の比率を変えて、例えば低輝度フレームを多くして高輝度フレームを短くすると斜め方向の輝度の調整範囲を広げることができる。但し、比率が１：１からずれると高輝度フレームと低輝度フレームとを合わせたフレーム周期が伸びるためにちらつきが見えてしまう。この場合、使用者に不快感を与える可能性がある。当該ちらつきはフレーム周波数を高くすることで低減できる。例えば、高輝度フレームと低輝度フレームの各フレームの比率が１：１のときは最低限６０Ｈｚが必要であり、好ましくは７０Ｈｚ以上が望ましい。また、当該比率を１：３にすると最低限１２０Ｈｚが必要であり、好ましくは１５０Ｈｚ以上が望ましい。
【００５９】
次に階調変換テーブルを用いて一層鮮明な画像に変換する手法について説明する。図１６は画面の正面方向及び斜め６０°方向から見た階調−輝度（Ｇ−Ｌ）特性を示す図である。グラフ中□印でプロットされた実線で示す曲線Ａは未処理画像のＧ−Ｌ特性を示し、＊印及び△印でプロットされた実線で示す曲線Ｂ、Ｃは不図示の階調変換テーブルで変換を行って上方斜め６０°方向から見たＧ−Ｌ特性を示し、実線のみで示す曲線Ｄは正面方向のＧ−Ｌ特性を示している。なお、曲線Ｂと曲線Ｃはそれぞれ異なる階調変換テーブルで変換されている。曲線Ａ、曲線Ｂ及び曲線Ｃの特性を比較すると曲線Ａが最も明るく、曲線Ｃ、曲線Ｂの順に暗くなっている。また、曲線Ｂ及び曲線Ｃは高階調側ほど曲線Ａに近付いて高輝度になるように階調変換テーブルは設計されている。画像処理を行わない曲線Ａでは、斜め６０°方向の輝度は範囲Ｅで示す低階調側では正面方向の輝度より上がり高階調側では正面方向の輝度より下がるので映像の鮮やかさが失われ、さらに色純度が低下してしまう。しかし、階調変換テーブルを用いて変換した曲線Ｂや曲線Ｃでは、高階調側の輝度を下げずに低階調側の輝度のみ下げているので画像の鮮やかさを維持することができる。
【００６０】
ところが、図１７に示すような階調を有する画像の場合では曲線Ｂや曲線Ｃの基になった階調変換テーブルを用いても画像品位を上げる効果は薄い。例えば図１７（ａ）の場合、図中●印の３つの階調は何れも輝度が低下してしまうため、画質は鮮明にならない。これを改善するためには曲線Ｃよりもさらに曲線Ａに近くなる階調変換テーブルを用いる必要がある。しかし、この場合図１７（ｂ）に示すように全て曲線Ａと同様になってしまうので改善効果は全く得られなくなる。従って、１種類の階調変換テーブルを用いて変換した場合、表示画像によっては改善効果が得られない可能性がある。そこで、本実施例では図１８に示すように複数の階調変換テーブルを同時に用いることで表示画像毎に階調変換の大きさを変えれば本来画像が有している鮮明さを斜めから見ても実現できるようになる。
【００６１】
以上説明したように本実施例によれば、複数の階調変換テーブルを用いて画像処理を行うことで入力映像信号の高階調側の輝度を落とさずに低階調側の輝度のみ下げることができるので斜め方向の階調特性が変化して、斜めから見た表示画面の白っ茶けを防止でき良好な表示特性を得ることができる。
【００６２】
［実施例２−２］
次に、本実施の形態による実施例２−２について図１９を用いて説明する。本実施例では色（赤、緑、青：ＲＧＢ）毎に階調変換テーブルを備え、ＲＧＢ毎に階調変換テーブルを変えて画像処理を行う点に特徴を有している。正面から見たときに比べて斜めから見たときに輝度が上がってしまう現象は液晶の複屈折が原因である。複屈折の影響は光の波長で異なり低波長ほど大きな影響を受ける。従って、青、緑、赤の順に複屈折の影響を受ける。そこで、赤は高輝度画素と低輝度画素との輝度差が最も小さい階調変換テーブルを使用し、青は輝度差が最も大きい階調変換テーブルを使用し、緑は輝度差が赤より大きく青より小さい中間の階調変換テーブルを使用する。例えば図１８において赤は曲線Ａのような特性が得られるように変換し、緑は曲線Ｂのような特性が得られるように変換し、青は曲線Ｃのような特性が得られるように変換する。また、赤だけ輝度差を小さくしても効果がある。これは人間が肉や肌色など赤を基調とする色に対して敏感に反応するためである。また、緑だけ輝度差を大きくしても効果がある。これは人間の視感度が緑色に対して最も高いためである。本実施例は画像の鮮やかさを大きく改善できるが、斜めから見たときに画像全体が若干特定の色に色付いてしまう。例えば斜めから見たときの輝度を上げるために輝度差を小さくして赤を変換すると灰色等が赤色に色付いて全体的に赤い印象を受けることになる。
【００６３】
次に、本実施例の階調変換方法について図１９を用いて具体的に説明する。図１９は本実施例の階調変換方法のフローチャートである。まず、映像信号が入力される（ステップＳ１）。次に当該入力映像信号の色を判断して赤と判断すると（ステップＳ２）、高輝度画素と低輝度画素との輝度差が最小の階調変換テーブルを選択し（ステップＳ３）、変換処理が行われる（ステップＳ７）。入力映像信号の色が緑と判断（ステップＳ４）すると高輝度画素と低輝度画素との輝度差が中程度の階調変換テーブルを選択し（ステップＳ５）、変換処理が行われる（ステップＳ７）。入力映像信号が赤、緑の何れでもない場合は高輝度画素と低輝度画素との（ステップＳ７）。以上の動作を繰り返して階調変換が行われる。
【００６４】
以上説明したように本実施例によれば、ＲＧＢ毎に階調変換テーブルを変えて画像処理を行うので斜めから見た表示画面の白っ茶けを防止でき色純度の優れた表示特性を得ることができる。
【００６５】
［実施例２−３］
次に、本実施の形態による実施例２−３について図２０を用いて説明する。本実施例ではＲＧＢの輝度差を比較して階調変換テーブルを色毎に使い分ける点に特徴を有している。ＲＧＢの輝度差の比較は画面全体で行ってもよいし、所定の範囲で行ってもよいし、あるいは１画素を構成するＲＧＢで行ってもよい。未処理画像の階調が最も高輝度側に分布している色には高輝度画素と低輝度画素との輝度差が最も小さい階調変換テーブルを使用する。ＲＧＢの輝度差が非常に大きい場合は変換処理を行わなくてもよい。また、当該最も高輝度側に分布している色以外の色は輝度差が大きい階調変換テーブルを使用する。これにより画像全体の色調だけでなく、局所的に色調が異なるような画面等、全ての画面で鮮やかさが増して斜めから見ても非常に美しい映像が得ることができる。
【００６６】
次に、本実施例の階調変換方法について図２０を用いて具体的に説明する。図２０は本実施例の階調変換方法のフローチャートである。まず、映像信号が入力される（ステップＳ１１）。次に当該入力映像信号の色のうち、階調が最も高輝度側に分布している色を判断する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２において階調が最も高輝度側に分布している色が判断されると、当該最も高輝度側の色と判断された色と他の色との輝度を比較する（ステップＳ１３）。当該他の色に同じ輝度を有する色がない場合は高輝度画素と低輝度画素との輝度差が最小の階調変換テーブルを選択し（ステップＳ１４）、変換処理が行われる（ステップＳ１５）。ステップＳ１３において同じ輝度を有する色がある場合は高輝度画素と低輝度画素との輝度差が最大の階調変換テーブルを選択し（ステップＳ１６）、変換処理が行われる（ステップＳ１５）。ステップＳ１２において階調が最も高輝度側に分布している色と判断されなかった他の色は高輝度画素と低輝度画素との輝度差が最大の階調変換テーブルを選択し（ステップＳ１６）、変換処理が行われる（ステップＳ１５）。以上の動作を繰り返して階調変換が行われる。
【００６７】
以上説明したように本実施例によれば、ＲＧＢの輝度差を比較して階調変換テーブルを色毎に使い分けて画像処理を行うので、斜めから見た表示画面の白っ茶けを防止でき、より色純度の優れた表示特性を得ることができる。
【００６８】
［実施例２−４］
次に、本実施の形態による実施例２−４について説明する。本実施例ではＲＧＢの色毎ではなく所定の範囲内の輝度分布に対する特定画素の輝度について同様の処理を行う。または、ある画素の輝度と当該画素に隣接する１からｎ個の画素の輝度との関係で輝度差を変える点に特徴を有している。本実施例は色を重視せず白黒の明るさの階調を重視する場合に効果的である。また白黒表示の画像やＲＧＢ画素を有していない白黒表示の画像装置に対しても有効である。
【００６９】
［実施例２−５］
次に、本実施の形態による実施例２−５について図２１及び図２２を用いて説明する。本実施例では未処理画像の階調差が極めて小さい範囲内で階調の大小の関係が入れ替わる場合に最適な画像変換方法である点に特徴を有している。図２１は画像変換方法について説明する図である。図２１（ａ）に示すように表示領域の所定の場所（１）、（２）、（３）は赤の階調が緑の階調より１乃至３高いので、赤は高輝度画素と低輝度画素との輝度差が大きい階調変換テーブルで変換され、緑は輝度差が中程度の階調変換テーブルで変換される。表示領域の所定の場所（４）は赤と緑の輝度が等しいため、赤及び緑共に輝度差が中程度の階調変換テーブルで変換される。表示領域の所定の場所（５）、（６）、（７）は緑の階調が赤の階調より１乃至３大きいので、緑は輝度差が大きい階調変換テーブルで変換され、赤は輝度差が中程度の階調変換テーブルで変換される。このようにＲＧＢの階調差が小さい範囲で階調変換テーブルが入れ替わるよう画像の場合、階調によっては階調変換テーブルの切り替わりによる輝度差が本来の階調差に比べて大きくなって不自然な画像になる場合がある。例えば画面を斜めから見ると緑−赤−緑−赤のストライプが表示される場合がある。同図においては場所（３）及び（５）の輝度より場所（４）の輝度が低下して不自然な表示となる。そこで図２１（ｂ）のようにＲＧＢの階調差が小さい場合には中間的な階調変換テーブルを使用する。ＲＧＢの階調が入れ替わる前後の階調変換テーブルを徐々に切り替えると階調変換後の輝度が本来の輝度より大きくならないので、表示異常の発生を防ぐことができる。
【００７０】
当該階調変換テーブルは液晶表示装置の記憶部に予め用意しておいてもよい。
あるいは階調差に合わせて算出してもよい。階調変換テーブルを予め用意するためには階調変換テーブル用の記憶容量が大規模になることから計算で導出するほうが望ましい。また、当該変換は予め入力された階調に対して選択可能な高輝度画素及び低輝度画素の組み合わせから適切な値を出力するファンクション機能を備えることで容易に実現できる。例えばファンクション機能は２次方程式等で近似した変換式でよい。あるいは記憶部に階調変換テーブルを予め備えていてもよい。
【００７１】
次に、本実施例の階調変換方法について図２２を用いて具体的に説明する。図２２は本実施例の階調変換方法のフローチャートである。まず、映像信号が入力される（ステップＳ２１）。次に当該入力映像信号の色より明るい色が存在するかを判断する（ステップＳ２２）。ステップＳ２２において当該入力映像信号の色より明るい色が存在しないと判断したら、ステップＳ２３に移行して同一輝度の色が存在するか否かを判断する。当該他の色に同じ輝度を有する色がない場合は高輝度画素と低輝度画素との輝度差が最小の階調変換テーブルを選択し（ステップＳ２４）、変換処理が行われる（ステップＳ２５）。
【００７２】
ステップＳ２３において同じ輝度を有する色がある場合は、高輝度画素と低輝度画素との輝度差が中程度の階調変換テーブルを選択し（ステップＳ２９）、変換処理が行われる（ステップＳ２５）。
【００７３】
ステップＳ２２において当該入力映像信号の色より明るい色が存在すると判断したら、次にステップＳ２６に移行して、当該入力映像信号の色より暗い色が存在するか否かを判断する。当該入力映像信号の色より暗い色が存在する場合にはステップＳ２９に移行して高輝度画素と低輝度画素との輝度差が中程度の階調変換テーブルを選択し、変換処理が行われる（ステップＳ２５）。
【００７４】
ステップＳ２６で当該入力映像信号の色より暗い色が存在しない場合には、ステップＳ２７に移行して当該最も高輝度側の色と判断された色と他の色との輝度を比較する。当該他の色に同じ輝度を有する色がある場合は高輝度画素と低輝度画素との輝度差が中程度の階調変換テーブルを選択し（ステップＳ２９）、変換処理が行われる（ステップＳ２５）。ステップＳ２７において同じ輝度を有する色がない場合は高輝度画素と低輝度画素との輝度差が最大の階調変換テーブルを選択し（ステップＳ２８）、変換処理が行われる（ステップＳ２５）。
【００７５】
以上説明したように本実施例によれば、ＲＧＢの階調が入れ替わる前後の階調変換テーブルを徐々に切り替えると階調変換後の輝度が本来の輝度より大きくならないので、表示異常の発生を防ぐことができる。
【００７６】
以上のように本実施の形態によれば、液晶表示装置の欠点である斜め方向の表示変化を容易な手法で極めて減らすことができる画像処理方法及び液晶表示装置を実現することができる。
【００７７】
〔第３の実施の形態〕
次に、本発明の第３の実施の形態について図２３乃至図３２を用いて説明する。本実施の形態の目的は、動画像表示において視野角が広く色再現性に優れた画像処理方法及びそれを用いた液晶表示装置を提供することにある。
【００７８】
第２の実施の形態で説明したように、図１４に示す階調変換テーブルに基づいて輝度を２値に分離して、画面内の画素に当該分離した輝度を割り当てて表示したり、あるいは当該分離した輝度を所定のフレーム周期で繰り返して表示することで、正面輝度を変えずに斜めから見た輝度が制御できる。以下では当該新技術をハーフトーン駆動（Ｈａｌｆ Ｔｏｎｅ Ｄｒｉｖｅ：ＨＴＤ）技術と呼ぶことにする。階調を変換する階調変換テーブルは先に示した図１５に例を挙げているがこれ以外にも無数に存在する。さらにＨＴＤ技術ではカラー表示を行うＲＧＢ画素毎の階調を比較して暗い色の画素ほど画像処理での明暗の輝度差を大きくし、明るい色の画素ほど輝度差を小さくするように変換する。これにより斜めから見たときの色毎の輝度差が大きくなって正面から見た鮮やかな色が斜めから見ても再現できる。さらにＨＴＤ技術と駆動極性との組み合わせによりフリッカを防止することも可能である。なお、ＨＴＤ技術の改善効果の原理は図１８等を用いて説明した実施例２−１と同様である。
【００７９】
ＨＴＤ技術によって斜めから見たときの画像の色抜け現象は大きく改善されるが、動画像を表示したときに一部の画像で表示に異常が発生することがある。図２３は当該表示異常の発生原理を説明する図である。図２３（ａ）はＲＧＢ画素の輝度変化の時間推移とＧ画素４２、４３の輝度の変化を示す図である。横軸は時間（フレーム）を表し、縦軸は輝度を表している。また、図中実線で示す直線ＡはＧ画素の輝度変化を表し、破線で示す直線ＢはＲ画素の輝度変化を表し、一点鎖線で示す直線ＣはＢ画素の輝度変化を表している。
【００８０】
図２３（ａ）に示すように、ＲＧＢの輝度が緑、赤、青の順に高く、赤及び緑と青との輝度差が非常に大きい画像がある。当該画像の一部に緑の輝度が徐々に下がり赤の輝度と等しくなって、その後、赤の輝度より低くなる動画像が含まれている。当該動画像が画面内を移動しているとき第ｎフレームから第ｎ＋１フレームになると特定位置でＧ画素は画面内で最も明るい輝度を有している状態から２番目に明るい輝度を有している状態に突然変化する。
【００８１】
Ｇ画素が最も明るい輝度を有している第ｎフレームまでは高輝度画素と低輝度画素との輝度差が小さい階調変換テーブルが用いられてＨＴ処理が行われる。しかし、Ｇ画素が２番目に明るい輝度を有している第ｎ＋１フレームから第ｎ＋６フレームでは高輝度画素と低輝度画素との輝度差が大きい階調変換テーブルが用いられてＨＴ処理が行われる。従って、第ｎフレームから第ｎ＋１フレームになるとＨＴ処理の階調変換が急に変化して高輝度画素と低輝度画素との輝度差は小から大へと変化する。
【００８２】
図２３（ｂ）はＧ画素４２、４３の液晶の光学応答特性を示している。横軸は時間（フレーム）を表し、縦軸は透過率を表している。図中の実線で示す曲線Ｄ、ＥはＧ画素４２、４３の光学応答を表し、破線で示す直線Ｆ、ＧはＧ画素４２、４３の理想的な輝度レベルを表している。図２３（ｂ）に示すように、高輝度画素と低輝度画素との輝度差大の期間Ｈは液晶の応答速度がフレーム毎の輝度変化に完全に追随できない。
【００８３】
ところが、第ｎフレームでは高輝度画素と低輝度画素との輝度差が小さいため低輝度画素であっても実際の輝度は高く第ｎフレームと第ｎ＋１フレーム間の実際の輝度差は小さくなって、第ｎ＋１フレームでは液晶の応答速度がフレーム毎の輝度変化に追随でき、当該フレーム以降の期間Ｈよりも輝度が高くなってしまう。従って、表示画面には階調変換テーブルが切り替わるときに明るい異常な表示むらが表示されてしまう。再び緑が赤より明るくなる第ｎ＋７フレームでも同様の原因により表示に異常が発生する。
【００８４】
このようにＲＧＢ各画素間のわずかな階調差で変換テーブルが急激に切り替わる部分で表示不良が発生することになる。また、低階調の画像では高輝度画素と低輝度画素との輝度差が自ずと小さくなるため、正面輝度よりも斜めの輝度が増加して色が白く抜ける現象を防ぐ効果が減少してしまう問題を有している。
【００８５】
本実施の形態では色毎の階調が緩やかに接近し順番が入れ替わるような動画像を有している画像において、同じ入力階調に対して変換される高輝度画素と低輝度画素との輝度差が急激に変化するために発生する表示異常を改善できる点に特徴を有している。
【００８６】
以下実施例により具体的に説明する。
［実施例３−１］
本発明の第３の実施の形態による実施例３−１について図２４及び図２５を用いて説明する。図２４は実施例３−１の画像変換の原理を説明するための図である。第ｎフレームで画素Ｂより輝度が高かった画素Ａが第ｎ＋１フレームで画素Ｂより画輝度が低くなる場合、画素Ａについて高輝度画素と低輝度画素との輝度差が大きく変化しないように第ｎ＋１フレームで輝度の変化を低く抑える処理を施すと表示不良の発生が防止できる。このように動画像における表示不良を防止するためには高輝度画素と低輝度画素との急激な輝度差が起きないようにすることが重要である。
【００８７】
本実施例ではフレーム間で輝度の急激な変化を緩和するため、フレームメモリを利用して前後のフレームの階調変化の様子を評価して、輝度差を大きく変化させずに１フレーム又は複数フレームで輝度変化を緩和する。図２５はＲＧＢの輝度が緑、赤、青の順に高く、赤及び緑と青との輝度差が非常に大きい動画像の緑の輝度が徐々に下がり赤の輝度より低くなる画像における本実施例の画像変換処理方法を説明するための図である。図２５（ａ）は従来のＨＴ処理を施した場合の液晶の光学応答を示している。横軸はフレームを表し、縦軸は輝度を表している。また、図中実線で示す直線ＡはＧ画素の輝度変化を表し、破線で示す直線ＢはＲ画素の輝度変化を表し、一点鎖線で示す直線ＣはＢ画素の輝度変化を表している。また、図中の実線で示す曲線ＤはＧ画素４４の光学応答を表し、破線で示す直線ＦはＧ画素４４の輝度レベルを表している。
【００８８】
図２３を用いて説明したように輝度の順番が入れ替わる第ｎフレームで輝度が高くなる異常な表示むらが生じてしまう。そこで、フレームメモリ内の画像データを比較してフレーム間で、ある色の輝度の順位が下がって階調変換テーブルの高輝度画素と低輝度画素との輝度差が大きくなる場合、図２５（ｂ）から図２５（ｄ）に示すように強制的に輝度が下がる処理を行う。第１の手法は図２５（ｂ）に示すように、階調変換テーブル切り替え直後の第ｎ＋１フレームにおいて、高輝度画素にする画素を強制的に暗い状態にする。こうすることで当該画素は次に高輝度画素にする第ｎ＋３フレームまで暗い状態のままである。
【００８９】
第２の手法は図２５（ｃ）に示すように、階調変換テーブル切り替え直後の第ｎ＋１フレームにおいて、高輝度画素の輝度を下げる。第３の手法は図２５（ｄ）に示すように、階調変換テーブル切り替え直後の第ｎ＋１フレームにおいて、本来高輝度画素にすべきところを１フレームだけＨＴ処理を行わずに入力された階調通りの輝度を出力する。これらの手法を実施すると階調変換テーブルが切り替わるような部分を持つ動画像が画像内を動いても表示不良は見られなくなる。
なお、第ｎ＋７フレームについても同様の手法で表示異常を防止することができる。
【００９０】
以上説明したように本実施例によれば、ＲＧＢの各画素の輝度が近接していて、当該ＲＧＢ画素の輝度の順番が入れ替わるときに生じる表示異常を抑制することができ、良好な表示特性を得ることができる。
【００９１】
［実施例３−２］
次に、本実施の形態による変形例３−２について図２６乃至図２８を用いて説明する。本実施例では従来と同様にＲＧＢ画素の輝度の順番で階調変換の高輝度画素と低輝度画素との輝度差を変化させるが、ＲＧＢ画素の輝度差が接近するに従って当該変換の輝度差を徐々に変化させる点に特徴を有している。図２６は本実施例における画像変換処理方法を説明するための図である。図２６中の実線で示す曲線ＡはＲ画素の入力映像信号の階調を示し、破線で示す曲線ＢはＧ画素の入力映像信号の階調を示し、一点鎖線で示す直線ＣはＢ画素の入力映像信号の階調を示している。さらに、同図中の▲及び△印でプロットされた曲線Ｄ、ＥはＲ画素のＨＴ処理後の階調を示し、■及び□印でプロットされた曲線Ｆ、ＧはＧ画素のＨＴ処理後の階調を示し、×及び＊印でプロットされた曲線Ｈ、ＩはＨＴ処理後のＢ画素の階調を示している。図２６に示すように表示位置１５乃至３０で高輝度画素と低輝度画素との輝度差を徐々に変化させているのでＨＴ処理後の階調も徐々に変化していることが分かる。なお、十分に階調が離れている場合は基本の階調変換テーブルを使用する。
【００９２】
本実施例では空間的に輝度が急激に変化する画像の表示異常を緩和する。すなわち、ＲＧＢの色の輝度順だけでなく輝度差も考慮して階調変換を行う。輝度差が小さいほど階調差を小さくすることで急激な変化を緩和することができる。
【００９３】
図２７は入力階調に対する階調変換テーブルの選択推移を説明するための図である。図２７（ａ）はある画像のＲＧＢ各色の階調分布を示している。横軸は時間を表し、縦軸は階調を表している。また、図中実線で示す直線はＧ画素の階調変化を表し、破線で示す直線はＲ画素の階調変化を表し、一点鎖線で示す直線はＢ画素の階調変化を表している。図２７（ｂ）は図２７（ａ）のように各色の階調が徐々に接近する場合の階調変換テーブルの切り替え方法を示している。この例ではＲＧＢの３色に合わせて階調変換テーブルは３セット、合計６テーブルが用意されている。最も明るい色が使用する階調変換テーブルは高輝度側Ａｈ（ｘ）及び低輝度側Ａｌ（ｘ）であり、当該階調変換テーブルは他の階調変換テーブルに比べて輝度差が最も小さくなるように設定されている。最も暗い色で使用する階調変換テーブルは高輝度側Ｃｈ（ｘ）及び低輝度側Ｃｌ（ｘ）であり、他の階調変換テーブルに比べて輝度差が最も大きくなるように設定されている。２番目に明るい色の階調変換テーブルは高輝度側Ｂｈ（ｘ）及び低輝度側Ｂｌ（ｘ）であり、高輝度側Ａｈ（ｘ）及び低輝度側Ａｌ（ｘ）の輝度差より大きく且つ高輝度側Ｃｈ（ｘ）及び低輝度側Ｃｌ（ｘ）の輝度差より小さくなるように階調変換テーブルが設定されている。
【００９４】
Ｇ画素とＲ画素との階調差が十分に離れていればＧ画素は高輝度側Ａｈ（ｘ）及び低輝度側Ａｌ（ｘ）の階調変換テーブルが使用される。ところが図２７（ａ）に示すようにＧ画素とＲ画素との階調が徐々に近付いてＧ画素とＲ画素との階調差ｎが設定値Ｎ以下になると、Ｇ画素の変換値はＲ画素に近付いて行く（期間Ａ）。このときのＧ画素の変換値の高輝度側をＧｒｅｅｎ＿ｈとすると、Ｇｒｅｅｎ＿ｈ＝Ｂｈ（ｘ）−｛Ｂｈ（ｘ）−Ａｈ（ｘ）｝×ｎ／Ｎとなる。また、低輝度側をＧｒｅｅｎ＿ｌとすると、Ｇｒｅｅｎ＿ｌ＝Ｂｌ（ｘ）＋｛Ａｌ（ｘ）−Ｂｌ（ｘ）｝×ｎ／Ｎとなる。従って、高輝度側Ｇｒｅｅｎ＿ｈ及び低輝度側Ｇｒｅｅｎ＿ｌは図中に実線で示しているように、階調差ｎにより直線的に補間されてｎ＝０になると中間的なＢｈ（ｘ）及びＢｌ（ｘ）の階調変換テーブルに収束することになる。
【００９５】
Ｒ画素とＢ画素との階調差が十分に離れていればＢ画素は高輝度側Ｃｈ（ｘ）及び低輝度側Ｃｌ（ｘ）の階調変換テーブルが使用される。ところが図２７（ａ）に示すようにＲ画素とＢ画素の階調が徐々に近付いてＲ画素とＢ画素との階調差ｎが設定値Ｌ以下になると、同図（ｂ）に示すようにＢ画素の変換値はＲ画素に近付いて行く（期間Ｂ）。このときのＢ画素の変換値の高輝度側をＢｌｕｅ＿ｈとすると、Ｂｌｕｅ＿ｈ＝Ｂｈ（ｘ）＋｛Ｃｈ（ｘ）−Ｂｈ（ｘ）｝×ｎ／Ｌとなる。また、低輝度側をＢｌｕｅ＿ｌとすると、Ｂｌｕｅ＿ｌ＝Ｂｌ（ｘ）−｛Ｂｌ（ｘ）−Ｃｌ（ｘ）｝×ｎ／Ｌとなる。従って、高輝度側Ｂｌｕｅ＿ｈ及び低輝度側Ｂｌｕｅ＿ｌは図中に破線で示しているように、階調差ｎにより直線的に補間されてｎ＝０になると中間的なＢｈ（ｘ）及びＢｌ（ｘ）の階調変換テーブルに収束することになる。
【００９６】
すなわちＲＧＢの階調が近接すると、全ての色の階調変換テーブルは中間的な階調変換テーブルＢｈ（ｘ）及びＢｌ（ｘ）が使用される。また、階調変換テーブルは階調差が大きくなるに従い明るい色用の階調変換テーブルＡｈ（ｘ）及びＡｌ（ｘ）と暗い色用の階調変換テーブルＣｈ（ｘ）及びＣｌ（ｘ）のいずれかに直線的に近付いていくことになる。この結果、表示異常が生じやすい動画においても、急激にＨＴの階調変換テーブルの輝度差がつくことはないため、表示異常が生じることはない。設定値Ｎ及びＬが大きいほど階調変換テーブルは緩やかに変化するので表示不良は発生しにくいが、ＨＴＤの効果が弱まる。図２７（ｃ）は設定値Ｎと表示不良防止効果及びＨＴＤ効果との関係を目視評価した結果を示している。図中の○印は全ての画像に対して良好は表示が得られることを表し、△印は特定の画像によっては表示異常が発生することを表し、×印は全ての画像に対して表示異常が発生することを表している。２５５階調表示に対して設定値Ｎは２以上６４以下が良好な範囲であるといえる。
【００９７】
以上説明したように本実施例によれば、ＲＧＢの各画素の輝度が近接していて、当該ＲＧＢ画素の輝度の順番が入れ替わるときに生じる表示異常を抑制することができ、良好な表示特性を得ることができる。
【００９８】
Ｇｒｅｅｎ＿ｈ等の直線的に補間する階調変換テーブルを用いるだけでは十分といえない場合もある。図２８はある設定条件において明暗の輝度差の組み合わせによる等輝度分布の実測結果を示している。図２８（ａ）に示すように等輝度分布はかなり湾曲している。図２８（ｂ）に示すように直線的な補間では当該輝度分布の中を設定値が直線的に移動することになるので、いくつかの帯を横切り正面輝度が変化して表示むらが生じることになる。
【００９９】
横軸は低輝度側の階調を表し、縦軸は高輝度側の階調を表している。図中の左上の帯群は低輝度側階調及び高輝度側階調との組合せで得られる輝度分布を示している。帯が等しい領域は正面輝度が等しいことを意味している。なお、低階調同士の組合せの領域はグラフが複雑になるため図示を省略した。また、高輝度側階調は低輝度側階調以上であるので右下の領域にはデータが存在しない。仮にデータが存在するとしたら、図中Ｒｅｆで示す高輝度側階調と低輝度側階調とが等しい線で線対称な特性になる。
前述したように帯内では正面の輝度は等しいが、斜めからの輝度は異なる。左上にいくほど明暗の階調差が大きくなるため同じ帯内であれば暗い表示となる。
そこで表示むらのない表示を実現するために、いくつかの手法を実施例３−３以降で説明する。
【０１００】
［実施例３−３］
次に、本実施の形態による実施例３−３について図２９を用いて説明する。本実施例では階調変換テーブルを３セット、６テーブルだけでなく、最大輝度用階調変換テーブルと中間輝度用階調変換テーブルの間にさらに中間的な階調変換テーブルを設定して４セット、８テーブルにした点に特徴を有している。図２９に示すように階調変換テーブルの数を増やせば増やすほど補間距離が短くなり、湾曲していても誤差が減少して大きな効果を得ることができる。従って、階調変換テーブル数を増加することは極めて有効な手法といえる。本実施例では複数の階調変換テーブルを記憶部に有していなければならない。当該画像処理を電気的にインタフェース回路で行うと記憶部の容量が増加して高コストに繋がる。また、階調変換テーブルを有していなくても計算アルゴリズムで２又はそれ以上の直線による補間や曲線による補間が可能であり、複数の階調変換テーブルで画像処理を行ったときと同様の効果を得ることができる。
【０１０１】
以上説明したように本実施例によれば、複数の階調変換テーブルを用いるので階調変換後の同一階調データが湾曲している等輝度分布の帯を横切ることがなく表示むらの発生を防ぐことができる。
【０１０２】
［実施例３−４］
次に、本実施の形態による実施例３−４について図３０及び図３１を用いて説明する。本実施例では直線的な補間で輝度が変化しないように液晶パネルを駆動するソースドライバＩＣの出力階調―輝度特性を調整して輝度分布が直線的になるようにしている点に特徴を有している。図３０（ａ）は当該出力階調−輝度特性の調整前の輝度分布を示しており、図３０（ｂ）は調整後の輝度分布を示している。輝度分布が直線的であれば直線的に補間する階調変換テーブルでも等輝度分布の帯を横切ることがないので記憶部や計算アルゴリズムに大きな負担がかからず実現が容易になる。輝度のずれが１０％以内に収まれば動画像で良好な表示が得られる。
【０１０３】
次に、ソースドライバＩＣの入力階調―輝度特性すなわちガンマ特性の調整による効果を説明する。図３１はＲ画素が１３６／２５５階調であり、Ｂ画素が０／２５５階調であり、Ｇ画素が画面の端から端へ０／２５５階調から２５５／２５５に変化しながら移動して行く画像を表示したときに、Ｇ画素の輝度がどのように変化するかを測定した結果である。図中に実線で示す曲線Ａは通常（未処理）の輝度を示し、□印でプロットされた曲線Ｂはガンマ特性未調整の輝度を示し、△印でプロットされた曲線Ｃはガンマ特性を最適化後の輝度を示し、●印でプロットされた曲線Ｄはガンマ特性を最適化し且つ階調変換テーブル数を増やしたときの輝度を示している。Ｇ画素が１３６／２５５階調を過ぎるとＧ画素とＲ画素との輝度の大小関係が逆転するので階調変換テーブルが切り替わり、１３６／２５５階調の前後では上記実施例の補間処理が行われる。階調組合せと輝度分布との関係において輝度分布が湾曲している場合（曲線Ｂ）は１０％以上の輝度低下が生じるので画像に異常が発生する。ガンマ特性を最適化した曲線Ｃでは輝度低下が減少する。ガンマ特性を最適化して且つ階調変換テーブルの本数を増やす等して階調変換テーブル間の間隔を狭めて直線補間をしやすくした曲線Ｄでは、輝度低下が大きく改善されて通常輝度の直線Ａに近付いていることがわかる。なお、輝度の低下は小さいほど画像への影響が少なくなり１０％以下に抑えることが必要である。
【０１０４】
以上説明したように本実施例によれば、ソースドライバＩＣの出力階調―輝度特性を調整して輝度分布を直線的にするので直線的な階調変換であっても階調変換後の同一階調データが等輝度分布の帯を横切ることがなく表示むらの発生を防ぐことができる。
【０１０５】
［実施例３−５］
次に、本実施の形態による実施例３−５について図３２を用いて説明する。本実施例ではＨＴＤ技術の低階調付近での効果を高める点に特徴を有している。高階調の領域では高輝度画素と低輝度画素との比率を１：１にするが、低階調になるにしたがって高輝度画素を間引いて低輝度画素の存在割合を多くする。こうすることで自ずと輝度差が大きくなる。輝度差が大きくなると視角特性が悪い中間的な輝度の利用が減少するため視角特性を改善できる。
【０１０６】
図３２はＨＴＤ技術の低階調付近での効果を高める階調の設定方法を説明する図である。ＨＴＤにおける高輝度画素と低輝度画素との存在割合を例えば、０／１２８階調から１６／１２８階調の極低階調（範囲Ａ）では１：３とし、１７／１２８階調から９９／１２８階調の低階調（範囲Ｂ）では１：２とし、１００／１２８階調以上の中階調（範囲Ｃ）では１：１となるように入力階調に基づいて変化させる。図３２（ｂ）は当該低階調付近での高輝度画素と低輝度画素との存在割合を模式的に示している。高輝度画素の存在割合が減少した場合、当該存在割合で存在割合減少前の輝度を維持するために高輝度画素の輝度が増加して高輝度画素と低輝度画素との輝度差を大きくすることができる。これにより斜め視角の輝度増加を抑えることができる。本実施例のように低階調側だけで存在割合を減らすのは、高階調側で存在割合を減らしてしまうとちらつきが非常に目立ってしまうためである。低階調側では絶対的な輝度が低いため画像にほとんど悪影響を及ぼすことはない。ちらつきを抑えるためには全階調で高輝度画素と低輝度画素との存在割合を１：１にすることが望ましい。しかし、この場合低階調側でＨＴの効果が弱まる。従って、本実施例のように画像に悪影響を及ぼしにくい範囲内で存在割合を変更することが有効である。
【０１０７】
以上説明したように本実施例によれば、高階調側に影響することなく低階調側のみ画像処理を行うことができるので、ちらつきをほとんど発生させずに斜め方向の輝度増加を抑えることができる。その結果、斜め方向から見たときに生じる白っ茶けを大幅に低減することができ良好な表示特性を得ることができる。
【０１０８】
以上のように本実施の形態によれば、斜め方向から見たときに色が白っぽくなる表示変化を改善できるＨＴＤ技術を用いて、動画像における表示異常の抑制と低階調側の特性を改善することができる。
【０１０９】
以上説明した本発明の第１の実施の形態による画像処理方法及びそれを用いた液晶表示装置は、以下のようにまとめられる。
（付記１）
表示すべき画像の輝度データより高輝度になるように駆動する高輝度画素と、前記輝度データより低輝度になるように駆動する低輝度画素とを組み合わせ、
前記輝度データに基づく所望輝度にほぼ等しい輝度が得られるように、前記高輝度画素の輝度及び前記低輝度画素の輝度と、前記高輝度画素及び前記低輝度画素の面積比を決定することを特徴とする画像処理方法。
【０１１０】
（付記２）
付記１記載の画像処理方法において、
前記高輝度画素と前記低輝度画素の組み合わせは、フレーム毎に変化することを特徴とする画像処理方法。
【０１１１】
（付記３）
付記１又は２に記載の画像処理方法において、
前記高輝度画素と前記低輝度画素との面積比は１：１から１：２０であることを特徴とする画像処理方法。
【０１１２】
（付記４）
表示すべき画像の輝度データより高輝度に画素を駆動する高輝度フレームと、前記輝度データより低輝度に前記画素を駆動する低輝度フレームとを組み合わせ、
前記輝度データに基づく所望輝度にほぼ等しい輝度が得られるように、前記高輝度フレームでの前記画素の輝度及び前記低輝度フレームでの前記画素の輝度と、前記高輝度フレーム及び前記低輝度フレームの存在割合を決定することを特徴とする画像処理方法。
【０１１３】
（付記５）
付記４記載の画像処理方法において、
前記高輝度フレームと前記低輝度フレームとの存在割合は１：１から１：２０であることを特徴とする画像処理方法。
【０１１４】
（付記６）
所定のセルギャップで対向配置されたアレイ基板及び対向基板間に封止された液晶を備える液晶表示装置において、
付記１乃至５のいずれか１項に記載の画像処理方法を実現する駆動回路を有していることを特徴とする液晶表示装置。
【０１１５】
（付記７）
付記６記載の液晶表示装置において、
前記液晶は、負の誘電率異方性を有し電圧無印加時に垂直配向することを特徴とする液晶表示装置。
【０１１６】
以上説明した本発明の第２の実施の形態による画像処理方法及びそれを用いた液晶表示装置は、以下のようにまとめられる。
（付記８）
付記１乃至５のいずれか１項に記載の画像処理方法において、
画面斜め方向の階調と輝度の相関の変化の割合は、画像処理前より画像処理後の方が大きいことを特徴とする画像処理方法。
【０１１７】
（付記９）
付記８記載の画像処理方法において、
同一フレーム内に前記高輝度画素と前記低輝度画素とが混在していることを特徴とする画像処理方法。
【０１１８】
（付記１０）
付記９記載の画像処理方法において、
前記高輝度画素と前記低輝度画素とは、１：１の面積比で混在していることを特徴とする画像処理方法。
【０１１９】
（付記１１）
付記８乃至１０のいずれか１項に記載の画像処理方法において、
入力された前記輝度データから前記高輝度画素の輝度及び前記低輝度画素の輝度を求める複数の変換テーブルから、所定条件に基づいて最適な変換テーブルを選択することを特徴とする画像処理方法。
【０１２０】
（付記１２）
付記１１記載の画像処理方法において、
色毎に設けられた複数の画素のうち、一の色の前記画素に対する前記変換テーブルは他の色の前記画素に対する前記変換テーブルと異なることを特徴とする画像処理方法。
【０１２１】
（付記１３）
付記１２記載の画像処理方法において、
赤色の画素の前記高輝度画素の輝度と前記低輝度画素の輝度との差が、少なくとも所定の輝度範囲において最小であることを特徴とする画像処理方法。
【０１２２】
（付記１４）
付記１２記載の画像処理方法において、
赤色の画素については画像処理を施さないことを特徴とする画像処理方法。
【０１２３】
（付記１５）
付記１２記載の画像処理方法において、
赤色の画素の前記高輝度画素の輝度と前記低輝度画素の輝度との差が、少なくとも所定の輝度範囲において最小であり、
青色の画素の前記高輝度画素の輝度と前記低輝度画素の輝度との差が、少なくとも所定の輝度範囲において最大であることを特徴とする画像処理方法。
【０１２４】
（付記１６）
付記１２記載の画像処理方法において、
緑色の画素の前記高輝度画素の輝度と前記低輝度画素の輝度との差が、少なくとも所定の輝度範囲において最大であることを特徴とする画像処理方法。
【０１２５】
（付記１７）
付記１１乃至１６のいずれか１項に記載の画像処理方法において、
異なる色の前記輝度データを比較して、輝度の高低に基づいて前記変換テーブルを選択することを特徴とする画像処理方法。
【０１２６】
（付記１８）
付記１１乃至１６のいずれか１項に記載の画像処理方法において、
複数画素の前記輝度データを比較し、輝度差に基づいて前記変換テーブルを選択することを特徴とする画像処理方法。
【０１２７】
（付記１９）
付記８乃至１８のいずれか１項に記載の画像処理方法において、
斜め方向から表示装置を見た場合の輝度の低下が元の階調で明るい階調の画素（色）において小さく、暗い階調の画素（色）において大きくなるようにして、且つ、斜め方向からの各画素（色）の輝度差が正面からの輝度差を越えないことを特徴とする画像処理方法。
【０１２８】
（付記２０）
付記１９乃至２６のいずれか１項に記載の画像処理方法において、
入力された複数の前記輝度データを比較し、又は入力された複数の前記輝度データを色毎に比較し、
前記輝度データのうち、最も明るい輝度データ及び最も暗い輝度データについては画像処理を施さないことを特徴とする画像処理方法。
【０１２９】
（付記２１）
付記１１乃至２０のいずれか１項に記載の画像処理方法において、
入力された複数の前記輝度データを比較し、又は入力された複数の前記輝度データを色毎に比較して前記変換テーブルを選択して画像処理することを特徴とする画像処理方法。
【０１３０】
（付記２２）
付記１１乃至２０のいずれか１項に記載の画像処理方法において、
入力された複数の前記輝度データを比較し、又は入力された複数の前記輝度データを色毎に比較し、
２つ以上の色又は画素の階調が等しい場合は共通の前記変換テーブルを用いることを特徴とする画像処理方法。
【０１３１】
（付記２３）
付記１１乃至２０のいずれか１項に記載の画像処理方法において、
入力された複数の前記輝度データを比較し、又は入力された複数の前記輝度データを色毎に比較し、
２つ以上の色又は画素の階調が所定の範囲内である場合は複数の前記変換テーブルから補間して求められる変換テーブルを用いることを特徴とする画像処理方法。
【０１３２】
（付記２４）
付記１１乃至２０のいずれか１項に記載の画像処理方法において、
入力された複数の前記輝度データを比較し、又は入力された複数の前記輝度データを色毎に比較し、
２つ以上の色又は画素の階調が等しいときに変換処理を異ならせる場合、各色又は画素の階調が所定の範囲内であれば同一の階調として処理することを特徴とする画像処理方法
【０１３３】
（付記２５）
付記８乃至２４のいずれか１項に記載の画像処理方法において、
直前のフレームと元の画像の階調を比較し、任意の階調数よりも大きく変化している場合には明暗への変換処理を行わないことを特徴とする画像処理方法。
【０１３４】
以上説明した本発明の第３の実施の形態による画像処理方法及びそれを用いた液晶表示装置は、以下のようにまとめられる。
（付記２６）
表示すべき画像の輝度データに対して、一のフレームでは前記輝度データより明るい輝度で表示し、他のフレームでは暗い輝度で表示させ、
階調が接近したＲＧＢの色毎に、前記ＲＧＢの階調順に基づいて明暗の階調差に差を持たせ、フレーム間で前記階調順が入れ替わるときと入れ替わらないときとで異なる階調変換テーブルを用いることを特徴とする画像処理方法。
【０１３５】
（付記２７）
付記２６に記載の画像処理方法において、
フレーム間で前記階調順が入れ替わり、明暗の階調差が前フレームより大きくなるとき、明の輝度から始まるように設定される画素の階調を暗めに補正することを特徴とする画像処理方法。
【０１３６】
（付記２８）
付記２６に記載の画像処理方法において、
フレーム間で前記階調順が入れ替わり、明暗の階調差が前フレームより大きくなるとき、明の輝度から始まるように設定される画素であっても１フレーム分は暗の輝度とすることを特徴とする画像処理方法。
【０１３７】
（付記２９）
付記２６に記載の画像処理方法において、
フレーム間で階調の順番が入れ替わり、明暗の階調差が前フレームより大きくなるとき、明の輝度から始まるように設定される画素であっても１フレーム分は階調変換を行わず、入力された階調の輝度を維持することを特徴とする画像処理方法。
【０１３８】
（付記３０）
表示すべき画像の輝度データに対して、一のフレームでは前記輝度データより明るい輝度で表示し、他のフレームでは暗い輝度で表示させ、
入力階調に対して出力する高輝度および低輝度の階調の組み合わせがあらかじめ複数決められており、
ＲＧＢの色毎に階調順に基づいて選択される組み合わせを切り替える際、ある２色ＡＢの階調差が十分に離れたとき高輝度側ＡＨ（ｘ），ＢＨ（ｘ）、低輝度側ＡＬ（ｘ），ＢＬ（ｘ）の関係にあり、２色の階調差がｎに接近した場合、
高輝度側の階調が、
（ＢＨ（ｘ）−ＡＨ（ｘ）） × α／Ｎ
低輝度側の階調が、
（ＡＬ（ｘ）−ＢＬ（ｘ）） × α／Ｎ
（α＝ｎ−ｍ、但しｎ−ｍ＞Ｎならばα＝Ｎ、ｍは０以上の任意数）に相当する補正を行う結果、ｎに応じて徐々に関係が切り替わることを特徴とする画像変換処理方法。
【０１３９】
（付記３１）
表示すべき画像の輝度データに対して、一のフレームでは前記輝度データより明るい輝度で表示し、他のフレームでは暗い輝度で表示させ、
入力階調に対して出力する高輝度および低輝度の階調の組み合わせが、輝度差の大きさを変えてＡ≦Ｂ≦Ｃと基本の３つがあり、ＲＧＢの各色毎に階調順に明るい色は輝度差が小さく、暗い色は輝度差が大きく、中間の色は中間の輝度差になるようにＡＢＣから選択される組み合わせを切り替え、入力階調ｘに対する階調変換の組み合わせテーブルが高輝度側ＡＨ（ｘ），ＢＨ（ｘ），ＣＨ（ｘ）、低輝度側ＡＬ（ｘ），ＢＬ（ｘ），ＣＬ（ｘ）であり、輝度中間の色に対してその他の色が階調差ｎに接近した場合、ｎに応じて徐々に関係が切り替わることを特徴とする画像処理方法。
【０１４０】
（付記３２）
付記３１記載の画像処理方法において、
前記３色の階調を変換する基本の組み合わせテーブル３つの他に、その間に位置する少なくとも一つ以上の補助組み合わせテーブルを有し、色間の階調差が接近して基本のテーブル間で徐々に切り替わる処理が行われる場合に基本のテーブル間を補助テーブルにより複数に分割して、基本−補助間、または補助−補助間で徐々に切り替わるように演算し求められた階調に変換されることを特徴とする画像処理方法。
【０１４１】
（付記３３）
付記３１又は３２に記載の画像処理方法において、
変換後の階調を演算により徐々に変化させる処理を行う階調の幅ｎを全階調に対して０／２５５から６４／２５５の範囲内とすることを特徴とする画像処理方法。
【０１４２】
（付記３４）
表示すべき画像の輝度データに対して、一のフレームでは前記輝度データより明るい輝度で表示し、他のフレームでは暗い輝度で表示させ、
入力階調に対して出力する高輝度および低輝度の階調の組み合わせがあらかじめ複数決められており、ＲＧＢの各色毎に階調順に基づいて選択される組み合わせを切り替える際に、高輝度と低輝度の組み合わせが変わっても、入力値が同じの場合、平均的な輝度が１０％の変位以内であることを特徴とする画像処理方法。
【０１４３】
（付記３５）
表示すべき画像の輝度データに対して、一のフレームでは前記輝度データより明るい輝度で表示し、他のフレームでは暗い輝度で表示させ、
明るい輝度の頻度Ａと暗い輝度の頻度Ｂの割合が、表示すべき画像データの輝度が暗いほどＢ＜Ａの傾向にあることを特徴とする画像処理方法。
【０１４４】
（付記３６）
付記３４記載の画像処理方法において、
高輝度と低輝度の組み合わせが変わっても、入力値が同じ場合、平均的な輝度が１０％の変位以内であるべく、ドライバの階調値−パネル透過率特性を設定することを特徴とする画像処理方法。
【０１４５】
（付記３７）
所定のセルギャップで対向配置されたアレイ基板及び対向基板間に封止された液晶を備える液晶表示装置において、
付記８乃至３６のいずれか１項に記載の画像処理方法を実現する駆動回路を有していることを特徴とする液晶表示装置。
【０１４６】
（付記３８）
付記３７記載の液晶表示装置において、
フレーム周波数が６０Ｈｚより高いことを特徴とする液晶表示装置。
【０１４７】
（付記３９）
付記３７又は３８に記載の液晶表示装置において、
同一の電圧を印加した場合、１つの画素内で少なくとも２つの異なる応答速度を有し、前記異なる応答速度の差が３ｍｓ以上であることを特徴とする液晶表示装置。
【０１４８】
（付記４０）
付記３７乃至３９のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、
各画素内に前記液晶の配向方向が異なる微小領域を有し、
前記液晶の配向方向が異なる微小領域の比率がほぼ等しいことを特徴とする液晶表示装置。
【０１４９】
（付記４１）
付記３７乃至４０のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、
前記液晶は、負の誘電率異方性を有し電圧無印加時に垂直配向することを特徴とする液晶表示装置。
【０１５０】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、視野角が広く階調視角特性に優れた画像処理方法及びそれを用いた液晶表示装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の実施例１−１による９個の画素１に対して明るい画素１ａと暗い画素１ｂを設定した例を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の実施例１−１による正面方向及び斜め６０°方向の印加電圧−透過率特性の測定結果を示すグラフである。
【図３】本発明の第１の実施の形態の実施例１−１による階調変換テーブルの一例と変換前後の画像を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態の実施例１−１による明るい画素と暗い画素との面積の割合と歪影響評価数との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の第１の実施の形態の実施例１−１による画素のざらつき感が視認できるか否かの主観評価結果を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態の実施例１−２による画像処理方法を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態の実施例１−３による所定領域の画素４を模式的に示す図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態の実施例１−３によるざらつきの影響を目視評価した結果を示す図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態の実施例１−３による動画表示でのざらつきの影響を目視評価した結果を示す図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態による効果を示す図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態による１２７／２５５階調の未処理画像に画像処理を施した斜め方向の輝度の測定結果を示す図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態によるシステム装置と液晶表示装置のブロック図であって、当該階調変換処理を行う部位を説明する図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態による他の効果を説明する図であって、画素３３の断面構造を模式的に示す図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態の実施例２−１による明るくするフレーム期間と暗くするフレーム期間を１：１の割合で分割した場合、未処理画像の階調を画像処理後に何階調に設定するかを求めるための階調変換テーブルを示す図である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態の実施例２−１による他の階調変換テーブルを示す図である。
【図１６】本発明の第２の実施の形態の実施例２−１による画面の正面方向及び斜め６０°方向から見た階調−輝度特性を示すグラフである。
【図１７】本発明の第２の実施の形態の実施例２−１による画面の正面方向及び斜め６０°方向から見た階調−輝度特性を示すグラフである。
【図１８】本発明の第２の実施の形態の実施例２−１による複数の階調変換テーブルを同時に用いた場合の画面の正面方向及び斜め６０°方向から見た階調−輝度特性を示すグラフである。
【図１９】本発明の第２の実施の形態の実施例２−２によるＲＧＢ毎に階調変換テーブルを変えて階調変換する方法を示すフローチャートである。
【図２０】本発明の第２の実施の形態の実施例２−３によるＲＧＢの輝度差で階調変換テーブルを変えて階調変換する方法を示すフローチャートである。
【図２１】本発明の第２の実施の形態の実施例２−５による画像変換方法について説明する図である。
【図２２】本発明の第２の実施の形態の実施例２−５によるＲＧＢの輝度差で階調変換テーブルを変えて階調変換する方法を示すフローチャートである。
【図２３】本発明の第３の実施の形態で改善する表示異常の発生原理を説明する図である。
【図２４】本発明の第３の実施の形態の実施例３−１による画像変換の原理を説明する図である。
【図２５】本発明の第３の実施の形態の実施例３−１による画像処理方法を説明する図である。
【図２６】本発明の第３の実施の形態の実施例３−２による画像処理方法を説明する図である。
【図２７】本発明の第３の実施の形態の実施例３−２による入力階調に対する階調変換テーブルの選択推移を説明する図である。
【図２８】本発明の第３の実施の形態の実施例３−２による設定条件において明暗の輝度差の組み合わせの等輝度分布のシミュレーション結果を示す図である。
【図２９】本発明の第３の実施の形態の実施例３−３による階調変換テーブルを示す図である。
【図３０】本発明の第３の実施の形態の実施例３−４によるソースドライバＩＣの出力階調―輝度特性の調整前後の等輝度分布のシミュレーション結果を示す図である。
【図３１】本発明の第３の実施の形態の実施例３−４によるＲが１３６／２５５階調であり、Ｂが０／２５５階調であり、Ｇが画像の端から端へ０／２５５階調から２５５／２５５に変化しながら移動して行く画像を表示したときのＧ画素の輝度変化の測定結果を示すグラフである。
【図３２】本発明の第３の実施の形態の実施例３−５によるＨＴＤ技術の低階調付近での階調設定方法を説明する図である。
【図３３】従来の垂直配向型液晶表示装置の構成を示す図である。
【図３４】従来の配向分割技術を用いた垂直配向型液晶表示装置の断面構造を模式的に示す図である。
【図３５】従来駆動による液晶表示装置が抱えている問題点を説明する図である。
【図３６】従来の画素構造を示す図である。
【符号の説明】
１、１ａ、１ｂ、５、６、７、１９、２１、３３、４２、１１３、１２１ 画素
２、９、１１１ ドレインバスライン
３、８、１１２ ゲートバスライン
４ 画素領域
１０、１１０ ＴＦＴ
１１、２０、３８、１０９ 画素電極
１２ 蓄積容量電極
１３、４０、１１５、１１６ 突起
１４、４１、１１４ スリット
１５、３４、１０３ 対向基板
１６、３５、１０２ ＴＦＴ基板
１７、 誘電体
１８、３６、１１８ 対向電極
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ 領域
２２、３７、１１９ 配向膜
２３、３９、１２０ 液晶分子
２４、２８、３０、３２ 液晶表示装置
２５ インタフェース回路
２６、２７、２９、３１ システム装置
１０１ 液晶パネル
１０４ 液晶
１０５ 周辺シール材
１０６ スペーサ
１０７ 偏光板
１０８ 実装用端子
１１２ ゲートバスライン
１１７ 蓄積容量バスライン
１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄ 副画素
１２２ 制御用コンデンサ電極
１２３ 絶縁層
１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ、１２３ｄ 液晶コンデンサ
１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃ、１２４ｄ 制御コンデンサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示装置に表示する画像の画質を向上させる画像処理方法及びそれを用いた液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３３は垂直配向型液晶表示装置の構成の一例を示している。図３３（ａ）は液晶パネル１０１の断面構造を模式的に示している。液晶パネル１０１は、薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＴＦＴ）等が形成されたＴＦＴ基板（アレイ基板）１０２と、共通電極やＣＦ（カラーフィルタ）が形成された対向基板１０３とを、その間に液晶層１０４を封止して周辺シール材１０５で貼り合わせた構造を有している。ＴＦＴ基板１０２と対向基板１０３との間の空隙（セルギャップ）はスペーサ１０６で所定の間隔が維持されている。ＴＦＴ基板１０２及び対向基板１０３の対向側と逆側の面にはそれぞれ偏光板１０７が例えばクロスニコルに配置されている。また、ＴＦＴ基板１０２には液晶駆動用ＩＣ（不図示）を実装する実装用端子１０８が形成されている。
【０００３】
図３３（ｂ）は垂直配向型液晶表示装置を表示画面の法線方向（以下、「正面方向」という）に見た状態の１画素１１３の構造を示している。少なくとも一方の基板、例えばＴＦＴ基板１０２には液晶駆動用の画素電極パターンが形成されている。ＴＦＴ基板１０２上には複数のドレインバスライン１１１とゲートバスライン１１２とが絶縁膜を介して交差して形成されており、その交差部には画素電極１０９に接続された画素駆動用のＴＦＴ１１０が形成されている。さらに画素１１３は電荷保持用の蓄積容量電極１１６を有している。また、蓄積容量電極１１６下層には絶縁膜を介して蓄積容量バスライン１１７が形成されている。
【０００４】
画素電極１０９には電極材を抜いたスリット１１４が形成され、対向基板１０３側には線状突起１１５が形成されている。スリット１１４及び突起１１５は液晶層１０４の液晶分子（不図示）が電圧印加時に倒れる方向を規制する配向規制用構造物として機能する。画素１１３では液晶分子が４方向に倒れるように領域が分割されている。液晶１０３が４方向に倒れることで、一方向にしか倒れない液晶表示装置に比べて視野角の偏りが平均化される。これにより視野角特性が大幅に改善する。このような技術は配向分割技術と呼ばれている。
【０００５】
図３４は配向分割技術を用いた垂直配向型液晶表示装置の断面構造を模式的に示している。図３４（ａ）では配向規制用構造物の突起１１５はＴＦＴ基板１０２に成膜された対向電極１１８及び対向基板１０３に成膜された画素電極１０９上の両方に形成されている。突起１１５上を含みＴＦＴ基板１０２及び対向基板１０３上には配向膜１１９が成膜されている。なお、図示しないが一方の基板にのみ突起１１５が設けられる場合もある。図３４（ａ）は液晶１０４に電圧が印加されていない状態を示している。図３４（ｂ）は液晶１０４に電圧を印加した状態を示しており、液晶分子１２０が２方向に配向している。また、図３４（ｃ）はスリット１１４がＴＦＴ基板１０２側のみに設けられ、液晶１０４に電圧が印加された状態を示している。この場合も液晶分子１２０は２方向に配向している。なお、スリット１１４は対向基板１０３のみに設ける場合やＴＦＴ基板１０２及び対向基板１０３の両基板に設ける場合もある。
【０００６】
また、図３３及び図３４に示したＬＣＤとは異なり、液晶層１０４に電圧が印加されていない初期状態では液晶分子１２０がＴＦＴ基板１０２等にほぼ平行で、電圧を印加すると液晶分子１２０が立ち上がるモードの液晶表示装置も存在する。当該液晶表示装置の例としてはＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）型等がある。ＴＮ型ではＴＦＴ基板１０２及び対向基板１０３表面に形成された配向膜に予めラビング処理を施して液晶分子１２０の配向方向を決定しておく。従って、スリット１１４や突起１１５は不要である。但し、配向分割するためには液晶分子１２０の倒れる方向をいくつかに分けることが必要であり、プレチルトを局所的に変える方法等で配向分割を実現している。またＴＮ型以外にも液晶分子１２０がＴＦＴ基板１０２等に対して傾かないＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）や強誘電性液晶等、さまざまな液晶表示モードが存在するが、ＩＰＳ及び強誘電性液晶以外の液晶モードでは視角特性が悪いという共通の問題点を有している。
【０００７】
図３５は従来駆動による液晶表示装置が抱えている問題点を説明する図である。図３５（ａ）は垂直配向型液晶表示装置における液晶層への印加電圧と透過率との特性（Ｔ−Ｖ特性）を示している。グラフ中●印でプロットされた実線で示す曲線Ａは正面方向でのＴ−Ｖ特性を示し、＊印でプロットされた実線で示す曲線Ｂは表示画面に対して方位角９０°、極角６０°の方向（以下、「斜め方向」という）でのＴ−Ｖ特性を示している。ここで、方位角は、表示画面のほぼ中心から水平方向を基準として反時計回りに計った角度とする。また極角は、表示画面の中心に立てた垂線となす角とする。
【０００８】
図３５（ａ）の仮想円Ｃに示した部分において輝度変化の歪が生じている。例えば印加電圧が約２．５Ｖの比較的暗い輝度においては斜め方向の透過率が正面方向の透過率より高くなっているが、印加電圧が約４．５Ｖの比較的明るい輝度においては斜め方向の透過率が正面方向の透過率より低くなっている。この結果、斜め方向から見た場合には実効駆動電圧範囲での輝度差が小さくなってしまう。この現象は色の変化に最も顕著に現れる。つまり表示画面を正面に対して斜めから見ると画像の色が白っぽく変化してしまう。図３５（ｂ）はある映像をＭＶＡ−ＬＣＤに表示させ、正面と斜めから同一条件のデジタルカメラで撮影した映像の赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）３原色の階調ヒストグラムを示している。横軸は階調（例えば０〜２５５の２５６段で、０に近付くほど高輝度となる）を表し、縦軸は存在割合（％）を表している。正面ではＲ、Ｇ、Ｂのそれぞれの分布が離れているが、斜めからだと分布が接近していることが分かる。これにより本来の表示の色が失われる。
【０００９】
この現象に対する改善方法が特許文献１から特許文献７に開示されている。図３６は特許文献１に示された基本的な画素構造を示している。図３６（ａ）は表示画面に対して法線方向の画素構造の模式図を表し、同図（ｂ）は画素１２１の等価回路を表し、同図（ｃ）は画素１２１の断面構造を表している。図３３（ｂ）で示したように、通常は１つのＴＦＴ１１０に対して１つの画素電極１０９が接続されている。しかし、図３６（ａ）に示すように、１つの画素１２１は例えば４つの副画素１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄに分割されている。副画素１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄは電気的に容量結合の関係になる。ＴＦＴ１２２を介して画素１２１に電圧が印加されると副画素１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄの容量比に従って電荷が分配されて各副画素１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄには異なる電圧が印加される。これにより、図３５（ａ）に示したＴ−Ｖ特性の歪が副画素１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄで分散されて画面の白っぽさが緩和される。なお、Ｔ−Ｖ特性の歪が分散する原理については後述する。以下、画素１２１を副画素１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄに分割する手法を容量結合によるＨＴ（ハーフトーン・グレースケール）法と呼ぶことにする。容量結合によるＨＴ法はＴＮ型の液晶表示モードに適用されている。
【００１０】
【特許文献１】
特開平３−１２２６２１号公報
【特許文献２】
特開平４−３４８３２４号公報
【特許文献３】
特開平５−６６４１２号公報
【特許文献４】
特開平５−１０７５５６号公報
【特許文献５】
特開平６−３３２００９号公報
【特許文献６】
特願平６−５１９２１１号公報
【特許文献７】
特願平２−２４９０２５号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
容量結合によるＨＴ法では画素構造が非常に複雑になる。まず、１つの画素を複数の画素に分割しなければならない。それぞれの副画素がパターン不良で接触してしまうと点欠陥が生じる。また、容量結合するためには図３６（ｃ）に示すように、副画素１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄは対向電極１１８とＴＦＴ基板上に形成された制御用コンデンサ電極１２２との間に立体的に配置する必要があり、層間短絡等が起きると全体が点欠陥になってしまう。また、パターン欠け等で容量の配分が変化すると全体の輝度が変化してしまい、この場合も点欠陥になる。さらに副画素に分けるため開口率が大きく減少する。容量結合によるＨＴ法において開口率低下は避けられないので開口率の低下を少しでも緩和するために、容量を形成する二つの層の電極を透明電極で形成する必要がある。この場合、成膜工程が増加するため、製造コストアップや工程能力の低下等、プロセスに与える影響は大きい。
【００１２】
また、容量結合によるＨＴ法は駆動電圧が高くなってしまうという問題も抱えている。これは容量結合で電圧損失が生じることが原因で、分割数を増やすほど駆動電圧は高くなってしまう。駆動電圧が高くなると消費電力が増加する。さらに高耐圧の駆動用ＩＣが必要になり高コストになる。また、容量結合によるＨＴ法は副画素により電位差を設けるため、Ｔ−Ｖ特性の合成が非連続的になってしまう。Ｔ−Ｖ特性が連続的に変化する理想状態に比べて表示特性は劣化する。
【００１３】
以上のように容量結合によるＨＴ法は表示特性を向上させる効果はあるが、欠点が多すぎるため、現在市場に出回っている液晶表示装置には採用されていない。また、ＴＮ型の液晶表示装置は斜めから見たときに黒輝度が高くなってコントラストが低下する問題がある。容量結合によるＨＴ法は中間調の階調を正確に表現する技術であるが、コントラストが低下してしまっては中間調の色再現性の効果は十分に発揮されない。
【００１４】
本発明の目的は、視野角が広く階調視角特性に優れた画像処理方法及びそれを用いた液晶表示装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、表示すべき画像の輝度データより高輝度になるように駆動する高輝度画素と、前記輝度データより低輝度になるように駆動する低輝度画素とを組み合わせ、前記輝度データに基づく所望輝度にほぼ等しい輝度が得られるように、前記高輝度画素の輝度及び前記低輝度画素の輝度と、前記高輝度画素及び前記低輝度画素の面積比とを決定することを特徴とする画像処理方法によって達成される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
〔第１の実施の形態〕
本発明の第１の実施の形態による画像処理方法及びそれを用いた液晶表示装置について図１乃至図１０を用いて説明する。以下、実施例にて具体的に説明するが、全ての実施例において液晶表示装置はＭＶＡ方式であって、且つ黒輝度が低く抑えられる垂直配向モードの液晶パネル（垂直配向型液晶表示装置）を用いている。
【００１７】
［実施例１−１］
本形態による実施例１−１の画像処理方法及びそれを用いた液晶表示装置を図１乃至図５を用いて説明する。まず、本実施例による画像処理方法の原理について図１を用いて説明する。本実施例では複数の画素を１つの単位として捉え、当該複数画素の一部は画像処理をしていない元の画像（以下、「未処理画像」という）の輝度より明るくし、残りの画素の一部または全ては未処理画像の輝度より暗くする。画像処理の前後で正面輝度が変わらず、且つ暗くする画素の総面積が明るくする画素の総面積に等しいか又はそれより広くなるように、明るくする画素（以下、高輝度画素という）と暗くする画素（以下、低輝度画素という）との割合を設定する。図１は、３×３のマトリクス状の９個の画素１を１つの単位として捉え、１個の高輝度画素１ａと８個の低輝度画素１ｂとを設定した例を示している。図１（ａ）に示す９個の画素１の輝度に対して、図１（ｂ）では中央の画素１ａのみ明るくし、残りの周囲の画素１ｂを暗くしている。
【００１８】
発明者らは垂直配向型液晶表示装置の印加電圧−透過率（Ｔ−Ｖ）特性の歪が目視に及ぼす影響の大きさについて、歪影響評価数（６０°）＝（Ｔ６０／Ｔ０）×（Ｔ６０−Ｔ０）で表現できることを見出した。なお、Ｔ０は表示画面の正面方向の輝度（又は明るさ）であり、Ｔ６０は正面方向に対して６０°の角度を有する方向（斜め６０°方向）の輝度（又は明るさ）である。
【００１９】
図２は本実施例を用いて液晶表示装置に画像を表示したときの正面方向及び斜め６０°方向における液晶印加電圧対明るさの特性を測定した結果を示すグラフである。図２（ａ）は液晶パネル正面で得られる液晶印加電圧対明るさの特性を示しており、横軸は例えば高輝度画素１ａの液晶に印加する電圧を表し、縦軸は明るさ（任意単位（ａ．ｕ．））を表している。グラフ中実線で示す曲線Ａは１個の高輝度画素１ａの液晶印加電圧対明るさの特性を示し、破線で示す曲線Ｂは８個の低輝度画素１ｂの液晶印加電圧対明るさの特性を示している。一点鎖線で示す曲線Ｃは曲線Ａと曲線Ｂとの合成の液晶印加電圧対明るさの特性を示している。
【００２０】
高輝度画素１ａでは、未処理画像の印加電圧より高い電圧が印加され、低輝度画素１ｂでは、未処理画像の印加電圧より低い電圧が印加されるようになっている。また表示画面全体に占める高輝度画素１ａの総面積は、低輝度画素１ｂの総面積よりも狭く、最大明るさは１個の高輝度画素１ａの方が８個の低輝度画素１ｂの合計の最大明るさより低くなるようにしている。
【００２１】
具体例としては、例えば、高輝度画素１ａの液晶に印加する電圧Ｖ（ボルト）に対して低輝度画素１ｂの液晶にはＶ−１（ボルト）が印加される。但し、図２（ａ）において低輝度画素１ｂのＶ−１（ボルト）の特性は＋１ボルトだけシフトしてＶ（ボルト）の位置に示している。また、表示画面全体に占める高輝度画素１ａの総面積を１とすると低輝度画素１ｂの総面積は８となっている（図１参照）。また、図２（ａ）の曲線Ａ及びＢに示すように、白表示の印加電圧５ボルトにおける１個の高輝度画素１ａの明るさが０．０３（ａ．ｕ．）であるのに対し、８個の低輝度画素１ｂの合計の明るさはその９倍のほぼ０．２７（ａ．ｕ．）になっている。
【００２２】
このような関係の１個の高輝度画素１ａ及び８個の低輝度画素１ｂの組合せにおいて、曲線Ａと曲線Ｂとを合成して一点鎖線で示す曲線Ｃの液晶印加電圧対明るさ特性が得られる。曲線Ｃで示す特性は、図３５（ａ）に示した未処理画像を表示させる場合の液晶層への印加電圧対透過率特性（Ｔ−Ｖ特性）における正面方向の特性とほぼ同様の形状の曲線となる。
【００２３】
図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す印加電圧対明るさ特性を有する液晶パネルを斜め６０°方向から見た特性変化を示している。横軸は例えば高輝度画素１ａの液晶に印加する電圧を表し、縦軸は明るさ（任意単位（ａ．ｕ．））を表している。グラフ中実線で示す曲線Ｄは１個の高輝度画素１ａの斜め６０°方向の液晶印加電圧対明るさの特性を示し、破線で示す曲線Ｅは８個の低輝度画素１ｂの斜め６０°方向の液晶印加電圧対明るさの特性を示している。二点鎖線で示す曲線Ｆは曲線Ｄと曲線Ｅと合成した斜め６０°方向の液晶印加電圧対明るさの特性を示している。曲線Ｆで示す特性は、図３５（ａ）に示した未処理画像を表示させる場合の液晶層への印加電圧対透過率特性（Ｔ−Ｖ特性）における斜め６０°方向の特性とほぼ同様の形状の曲線となる。なお、比較のため、図２（ｂ）には、図２（ａ）に示したのと同一の正面方向の合成の液晶印加電圧対明るさの特性を示す曲線Ｃ（一点鎖線）も示してある。
【００２４】
図２（ｂ）に示すように、正面方向の特性を示す曲線Ｃと斜め６０°方向の特性を示す曲線Ｆとを比較すると、仮想円Ｇ及び仮想円Ｈの２箇所で曲線Ｆの方が曲線Ｃより明るさが高くなっている歪が生じているのが分かる。仮想円Ｇでは、曲線Ｃより明るさが高くなっているのは曲線Ｄ、Ｅのうち曲線Ｄであり従って歪の原因は高輝度画素１ａにある。しかしながら、仮想円Ｇではもともと高輝度画素１ａの明るさは十分低いので当該歪は目視では見えない。これは、正面の明るさＴ０と６０°からの明るさＴ６０との差が小さい、つまり、歪影響評価数（６０°）の式中の（Ｔ６０−Ｔ０）の項を小さくする効果を有している。
【００２５】
一方、仮想円Ｈでは、曲線Ｃより明るさが高くなっているのは曲線Ｄ、Ｅのうち曲線Ｅであり従って歪の原因は８個の低輝度画素１ｂにある。しかしながら、歪の原因とならない高輝度画素１ａの到達総合輝度が十分に高いので、正面の明るさＴ０に対する６０°からの明るさＴ６０の比率が従来に対しより１に近づいている。つまり、歪影響評価数（６０°）の式中の（Ｔ６０／Ｔ０）の項を小さくする効果を有している。
【００２６】
図２（ｂ）に示すように、本実施例による画像処理方法を用いることにより、図３５（ａ）に示すＴ−Ｖ特性における歪領域を示す仮想円Ｃ内の（Ｔ６０／Ｔ０）が３〜４倍のレベルにあるのに対し、本実施例では２倍以内にまで抑えることができる。これにより、斜め方向から見たときに観察される白っ茶け画像の発生を大幅に抑えることができるようになる。
【００２７】
図３は階調変換テーブル作成の一例と変換前後の画像を示している。図３（ａ）は未処理画像の階調に基づいて画像処理後の高輝度画素１ａと低輝度画素１ｂとに設定すべき階調を決めるための階調変換テーブルの作成例を示している。図３（ａ）では高輝度画素１ａと低輝度画素１ｂとの画素数の割合を１：１０とした場合を例示している。横軸は未処理画像の階調（合成階調）を表し、縦軸は変換後に設定すべき階調（要素階調）を表している。例えば、未処理画像の輝度が１００／２５５階調である場合、実際に液晶パネルに表示する変換後の輝度はグラフ中■印でプロットされた実線で示す曲線Ａから、１１画素中の１０個の低輝度画素１ｂ（１０／１１画素）で７０／２５５階調となる。なお、曲線Ａは、横軸をｘ、縦軸をｙとしたときに、ｙ＝０（但し、０≦ｘ≦７３．３）、ｙ＝（２５５／（２５５−７３．３））×（ｘ−７３．３）（但し、７３．３≦ｘ≦２５５）と近似される。
【００２８】
さらに、グラフ中◆印でプロットされた実線で示す曲線Ｂから、１１画素中の１つの高輝度画素１ａで２１５／２５５階調とすべきことが分かる。なお、曲線Ｂは、横軸をｘ、縦軸をｙとしたときに、ｙ＝（１８７．７／７３．３）×（ｘ）（但し、０≦ｘ≦７３．３）、ｙ＝（（２５５−１８７．７）／（２５５−７３．３））×（ｘ−７３．３）＋１８７．７（但し、７３．３≦ｘ≦２５５）と近似される。
【００２９】
１１画素中の１０個の低輝度画素１ｂは１００階調から７０階調に変換されるため輝度（明るさ）が低下する。１１画素中の１つの高輝度画素１ａは１００階調から２１５階調に変換されて輝度（明るさ）が上昇して１０個の低輝度画素１ｂでの輝度低下分を補う。従って、画像処理後の正面の輝度は未処理画像の輝度を維持することができる。
【００３０】
図３（ｂ）は変換前後の画像の拡大写真を示している。画像Ｃは未処理画像を示している。画像Ｄは高輝度画素１ａと低輝度画素１ｂとの面積比を１：３に変換した画像の拡大図を示し、画像Ｅは高輝度画素１ａと低輝度画素１ｂとの面積比を１：１５に変換した画像の拡大図を示している。
【００３１】
図４は高輝度画素１ａと低輝度画素１ｂとの面積の割合と歪影響評価数との関係を示している。図４（ａ）は高輝度画素１ａと低輝度画素１ｂとの面積の割合と歪影響評価数との関係を示すグラフであり、横軸は液晶表示装置に入力された映像信号の階調（入力階調）を示し、縦軸は歪影響評価数を示している。なお、図４及びそれ以降で示す◎印は良好な状態を表し、○印は普通よりやや優れている状態を表し、×印は劣っている状態を表している。本実施例による画像処理を施していない通常のパネルでは４０／２５５階調をピークに広い範囲で歪の影響を受けている（グラフ中◆印でプロットされた実線で示す曲線Ａ）。これに対して、本実施例の画像処理を適用すると歪の影響が２箇所に分散され、しかも歪影響評価数の値が小さくなっている（曲線Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ）。これは歪の影響の度合いが小さくなっていることを意味している。
【００３２】
図４（ｂ）は２種類の画像Ｆ、Ｇについて、高輝度画素１ａと低輝度画素１ｂの面積比率を変化させた場合の歪の影響を目視評価した結果である。高輝度画素１ａと低輝度画素１ｂの面積比率（以下、明暗の面積比率と略記する）が１：１から１：１５の広い範囲で効果が得られ、特に明暗の面積比率が１：７から１：３にかけて大きな効果が得られている。なお、明暗の面積比率が当該範囲を外れると歪の分散が片方に偏るので効果が得られなくなる。このように画像を電気的に処理するだけで、液晶パネルの画素構造に一切手を加えず視野角の歪の影響を大きく軽減できる。
【００３３】
ところで、本実施例の画像処理はパーソナルコンピュータ等のシステム側装置から液晶表示装置に映像信号が入力された後に行っている。具体的には液晶表示装置に実装されているコントロールＩＣ等のインタフェース回路で画像処理を行い、液晶パネルを駆動するソースドライバＩＣに映像信号を伝達している。しかしながら、同様の画像処理は必ずしもこの段階で行う必要はない。例えばパーソナルコンピュータ等のシステム側装置に備えられているビデオ処理チップで当該画像処理機能を持たせることで、より安価にすることが可能である。また、ＯＳやソフトウェアに画像処理機能を持たせて実現することも可能である。
【００３４】
図５は、縦方向の画素ピッチが０．３ｍｍの液晶パネルに画像処理を施した場合、画素の明暗のざらつき感が視認できるか否かの主観評価結果を示す図である。被験者が画面から離れると隣接する画素間の輝度差が見え難くなるのでざらつきは目立たなくなる。また、面積比率が１：１に近付くと明るい画素と暗い画素との間隔が小さくなるのでざらつきは目立ちにくくなる。街頭での公衆向け表示装置等では、人と表示装置は１〜２ｍ離れた状態での使用を想定すればよいので０．３ｍｍピッチのパネルでも十分な効果が得られる。またパソコンのモニタ等の用途では使用者と画面との距離が近付いた状態で使用することになるので、使用者と画面との距離は２０ｃｍ程度となることを想定せねばならない。画素の明暗の比率を４：１２とした場合、６０ｃｍ程度の距離までざらつきが視認されるが、画素ピッチが０．１ｍｍ程度の液晶パネルにすれば当該用途にも十分適用できると考えられる。
【００３５】
［実施例１−２］
次に、本実施の形態による実施例１−２について図６を用いて説明する。実施例１−１では所定の画素領域の中で高輝度画素と低輝度画素に別ける、いわゆる空間的な画像処理方法であったが、本実施例では所定の時間間隔で明るくしたり暗くしたりする、いわゆる時間的画像処理方法である点に特徴を有している。
【００３６】
図６は本実施例の画像処理を説明する図である。ある１つの画素において未処理画像の輝度レベルＡより明るくするフレーム（以下、高輝度フレームという）Ｔ１と暗くするフレーム（以下、低輝度フレームという）Ｔ２とを設ける。フレームＴ１では輝度レベルＢ（輝度レベルＢ＞輝度レベルＡ）とし、フレームＴ２では輝度レベルＣ（輝度レベルＣ＜輝度レベルＡ）とする。各フレームでの輝度レベルは、高輝度フレームＴ１と低輝度フレームＴ２との組み合わせによる平均的な輝度が未処理画像の輝度と同じになるように設定する。本実施例による時間的画像処置方法によれば、実施例１−１と全く同様に歪の緩和を実現することができる。
【００３７】
図６では明暗への変換を１：３の比率で時間的に行う例を示している。１つの高輝度フレームＴ１に対して連続して３回の低輝度フレームＴ２が続くようにする。この１つの高輝度フレームＴ１と３つの低輝度フレームＴ２とを１組Ｔとして当該組Ｔを時系列に繰り返す。これを画面全体で行うと実施例１−１と同様に画面のざらつき等を抑制できるが、一方でフリッカが視認されてしまう。フリッカは６０Ｈｚ成分になれば見えないことが分かっている。フレーム周波数を６０Ｈｚとして駆動した場合、高輝度フレームＴ１による１５Ｈｚ成分のフリッカが視認される。高輝度フレームＴ１と低輝度フレームＴ２の比率を１：１にすればフリッカ要因を３０Ｈｚにできるのでフリッカをかなりの程度軽減することができる。さらに高輝度フレームＴ１と低輝度フレームＴ２の比率を１：１としてフレーム周波数を１２０Ｈｚまで高くするとフリッカ要因は６０Ｈｚになるため、人間の目ではフリッカが見えなくなる。
【００３８】
なお、本実施例による画像処理方法の実施は、実施例１−１に記載したのと同様に、ＬＣＤ側で行ってもよいしシステム側で行ってももちろんよい。
【００３９】
［実施例１−３］
次に、本実施の形態による実施例１−３について図７乃至９を用いて説明する。本実施例では実施例１−１の画像処理法と実施例１−２の画像処理法を組み合わせることで、ざらつきとフリッカの両方をさらに見え難くする点に特徴を有している。本実施例では実施例１−２のように画面全体の明暗をフレーム毎に一括で変化させるのではなく、実施例１−１のように所定の画素単位内で高輝度画素と低輝度画素とに分割し、さらにフレーム毎に明暗を変化させる。
【００４０】
図７は本実施例の画像処理方法を説明するために、ＬＣＤの表示領域の所定画素群を模式的に示しており、具体的には、４×４のマトリクス状の１６個の画素を１つの単位として捉え、各画素の明暗を設定した例を示している。図７（ａ）では各フレームでの１６画素の明暗を、高輝度画素同士が端辺で隣り合わないようにしつつ１：３の比率に分割しており、図７（ｂ）では各フレームでの１６画素の明暗を、高輝度画素同士が端辺で隣り合わないようにしつつ１：１の比率に分割している。さらに、画素毎の明暗を所定のフレーム数毎に変化させるようにする。例えば、図７（ａ）ではフレーム毎の明暗が各画素について１：３の周期で変化するように設定されている。例えば画素５に着目すると、画素５は第１フレームから第４フレームに亘って明−暗−暗−暗と変化する。
【００４１】
図７（ｂ）ではフレーム毎の明暗が各画素について１：１の周期で変化するように設定されている。例えば画素６に着目すると、画素６は第１フレームから第４フレームに亘って明−暗−明−暗と変化する。
【００４２】
第１フレームから第４フレームの期間を６０Ｈｚとして明暗の時間比を１：１に設定して表示品位を確認したところ、ざらつき感が十分に緩和されフリッカも視認されない表示を実現することができた。
【００４３】
図８は本実施例におけるざらつきの影響を目視評価した結果である。図５と比較してざらつきが非常に緩和されていることが分かる。従って、パソコン用モニタのように液晶表示装置を使用者に近付けて使用する場合にも適用可能であり、視野角依存性の高い改善効果をほとんどの用途で得ることができるようになる。
【００４４】
さらにテレビ用途等の動画表示に限定した場合、画像が動いていることからざらつきの認識はいっそう困難になる。図９は動画表示でのざらつきの影響を目視評価した結果であり、当該結果は本実施例の画像処理法を動画表示用途限定の製品に適用するとざらつき感を気にすることなく使用できることを示している。
【００４５】
なお、本実施例による画像処理方法の実施は、実施例１−１に記載したのと同様に、ＬＣＤ側で行ってもよいしシステム側で行ってももちろんよい。
【００４６】
図１０は、図３５（ｂ）におけるものと同一の映像をＭＶＡ−ＬＣＤに表示させ、正面と斜めから同一条件のデジタルカメラで撮影した映像の赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）３原色の階調ヒストグラムを示している。横軸は階調（例えば０〜２５５の２５６段で、０に近付くほど高輝度となる）を表し、縦軸は存在割合（％）を表している。従来技術の問題を示す図３５（ｂ）では、斜め方向の色の分布が接近して本来の色の表示が失われていたが、本実施の形態を適用すると、図１０に示すように、特に緑（Ｇ）の分布が赤（Ｒ）から離れて本来の色に近付いていることが分かる。正面に比べて相対的に暗くなっているのは、バックライトの輝度分布が正面に比べて斜めで暗くなっているからであって、ＬＣＤが原因ではない。
以上説明したように本実施の形態によれば、極めて容易に視野角が広く色再現性に優れた画像処理方法及びそれを用いた液晶表示装置を実現することができる。
【００４７】
〔第２の実施の形態〕
次に、本発明の第２の実施の形態による画像処理方法及びそれを用いた液晶表示装置について図１１乃至図２２を用いて説明する。本実施の形態では、黒輝度が視角の影響を最も受け難い垂直配向型液晶表示装置を用いて中間調の色再現性を改善することを目的とし、特に、当該液晶表示装置の欠点である斜め方向の表示変化を容易な手法で十分に減らすことができる画像処理方法及びそれを用いた液晶表示装置を提供する。
【００４８】
本実施の形態では同一階調の入力映像信号を複数の異なる階調に変換することができ、階調視角特性改善効果を容易に得ることができる画像変換処理方法について説明する。まず、図６及び図７を再度用いて本実施の形態の画像処理方法の基本原理を説明する。本実施の形態による画像処理方法は、実施例１−２のように画面全体の明暗をフレーム毎に一括で変化させるのではなく、実施例１−３のように所定の画素単位内で明るい画素と暗い画素に分割し、さらにフレームごとに明暗を変化させて階調視角特性の改善を図ることを基本概念としている。
【００４９】
このような画像処理は、例えば６ｂｉｔのソースドライバＩＣのように出力階調数が少なく、当該出力階調数以上の階調数、例えば８ｂｉｔの多階調表示（２５６階調）を出力するときに用いられ、ディザリング法として知られている。ディザリング法では２階調の明暗しか付けられないのに対し、本実施形態の画像処理法は２階調以上の階調差の明暗がつけられる点に特徴を有している。条件によっては２５０／２５５階調の輝度差を付けることも可能であり、従来のディザリング法とは全く異なる技術である。
【００５０】
高輝度画素と低輝度画素とにより画素間で輝度差を設けると正面での輝度を変えずに斜めから見たときの輝度を変えることができる。図１１は１２７／２５５階調の未処理画像に画像処理を施して画面斜め方向で得られる輝度を測定した結果を示している。横軸は高輝度画素と低輝度画素との階調差を示しており、縦軸は１２７／２５５階調の斜め方向の輝度を示している。図１１より明らかなように斜め方向の輝度は高輝度画素と低輝度画素との階調差を大きくするにしたがって下がる傾向を示している。当該特性を利用して未処理画像の階調毎に階調変換時の高輝度画素と低輝度画素との階調差を制御すれば、正面の画像の品質に影響を与えることなく斜め方向から見た画像の品質を改善することが可能になる。
【００５１】
図１２はパーソナルコンピュータ等のシステム側装置（以下、「システム装置」という）と液晶表示装置のブロック図であって、階調変換処理部を説明するための図である。図１２（ａ）は階調変換処理を液晶表示装置２４の構成部品であるインタフェース回路２５で行う例を示している。この場合、液晶表示装置２４側で全ての画像処理を行うのでシステム装置２６と液晶表示装置２４とのインタフェース仕様は従来と変わらず、液晶表示装置２４は従来の液晶表示装置との互換性を保つことができる。図１２（ｂ）はシステム装置２６に備えられた画像変換装置２７で画像処理を行い、画像処理後の映像信号を液晶表示装置２８に出力する例を示している。例えば、パソコンのビデオカードやビデオカメラ・デッキ等に備えられた画像処理用ＬＳＩの内部的な処理が該当する。図１２（ｃ）は液晶表示装置３０とシステム装置２６との間で例えばビデオカード２９等で映像信号を中継しながら変換する方法である。図１２（ｄ）はビデオカード等の物理的な機構は備えず、システム装置３１のプログラムでソフトウェア的に処理した後、液晶表示装置３２に出力する例を示している。図１２（ａ）から（ｄ）の何れの場合においても表示画面には同様の効果を得ることできる。
【００５２】
本実施の形態では実施例１−１と同様の効果を得ることができる。つまり、高輝度フレームと低輝度フレームとに分けることで歪の影響が２箇所に分散され、しかも歪影響評価数の値が小さくなるので斜め方向から見たときに観察される白っ茶け画像の発生を大幅に抑えることができるようになる。
【００５３】
図１３は本実施例における他の効果を説明する図であって、画素３３の断面構造の模式図である。垂直配向型液晶表示装置の画素３３は対向基板３４及びＴＦＴ基板３５の間に液晶が注入されている。対向基板３４には対向電極３６が形成され、対向電極３６上には液晶分子３９の倒れる方向を規定する突起４０が形成されている。対向電極３６及び突起４０上には配向膜３７が成膜されている。ＴＦＴ基板３５には画素電極３８及び配向膜３７が積層されている。ＴＦＴ基板３５側にはスリット４１が形成されており、突起４０と同様に液晶分子３９の倒れる方向を規定する。当該画素３３の構造では高速に液晶が応答する場合、画素３３領域内で微妙に応答の差が生じて当該応答差が表示品位に影響する。仮想円Ａに示す突起４０やスリット４１等の近傍では液晶分子３９の倒れる方向が明確なため液晶の応答が速い。しかし、突起４０やスリット４１等から離れた仮想円Ｂに示す領域では液晶分子３９の倒れる方向が不明確なため液晶の応答が遅い。従って、高速に明暗を繰り返すようにすれば、画素３３に同一の電圧を印加しても画素３３内で液晶分子３９の倒れる角度が理想状態とは異なって、非常に微細な面積で輝度が分割する面積ハーフトーン現象が起きる。面積ハーフトーン現象が生じると図４で説明したように歪の分散が生じるので視角特性が改善される。
【００５４】
以上説明したように本実施の形態によれば、斜めから見たときの輝度が正面から見たときの輝度より上がることに起因する歪が低減されるので表示全体が白っぽくなる現象を抑制することができる。さらに本実施の形態は画像処理という従来の容量結合によるＨＴ法に比べてはるかに容易な手段で同様の効果を得ることができる。
【００５５】
本実施の形態の効果を利用すれば、容量結合によるＨＴ法のように駆動電圧が高くなったり開口率が下がったりすることなく、斜め視角の画質を改善することができる。未処理画像を高輝度画素と低輝度画素に変換する際に、高輝度画素と低輝度画素との輝度差を変える。当該変換では正面の表示品位に影響を与えずに斜め方向の階調特性のみ変えることで、画像の鮮やかさを調整することができる。
【００５６】
以下、実施例を用いてより具体的に説明する。
［実施例２−１］
本実施の形態による実施例２−１を図１４乃至図１８を用いて説明する。図１４は、高輝度フレーム期間と低輝度フレーム期間を１：１の割合で分割した場合、未処理画像の階調を画像処理後に何階調に設定するかを求めるための階調変換テーブルである。グラフ中、実線で示す曲線Ａは高輝度フレームの階調変換特性を表し、破線で示す曲線Ｂは低輝度フレームの階調変換特性を表し、一点鎖線で示す曲線ＣはＲｅｆ（基準）を表している。例えば、未処理画像の輝度が１２８／２５５階調である場合、高輝度フレームは曲線Ａより２１５／２５５階調に変換され、低輝度フレームは曲線Ｂより０／２５５階調に変換される。それぞれのフレーム期間の比率は１：１であり、実際に液晶パネルに表示する変換後の輝度は当該両フレームの合成輝度になる。なお、当該変換を行っても正面の輝度は未処理画像の輝度を維持している。また、曲線Ｃに近付くに従い画像変換処理の効果は弱くなる。
【００５７】
当該階調変換テーブルは一例に過ぎない。階調変換における制限事項は階調変換の前後で正面輝度が変わらないということだけであり、当該制限事項を満たしていれば当該階調変換テーブル以外にも多くの階調変換テーブルが存在する。図１５は他の階調変換テーブルを示している。横軸は入力階調を表し、縦軸は出力階調を表している。図中の曲線Ａ、Ｂ、Ｃは図１４と同様の曲線を再度示している。曲線Ａと曲線Ｃとの間に示している■印等でプロットされた曲線は高輝度フレーム用の階調変換特性であり、曲線Ｂと曲線Ｃとの間に示している●印等でプロットされた曲線は低輝度フレーム用の階調変換特性である。先に示した図１１は１２７／２５５階調の未処理画像に画像処理を施したときの斜め６０°方向の輝度の測定結果を示している。図１１の画像処理は図１５の階調変換テーブルを用いており、正面輝度が未処理画像の輝度を維持するように高輝度フレームと低輝度フレームとの輝度差を設定している。図１１で明らかなように斜め６０°方向の輝度は高輝度フレームと低輝度フレームとの輝度差が大きいほど暗くなり、当該輝度差が小さいほど明るくなる。
【００５８】
なお、本実施例では高輝度フレームと低輝度フレームとのフレーム期間を等しく設定しているが、当該フレーム期間の比率を変えて、例えば低輝度フレームを多くして高輝度フレームを短くすると斜め方向の輝度の調整範囲を広げることができる。但し、比率が１：１からずれると高輝度フレームと低輝度フレームとを合わせたフレーム周期が伸びるためにちらつきが見えてしまう。この場合、使用者に不快感を与える可能性がある。当該ちらつきはフレーム周波数を高くすることで低減できる。例えば、高輝度フレームと低輝度フレームの各フレームの比率が１：１のときは最低限６０Ｈｚが必要であり、好ましくは７０Ｈｚ以上が望ましい。また、当該比率を１：３にすると最低限１２０Ｈｚが必要であり、好ましくは１５０Ｈｚ以上が望ましい。
【００５９】
次に階調変換テーブルを用いて一層鮮明な画像に変換する手法について説明する。図１６は画面の正面方向及び斜め６０°方向から見た階調−輝度（Ｇ−Ｌ）特性を示す図である。グラフ中□印でプロットされた実線で示す曲線Ａは未処理画像のＧ−Ｌ特性を示し、＊印及び△印でプロットされた実線で示す曲線Ｂ、Ｃは不図示の階調変換テーブルで変換を行って上方斜め６０°方向から見たＧ−Ｌ特性を示し、実線のみで示す曲線Ｄは正面方向のＧ−Ｌ特性を示している。なお、曲線Ｂと曲線Ｃはそれぞれ異なる階調変換テーブルで変換されている。曲線Ａ、曲線Ｂ及び曲線Ｃの特性を比較すると曲線Ａが最も明るく、曲線Ｃ、曲線Ｂの順に暗くなっている。また、曲線Ｂ及び曲線Ｃは高階調側ほど曲線Ａに近付いて高輝度になるように階調変換テーブルは設計されている。画像処理を行わない曲線Ａでは、斜め６０°方向の輝度は範囲Ｅで示す低階調側では正面方向の輝度より上がり高階調側では正面方向の輝度より下がるので映像の鮮やかさが失われ、さらに色純度が低下してしまう。しかし、階調変換テーブルを用いて変換した曲線Ｂや曲線Ｃでは、高階調側の輝度を下げずに低階調側の輝度のみ下げているので画像の鮮やかさを維持することができる。
【００６０】
ところが、図１７に示すような階調を有する画像の場合では曲線Ｂや曲線Ｃの基になった階調変換テーブルを用いても画像品位を上げる効果は薄い。例えば図１７（ａ）の場合、図中●印の３つの階調は何れも輝度が低下してしまうため、画質は鮮明にならない。これを改善するためには曲線Ｃよりもさらに曲線Ａに近くなる階調変換テーブルを用いる必要がある。しかし、この場合図１７（ｂ）に示すように全て曲線Ａと同様になってしまうので改善効果は全く得られなくなる。従って、１種類の階調変換テーブルを用いて変換した場合、表示画像によっては改善効果が得られない可能性がある。そこで、本実施例では図１８に示すように複数の階調変換テーブルを同時に用いることで表示画像毎に階調変換の大きさを変えれば本来画像が有している鮮明さを斜めから見ても実現できるようになる。
【００６１】
以上説明したように本実施例によれば、複数の階調変換テーブルを用いて画像処理を行うことで入力映像信号の高階調側の輝度を落とさずに低階調側の輝度のみ下げることができるので斜め方向の階調特性が変化して、斜めから見た表示画面の白っ茶けを防止でき良好な表示特性を得ることができる。
【００６２】
［実施例２−２］
次に、本実施の形態による実施例２−２について図１９を用いて説明する。本実施例では色（赤、緑、青：ＲＧＢ）毎に階調変換テーブルを備え、ＲＧＢ毎に階調変換テーブルを変えて画像処理を行う点に特徴を有している。正面から見たときに比べて斜めから見たときに輝度が上がってしまう現象は液晶の複屈折が原因である。複屈折の影響は光の波長で異なり低波長ほど大きな影響を受ける。従って、青、緑、赤の順に複屈折の影響を受ける。そこで、赤は高輝度画素と低輝度画素との輝度差が最も小さい階調変換テーブルを使用し、青は輝度差が最も大きい階調変換テーブルを使用し、緑は輝度差が赤より大きく青より小さい中間の階調変換テーブルを使用する。例えば図１８において赤は曲線Ａのような特性が得られるように変換し、緑は曲線Ｂのような特性が得られるように変換し、青は曲線Ｃのような特性が得られるように変換する。また、赤だけ輝度差を小さくしても効果がある。これは人間が肉や肌色など赤を基調とする色に対して敏感に反応するためである。また、緑だけ輝度差を大きくしても効果がある。これは人間の視感度が緑色に対して最も高いためである。本実施例は画像の鮮やかさを大きく改善できるが、斜めから見たときに画像全体が若干特定の色に色付いてしまう。例えば斜めから見たときの輝度を上げるために輝度差を小さくして赤を変換すると灰色等が赤色に色付いて全体的に赤い印象を受けることになる。
【００６３】
次に、本実施例の階調変換方法について図１９を用いて具体的に説明する。図１９は本実施例の階調変換方法のフローチャートである。まず、映像信号が入力される（ステップＳ１）。次に当該入力映像信号の色を判断して赤と判断すると（ステップＳ２）、高輝度画素と低輝度画素との輝度差が最小の階調変換テーブルを選択し（ステップＳ３）、変換処理が行われる（ステップＳ７）。入力映像信号の色が緑と判断（ステップＳ４）すると高輝度画素と低輝度画素との輝度差が中程度の階調変換テーブルを選択し（ステップＳ５）、変換処理が行われる（ステップＳ７）。入力映像信号が赤、緑の何れでもない場合は高輝度画素と低輝度画素との（ステップＳ７）。以上の動作を繰り返して階調変換が行われる。
【００６４】
以上説明したように本実施例によれば、ＲＧＢ毎に階調変換テーブルを変えて画像処理を行うので斜めから見た表示画面の白っ茶けを防止でき色純度の優れた表示特性を得ることができる。
【００６５】
［実施例２−３］
次に、本実施の形態による実施例２−３について図２０を用いて説明する。本実施例ではＲＧＢの輝度差を比較して階調変換テーブルを色毎に使い分ける点に特徴を有している。ＲＧＢの輝度差の比較は画面全体で行ってもよいし、所定の範囲で行ってもよいし、あるいは１画素を構成するＲＧＢで行ってもよい。未処理画像の階調が最も高輝度側に分布している色には高輝度画素と低輝度画素との輝度差が最も小さい階調変換テーブルを使用する。ＲＧＢの輝度差が非常に大きい場合は変換処理を行わなくてもよい。また、当該最も高輝度側に分布している色以外の色は輝度差が大きい階調変換テーブルを使用する。これにより画像全体の色調だけでなく、局所的に色調が異なるような画面等、全ての画面で鮮やかさが増して斜めから見ても非常に美しい映像が得ることができる。
【００６６】
次に、本実施例の階調変換方法について図２０を用いて具体的に説明する。図２０は本実施例の階調変換方法のフローチャートである。まず、映像信号が入力される（ステップＳ１１）。次に当該入力映像信号の色のうち、階調が最も高輝度側に分布している色を判断する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２において階調が最も高輝度側に分布している色が判断されると、当該最も高輝度側の色と判断された色と他の色との輝度を比較する（ステップＳ１３）。当該他の色に同じ輝度を有する色がない場合は高輝度画素と低輝度画素との輝度差が最小の階調変換テーブルを選択し（ステップＳ１４）、変換処理が行われる（ステップＳ１５）。ステップＳ１３において同じ輝度を有する色がある場合は高輝度画素と低輝度画素との輝度差が最大の階調変換テーブルを選択し（ステップＳ１６）、変換処理が行われる（ステップＳ１５）。ステップＳ１２において階調が最も高輝度側に分布している色と判断されなかった他の色は高輝度画素と低輝度画素との輝度差が最大の階調変換テーブルを選択し（ステップＳ１６）、変換処理が行われる（ステップＳ１５）。以上の動作を繰り返して階調変換が行われる。
【００６７】
以上説明したように本実施例によれば、ＲＧＢの輝度差を比較して階調変換テーブルを色毎に使い分けて画像処理を行うので、斜めから見た表示画面の白っ茶けを防止でき、より色純度の優れた表示特性を得ることができる。
【００６８】
［実施例２−４］
次に、本実施の形態による実施例２−４について説明する。本実施例ではＲＧＢの色毎ではなく所定の範囲内の輝度分布に対する特定画素の輝度について同様の処理を行う。または、ある画素の輝度と当該画素に隣接する１からｎ個の画素の輝度との関係で輝度差を変える点に特徴を有している。本実施例は色を重視せず白黒の明るさの階調を重視する場合に効果的である。また白黒表示の画像やＲＧＢ画素を有していない白黒表示の画像装置に対しても有効である。
【００６９】
［実施例２−５］
次に、本実施の形態による実施例２−５について図２１及び図２２を用いて説明する。本実施例では未処理画像の階調差が極めて小さい範囲内で階調の大小の関係が入れ替わる場合に最適な画像変換方法である点に特徴を有している。図２１は画像変換方法について説明する図である。図２１（ａ）に示すように表示領域の所定の場所（１）、（２）、（３）は赤の階調が緑の階調より１乃至３高いので、赤は高輝度画素と低輝度画素との輝度差が大きい階調変換テーブルで変換され、緑は輝度差が中程度の階調変換テーブルで変換される。表示領域の所定の場所（４）は赤と緑の輝度が等しいため、赤及び緑共に輝度差が中程度の階調変換テーブルで変換される。表示領域の所定の場所（５）、（６）、（７）は緑の階調が赤の階調より１乃至３大きいので、緑は輝度差が大きい階調変換テーブルで変換され、赤は輝度差が中程度の階調変換テーブルで変換される。このようにＲＧＢの階調差が小さい範囲で階調変換テーブルが入れ替わるよう画像の場合、階調によっては階調変換テーブルの切り替わりによる輝度差が本来の階調差に比べて大きくなって不自然な画像になる場合がある。例えば画面を斜めから見ると緑−赤−緑−赤のストライプが表示される場合がある。同図においては場所（３）及び（５）の輝度より場所（４）の輝度が低下して不自然な表示となる。そこで図２１（ｂ）のようにＲＧＢの階調差が小さい場合には中間的な階調変換テーブルを使用する。ＲＧＢの階調が入れ替わる前後の階調変換テーブルを徐々に切り替えると階調変換後の輝度が本来の輝度より大きくならないので、表示異常の発生を防ぐことができる。
【００７０】
当該階調変換テーブルは液晶表示装置の記憶部に予め用意しておいてもよい。
あるいは階調差に合わせて算出してもよい。階調変換テーブルを予め用意するためには階調変換テーブル用の記憶容量が大規模になることから計算で導出するほうが望ましい。また、当該変換は予め入力された階調に対して選択可能な高輝度画素及び低輝度画素の組み合わせから適切な値を出力するファンクション機能を備えることで容易に実現できる。例えばファンクション機能は２次方程式等で近似した変換式でよい。あるいは記憶部に階調変換テーブルを予め備えていてもよい。
【００７１】
次に、本実施例の階調変換方法について図２２を用いて具体的に説明する。図２２は本実施例の階調変換方法のフローチャートである。まず、映像信号が入力される（ステップＳ２１）。次に当該入力映像信号の色より明るい色が存在するかを判断する（ステップＳ２２）。ステップＳ２２において当該入力映像信号の色より明るい色が存在しないと判断したら、ステップＳ２３に移行して同一輝度の色が存在するか否かを判断する。当該他の色に同じ輝度を有する色がない場合は高輝度画素と低輝度画素との輝度差が最小の階調変換テーブルを選択し（ステップＳ２４）、変換処理が行われる（ステップＳ２５）。
【００７２】
ステップＳ２３において同じ輝度を有する色がある場合は、高輝度画素と低輝度画素との輝度差が中程度の階調変換テーブルを選択し（ステップＳ２９）、変換処理が行われる（ステップＳ２５）。
【００７３】
ステップＳ２２において当該入力映像信号の色より明るい色が存在すると判断したら、次にステップＳ２６に移行して、当該入力映像信号の色より暗い色が存在するか否かを判断する。当該入力映像信号の色より暗い色が存在する場合にはステップＳ２９に移行して高輝度画素と低輝度画素との輝度差が中程度の階調変換テーブルを選択し、変換処理が行われる（ステップＳ２５）。
【００７４】
ステップＳ２６で当該入力映像信号の色より暗い色が存在しない場合には、ステップＳ２７に移行して当該最も高輝度側の色と判断された色と他の色との輝度を比較する。当該他の色に同じ輝度を有する色がある場合は高輝度画素と低輝度画素との輝度差が中程度の階調変換テーブルを選択し（ステップＳ２９）、変換処理が行われる（ステップＳ２５）。ステップＳ２７において同じ輝度を有する色がない場合は高輝度画素と低輝度画素との輝度差が最大の階調変換テーブルを選択し（ステップＳ２８）、変換処理が行われる（ステップＳ２５）。
【００７５】
以上説明したように本実施例によれば、ＲＧＢの階調が入れ替わる前後の階調変換テーブルを徐々に切り替えると階調変換後の輝度が本来の輝度より大きくならないので、表示異常の発生を防ぐことができる。
【００７６】
以上のように本実施の形態によれば、液晶表示装置の欠点である斜め方向の表示変化を容易な手法で極めて減らすことができる画像処理方法及び液晶表示装置を実現することができる。
【００７７】
〔第３の実施の形態〕
次に、本発明の第３の実施の形態について図２３乃至図３２を用いて説明する。本実施の形態の目的は、動画像表示において視野角が広く色再現性に優れた画像処理方法及びそれを用いた液晶表示装置を提供することにある。
【００７８】
第２の実施の形態で説明したように、図１４に示す階調変換テーブルに基づいて輝度を２値に分離して、画面内の画素に当該分離した輝度を割り当てて表示したり、あるいは当該分離した輝度を所定のフレーム周期で繰り返して表示することで、正面輝度を変えずに斜めから見た輝度が制御できる。以下では当該新技術をハーフトーン駆動（Ｈａｌｆ Ｔｏｎｅ Ｄｒｉｖｅ：ＨＴＤ）技術と呼ぶことにする。階調を変換する階調変換テーブルは先に示した図１５に例を挙げているがこれ以外にも無数に存在する。さらにＨＴＤ技術ではカラー表示を行うＲＧＢ画素毎の階調を比較して暗い色の画素ほど画像処理での明暗の輝度差を大きくし、明るい色の画素ほど輝度差を小さくするように変換する。これにより斜めから見たときの色毎の輝度差が大きくなって正面から見た鮮やかな色が斜めから見ても再現できる。さらにＨＴＤ技術と駆動極性との組み合わせによりフリッカを防止することも可能である。なお、ＨＴＤ技術の改善効果の原理は図１８等を用いて説明した実施例２−１と同様である。
【００７９】
ＨＴＤ技術によって斜めから見たときの画像の色抜け現象は大きく改善されるが、動画像を表示したときに一部の画像で表示に異常が発生することがある。図２３は当該表示異常の発生原理を説明する図である。図２３（ａ）はＲＧＢ画素の輝度変化の時間推移とＧ画素４２、４３の輝度の変化を示す図である。横軸は時間（フレーム）を表し、縦軸は輝度を表している。また、図中実線で示す直線ＡはＧ画素の輝度変化を表し、破線で示す直線ＢはＲ画素の輝度変化を表し、一点鎖線で示す直線ＣはＢ画素の輝度変化を表している。
【００８０】
図２３（ａ）に示すように、ＲＧＢの輝度が緑、赤、青の順に高く、赤及び緑と青との輝度差が非常に大きい画像がある。当該画像の一部に緑の輝度が徐々に下がり赤の輝度と等しくなって、その後、赤の輝度より低くなる動画像が含まれている。当該動画像が画面内を移動しているとき第ｎフレームから第ｎ＋１フレームになると特定位置でＧ画素は画面内で最も明るい輝度を有している状態から２番目に明るい輝度を有している状態に突然変化する。
【００８１】
Ｇ画素が最も明るい輝度を有している第ｎフレームまでは高輝度画素と低輝度画素との輝度差が小さい階調変換テーブルが用いられてＨＴ処理が行われる。しかし、Ｇ画素が２番目に明るい輝度を有している第ｎ＋１フレームから第ｎ＋６フレームでは高輝度画素と低輝度画素との輝度差が大きい階調変換テーブルが用いられてＨＴ処理が行われる。従って、第ｎフレームから第ｎ＋１フレームになるとＨＴ処理の階調変換が急に変化して高輝度画素と低輝度画素との輝度差は小から大へと変化する。
【００８２】
図２３（ｂ）はＧ画素４２、４３の液晶の光学応答特性を示している。横軸は時間（フレーム）を表し、縦軸は透過率を表している。図中の実線で示す曲線Ｄ、ＥはＧ画素４２、４３の光学応答を表し、破線で示す直線Ｆ、ＧはＧ画素４２、４３の理想的な輝度レベルを表している。図２３（ｂ）に示すように、高輝度画素と低輝度画素との輝度差大の期間Ｈは液晶の応答速度がフレーム毎の輝度変化に完全に追随できない。
【００８３】
ところが、第ｎフレームでは高輝度画素と低輝度画素との輝度差が小さいため低輝度画素であっても実際の輝度は高く第ｎフレームと第ｎ＋１フレーム間の実際の輝度差は小さくなって、第ｎ＋１フレームでは液晶の応答速度がフレーム毎の輝度変化に追随でき、当該フレーム以降の期間Ｈよりも輝度が高くなってしまう。従って、表示画面には階調変換テーブルが切り替わるときに明るい異常な表示むらが表示されてしまう。再び緑が赤より明るくなる第ｎ＋７フレームでも同様の原因により表示に異常が発生する。
【００８４】
このようにＲＧＢ各画素間のわずかな階調差で変換テーブルが急激に切り替わる部分で表示不良が発生することになる。また、低階調の画像では高輝度画素と低輝度画素との輝度差が自ずと小さくなるため、正面輝度よりも斜めの輝度が増加して色が白く抜ける現象を防ぐ効果が減少してしまう問題を有している。
【００８５】
本実施の形態では色毎の階調が緩やかに接近し順番が入れ替わるような動画像を有している画像において、同じ入力階調に対して変換される高輝度画素と低輝度画素との輝度差が急激に変化するために発生する表示異常を改善できる点に特徴を有している。
【００８６】
以下実施例により具体的に説明する。
［実施例３−１］
本発明の第３の実施の形態による実施例３−１について図２４及び図２５を用いて説明する。図２４は実施例３−１の画像変換の原理を説明するための図である。第ｎフレームで画素Ｂより輝度が高かった画素Ａが第ｎ＋１フレームで画素Ｂより画輝度が低くなる場合、画素Ａについて高輝度画素と低輝度画素との輝度差が大きく変化しないように第ｎ＋１フレームで輝度の変化を低く抑える処理を施すと表示不良の発生が防止できる。このように動画像における表示不良を防止するためには高輝度画素と低輝度画素との急激な輝度差が起きないようにすることが重要である。
【００８７】
本実施例ではフレーム間で輝度の急激な変化を緩和するため、フレームメモリを利用して前後のフレームの階調変化の様子を評価して、輝度差を大きく変化させずに１フレーム又は複数フレームで輝度変化を緩和する。図２５はＲＧＢの輝度が緑、赤、青の順に高く、赤及び緑と青との輝度差が非常に大きい動画像の緑の輝度が徐々に下がり赤の輝度より低くなる画像における本実施例の画像変換処理方法を説明するための図である。図２５（ａ）は従来のＨＴ処理を施した場合の液晶の光学応答を示している。横軸はフレームを表し、縦軸は輝度を表している。また、図中実線で示す直線ＡはＧ画素の輝度変化を表し、破線で示す直線ＢはＲ画素の輝度変化を表し、一点鎖線で示す直線ＣはＢ画素の輝度変化を表している。また、図中の実線で示す曲線ＤはＧ画素４４の光学応答を表し、破線で示す直線ＦはＧ画素４４の輝度レベルを表している。
【００８８】
図２３を用いて説明したように輝度の順番が入れ替わる第ｎフレームで輝度が高くなる異常な表示むらが生じてしまう。そこで、フレームメモリ内の画像データを比較してフレーム間で、ある色の輝度の順位が下がって階調変換テーブルの高輝度画素と低輝度画素との輝度差が大きくなる場合、図２５（ｂ）から図２５（ｄ）に示すように強制的に輝度が下がる処理を行う。第１の手法は図２５（ｂ）に示すように、階調変換テーブル切り替え直後の第ｎ＋１フレームにおいて、高輝度画素にする画素を強制的に暗い状態にする。こうすることで当該画素は次に高輝度画素にする第ｎ＋３フレームまで暗い状態のままである。
【００８９】
第２の手法は図２５（ｃ）に示すように、階調変換テーブル切り替え直後の第ｎ＋１フレームにおいて、高輝度画素の輝度を下げる。第３の手法は図２５（ｄ）に示すように、階調変換テーブル切り替え直後の第ｎ＋１フレームにおいて、本来高輝度画素にすべきところを１フレームだけＨＴ処理を行わずに入力された階調通りの輝度を出力する。これらの手法を実施すると階調変換テーブルが切り替わるような部分を持つ動画像が画像内を動いても表示不良は見られなくなる。
なお、第ｎ＋７フレームについても同様の手法で表示異常を防止することができる。
【００９０】
以上説明したように本実施例によれば、ＲＧＢの各画素の輝度が近接していて、当該ＲＧＢ画素の輝度の順番が入れ替わるときに生じる表示異常を抑制することができ、良好な表示特性を得ることができる。
【００９１】
［実施例３−２］
次に、本実施の形態による変形例３−２について図２６乃至図２８を用いて説明する。本実施例では従来と同様にＲＧＢ画素の輝度の順番で階調変換の高輝度画素と低輝度画素との輝度差を変化させるが、ＲＧＢ画素の輝度差が接近するに従って当該変換の輝度差を徐々に変化させる点に特徴を有している。図２６は本実施例における画像変換処理方法を説明するための図である。図２６中の実線で示す曲線ＡはＲ画素の入力映像信号の階調を示し、破線で示す曲線ＢはＧ画素の入力映像信号の階調を示し、一点鎖線で示す直線ＣはＢ画素の入力映像信号の階調を示している。さらに、同図中の▲及び△印でプロットされた曲線Ｄ、ＥはＲ画素のＨＴ処理後の階調を示し、■及び□印でプロットされた曲線Ｆ、ＧはＧ画素のＨＴ処理後の階調を示し、×及び＊印でプロットされた曲線Ｈ、ＩはＨＴ処理後のＢ画素の階調を示している。図２６に示すように表示位置１５乃至３０で高輝度画素と低輝度画素との輝度差を徐々に変化させているのでＨＴ処理後の階調も徐々に変化していることが分かる。なお、十分に階調が離れている場合は基本の階調変換テーブルを使用する。
【００９２】
本実施例では空間的に輝度が急激に変化する画像の表示異常を緩和する。すなわち、ＲＧＢの色の輝度順だけでなく輝度差も考慮して階調変換を行う。輝度差が小さいほど階調差を小さくすることで急激な変化を緩和することができる。
【００９３】
図２７は入力階調に対する階調変換テーブルの選択推移を説明するための図である。図２７（ａ）はある画像のＲＧＢ各色の階調分布を示している。横軸は時間を表し、縦軸は階調を表している。また、図中実線で示す直線はＧ画素の階調変化を表し、破線で示す直線はＲ画素の階調変化を表し、一点鎖線で示す直線はＢ画素の階調変化を表している。図２７（ｂ）は図２７（ａ）のように各色の階調が徐々に接近する場合の階調変換テーブルの切り替え方法を示している。この例ではＲＧＢの３色に合わせて階調変換テーブルは３セット、合計６テーブルが用意されている。最も明るい色が使用する階調変換テーブルは高輝度側Ａｈ（ｘ）及び低輝度側Ａｌ（ｘ）であり、当該階調変換テーブルは他の階調変換テーブルに比べて輝度差が最も小さくなるように設定されている。最も暗い色で使用する階調変換テーブルは高輝度側Ｃｈ（ｘ）及び低輝度側Ｃｌ（ｘ）であり、他の階調変換テーブルに比べて輝度差が最も大きくなるように設定されている。２番目に明るい色の階調変換テーブルは高輝度側Ｂｈ（ｘ）及び低輝度側Ｂｌ（ｘ）であり、高輝度側Ａｈ（ｘ）及び低輝度側Ａｌ（ｘ）の輝度差より大きく且つ高輝度側Ｃｈ（ｘ）及び低輝度側Ｃｌ（ｘ）の輝度差より小さくなるように階調変換テーブルが設定されている。
【００９４】
Ｇ画素とＲ画素との階調差が十分に離れていればＧ画素は高輝度側Ａｈ（ｘ）及び低輝度側Ａｌ（ｘ）の階調変換テーブルが使用される。ところが図２７（ａ）に示すようにＧ画素とＲ画素との階調が徐々に近付いてＧ画素とＲ画素との階調差ｎが設定値Ｎ以下になると、Ｇ画素の変換値はＲ画素に近付いて行く（期間Ａ）。このときのＧ画素の変換値の高輝度側をＧｒｅｅｎ＿ｈとすると、Ｇｒｅｅｎ＿ｈ＝Ｂｈ（ｘ）−｛Ｂｈ（ｘ）−Ａｈ（ｘ）｝×ｎ／Ｎとなる。また、低輝度側をＧｒｅｅｎ＿ｌとすると、Ｇｒｅｅｎ＿ｌ＝Ｂｌ（ｘ）＋｛Ａｌ（ｘ）−Ｂｌ（ｘ）｝×ｎ／Ｎとなる。従って、高輝度側Ｇｒｅｅｎ＿ｈ及び低輝度側Ｇｒｅｅｎ＿ｌは図中に実線で示しているように、階調差ｎにより直線的に補間されてｎ＝０になると中間的なＢｈ（ｘ）及びＢｌ（ｘ）の階調変換テーブルに収束することになる。
【００９５】
Ｒ画素とＢ画素との階調差が十分に離れていればＢ画素は高輝度側Ｃｈ（ｘ）及び低輝度側Ｃｌ（ｘ）の階調変換テーブルが使用される。ところが図２７（ａ）に示すようにＲ画素とＢ画素の階調が徐々に近付いてＲ画素とＢ画素との階調差ｎが設定値Ｌ以下になると、同図（ｂ）に示すようにＢ画素の変換値はＲ画素に近付いて行く（期間Ｂ）。このときのＢ画素の変換値の高輝度側をＢｌｕｅ＿ｈとすると、Ｂｌｕｅ＿ｈ＝Ｂｈ（ｘ）＋｛Ｃｈ（ｘ）−Ｂｈ（ｘ）｝×ｎ／Ｌとなる。また、低輝度側をＢｌｕｅ＿ｌとすると、Ｂｌｕｅ＿ｌ＝Ｂｌ（ｘ）−｛Ｂｌ（ｘ）−Ｃｌ（ｘ）｝×ｎ／Ｌとなる。従って、高輝度側Ｂｌｕｅ＿ｈ及び低輝度側Ｂｌｕｅ＿ｌは図中に破線で示しているように、階調差ｎにより直線的に補間されてｎ＝０になると中間的なＢｈ（ｘ）及びＢｌ（ｘ）の階調変換テーブルに収束することになる。
【００９６】
すなわちＲＧＢの階調が近接すると、全ての色の階調変換テーブルは中間的な階調変換テーブルＢｈ（ｘ）及びＢｌ（ｘ）が使用される。また、階調変換テーブルは階調差が大きくなるに従い明るい色用の階調変換テーブルＡｈ（ｘ）及びＡｌ（ｘ）と暗い色用の階調変換テーブルＣｈ（ｘ）及びＣｌ（ｘ）のいずれかに直線的に近付いていくことになる。この結果、表示異常が生じやすい動画においても、急激にＨＴの階調変換テーブルの輝度差がつくことはないため、表示異常が生じることはない。設定値Ｎ及びＬが大きいほど階調変換テーブルは緩やかに変化するので表示不良は発生しにくいが、ＨＴＤの効果が弱まる。図２７（ｃ）は設定値Ｎと表示不良防止効果及びＨＴＤ効果との関係を目視評価した結果を示している。図中の○印は全ての画像に対して良好は表示が得られることを表し、△印は特定の画像によっては表示異常が発生することを表し、×印は全ての画像に対して表示異常が発生することを表している。２５５階調表示に対して設定値Ｎは２以上６４以下が良好な範囲であるといえる。
【００９７】
以上説明したように本実施例によれば、ＲＧＢの各画素の輝度が近接していて、当該ＲＧＢ画素の輝度の順番が入れ替わるときに生じる表示異常を抑制することができ、良好な表示特性を得ることができる。
【００９８】
Ｇｒｅｅｎ＿ｈ等の直線的に補間する階調変換テーブルを用いるだけでは十分といえない場合もある。図２８はある設定条件において明暗の輝度差の組み合わせによる等輝度分布の実測結果を示している。図２８（ａ）に示すように等輝度分布はかなり湾曲している。図２８（ｂ）に示すように直線的な補間では当該輝度分布の中を設定値が直線的に移動することになるので、いくつかの帯を横切り正面輝度が変化して表示むらが生じることになる。
【００９９】
横軸は低輝度側の階調を表し、縦軸は高輝度側の階調を表している。図中の左上の帯群は低輝度側階調及び高輝度側階調との組合せで得られる輝度分布を示している。帯が等しい領域は正面輝度が等しいことを意味している。なお、低階調同士の組合せの領域はグラフが複雑になるため図示を省略した。また、高輝度側階調は低輝度側階調以上であるので右下の領域にはデータが存在しない。仮にデータが存在するとしたら、図中Ｒｅｆで示す高輝度側階調と低輝度側階調とが等しい線で線対称な特性になる。
前述したように帯内では正面の輝度は等しいが、斜めからの輝度は異なる。左上にいくほど明暗の階調差が大きくなるため同じ帯内であれば暗い表示となる。
そこで表示むらのない表示を実現するために、いくつかの手法を実施例３−３以降で説明する。
【０１００】
［実施例３−３］
次に、本実施の形態による実施例３−３について図２９を用いて説明する。本実施例では階調変換テーブルを３セット、６テーブルだけでなく、最大輝度用階調変換テーブルと中間輝度用階調変換テーブルの間にさらに中間的な階調変換テーブルを設定して４セット、８テーブルにした点に特徴を有している。図２９に示すように階調変換テーブルの数を増やせば増やすほど補間距離が短くなり、湾曲していても誤差が減少して大きな効果を得ることができる。従って、階調変換テーブル数を増加することは極めて有効な手法といえる。本実施例では複数の階調変換テーブルを記憶部に有していなければならない。当該画像処理を電気的にインタフェース回路で行うと記憶部の容量が増加して高コストに繋がる。また、階調変換テーブルを有していなくても計算アルゴリズムで２又はそれ以上の直線による補間や曲線による補間が可能であり、複数の階調変換テーブルで画像処理を行ったときと同様の効果を得ることができる。
【０１０１】
以上説明したように本実施例によれば、複数の階調変換テーブルを用いるので階調変換後の同一階調データが湾曲している等輝度分布の帯を横切ることがなく表示むらの発生を防ぐことができる。
【０１０２】
［実施例３−４］
次に、本実施の形態による実施例３−４について図３０及び図３１を用いて説明する。本実施例では直線的な補間で輝度が変化しないように液晶パネルを駆動するソースドライバＩＣの出力階調―輝度特性を調整して輝度分布が直線的になるようにしている点に特徴を有している。図３０（ａ）は当該出力階調−輝度特性の調整前の輝度分布を示しており、図３０（ｂ）は調整後の輝度分布を示している。輝度分布が直線的であれば直線的に補間する階調変換テーブルでも等輝度分布の帯を横切ることがないので記憶部や計算アルゴリズムに大きな負担がかからず実現が容易になる。輝度のずれが１０％以内に収まれば動画像で良好な表示が得られる。
【０１０３】
次に、ソースドライバＩＣの入力階調―輝度特性すなわちガンマ特性の調整による効果を説明する。図３１はＲ画素が１３６／２５５階調であり、Ｂ画素が０／２５５階調であり、Ｇ画素が画面の端から端へ０／２５５階調から２５５／２５５に変化しながら移動して行く画像を表示したときに、Ｇ画素の輝度がどのように変化するかを測定した結果である。図中に実線で示す曲線Ａは通常（未処理）の輝度を示し、□印でプロットされた曲線Ｂはガンマ特性未調整の輝度を示し、△印でプロットされた曲線Ｃはガンマ特性を最適化後の輝度を示し、●印でプロットされた曲線Ｄはガンマ特性を最適化し且つ階調変換テーブル数を増やしたときの輝度を示している。Ｇ画素が１３６／２５５階調を過ぎるとＧ画素とＲ画素との輝度の大小関係が逆転するので階調変換テーブルが切り替わり、１３６／２５５階調の前後では上記実施例の補間処理が行われる。階調組合せと輝度分布との関係において輝度分布が湾曲している場合（曲線Ｂ）は１０％以上の輝度低下が生じるので画像に異常が発生する。ガンマ特性を最適化した曲線Ｃでは輝度低下が減少する。ガンマ特性を最適化して且つ階調変換テーブルの本数を増やす等して階調変換テーブル間の間隔を狭めて直線補間をしやすくした曲線Ｄでは、輝度低下が大きく改善されて通常輝度の直線Ａに近付いていることがわかる。なお、輝度の低下は小さいほど画像への影響が少なくなり１０％以下に抑えることが必要である。
【０１０４】
以上説明したように本実施例によれば、ソースドライバＩＣの出力階調―輝度特性を調整して輝度分布を直線的にするので直線的な階調変換であっても階調変換後の同一階調データが等輝度分布の帯を横切ることがなく表示むらの発生を防ぐことができる。
【０１０５】
［実施例３−５］
次に、本実施の形態による実施例３−５について図３２を用いて説明する。本実施例ではＨＴＤ技術の低階調付近での効果を高める点に特徴を有している。高階調の領域では高輝度画素と低輝度画素との比率を１：１にするが、低階調になるにしたがって高輝度画素を間引いて低輝度画素の存在割合を多くする。こうすることで自ずと輝度差が大きくなる。輝度差が大きくなると視角特性が悪い中間的な輝度の利用が減少するため視角特性を改善できる。
【０１０６】
図３２はＨＴＤ技術の低階調付近での効果を高める階調の設定方法を説明する図である。ＨＴＤにおける高輝度画素と低輝度画素との存在割合を例えば、０／１２８階調から１６／１２８階調の極低階調（範囲Ａ）では１：３とし、１７／１２８階調から９９／１２８階調の低階調（範囲Ｂ）では１：２とし、１００／１２８階調以上の中階調（範囲Ｃ）では１：１となるように入力階調に基づいて変化させる。図３２（ｂ）は当該低階調付近での高輝度画素と低輝度画素との存在割合を模式的に示している。高輝度画素の存在割合が減少した場合、当該存在割合で存在割合減少前の輝度を維持するために高輝度画素の輝度が増加して高輝度画素と低輝度画素との輝度差を大きくすることができる。これにより斜め視角の輝度増加を抑えることができる。本実施例のように低階調側だけで存在割合を減らすのは、高階調側で存在割合を減らしてしまうとちらつきが非常に目立ってしまうためである。低階調側では絶対的な輝度が低いため画像にほとんど悪影響を及ぼすことはない。ちらつきを抑えるためには全階調で高輝度画素と低輝度画素との存在割合を１：１にすることが望ましい。しかし、この場合低階調側でＨＴの効果が弱まる。従って、本実施例のように画像に悪影響を及ぼしにくい範囲内で存在割合を変更することが有効である。
【０１０７】
以上説明したように本実施例によれば、高階調側に影響することなく低階調側のみ画像処理を行うことができるので、ちらつきをほとんど発生させずに斜め方向の輝度増加を抑えることができる。その結果、斜め方向から見たときに生じる白っ茶けを大幅に低減することができ良好な表示特性を得ることができる。
【０１０８】
以上のように本実施の形態によれば、斜め方向から見たときに色が白っぽくなる表示変化を改善できるＨＴＤ技術を用いて、動画像における表示異常の抑制と低階調側の特性を改善することができる。
【０１０９】
以上説明した本発明の第１の実施の形態による画像処理方法及びそれを用いた液晶表示装置は、以下のようにまとめられる。
（付記１）
表示すべき画像の輝度データより高輝度になるように駆動する高輝度画素と、前記輝度データより低輝度になるように駆動する低輝度画素とを組み合わせ、
前記輝度データに基づく所望輝度にほぼ等しい輝度が得られるように、前記高輝度画素の輝度及び前記低輝度画素の輝度と、前記高輝度画素及び前記低輝度画素の面積比を決定することを特徴とする画像処理方法。
【０１１０】
（付記２）
付記１記載の画像処理方法において、
前記高輝度画素と前記低輝度画素の組み合わせは、フレーム毎に変化することを特徴とする画像処理方法。
【０１１１】
（付記３）
付記１又は２に記載の画像処理方法において、
前記高輝度画素と前記低輝度画素との面積比は１：１から１：２０であることを特徴とする画像処理方法。
【０１１２】
（付記４）
表示すべき画像の輝度データより高輝度に画素を駆動する高輝度フレームと、前記輝度データより低輝度に前記画素を駆動する低輝度フレームとを組み合わせ、
前記輝度データに基づく所望輝度にほぼ等しい輝度が得られるように、前記高輝度フレームでの前記画素の輝度及び前記低輝度フレームでの前記画素の輝度と、前記高輝度フレーム及び前記低輝度フレームの存在割合を決定することを特徴とする画像処理方法。
【０１１３】
（付記５）
付記４記載の画像処理方法において、
前記高輝度フレームと前記低輝度フレームとの存在割合は１：１から１：２０であることを特徴とする画像処理方法。
【０１１４】
（付記６）
所定のセルギャップで対向配置されたアレイ基板及び対向基板間に封止された液晶を備える液晶表示装置において、
付記１乃至５のいずれか１項に記載の画像処理方法を実現する駆動回路を有していることを特徴とする液晶表示装置。
【０１１５】
（付記７）
付記６記載の液晶表示装置において、
前記液晶は、負の誘電率異方性を有し電圧無印加時に垂直配向することを特徴とする液晶表示装置。
【０１１６】
以上説明した本発明の第２の実施の形態による画像処理方法及びそれを用いた液晶表示装置は、以下のようにまとめられる。
（付記８）
付記１乃至５のいずれか１項に記載の画像処理方法において、
画面斜め方向の階調と輝度の相関の変化の割合は、画像処理前より画像処理後の方が大きいことを特徴とする画像処理方法。
【０１１７】
（付記９）
付記８記載の画像処理方法において、
同一フレーム内に前記高輝度画素と前記低輝度画素とが混在していることを特徴とする画像処理方法。
【０１１８】
（付記１０）
付記９記載の画像処理方法において、
前記高輝度画素と前記低輝度画素とは、１：１の面積比で混在していることを特徴とする画像処理方法。
【０１１９】
（付記１１）
付記８乃至１０のいずれか１項に記載の画像処理方法において、
入力された前記輝度データから前記高輝度画素の輝度及び前記低輝度画素の輝度を求める複数の変換テーブルから、所定条件に基づいて最適な変換テーブルを選択することを特徴とする画像処理方法。
【０１２０】
（付記１２）
付記１１記載の画像処理方法において、
色毎に設けられた複数の画素のうち、一の色の前記画素に対する前記変換テーブルは他の色の前記画素に対する前記変換テーブルと異なることを特徴とする画像処理方法。
【０１２１】
（付記１３）
付記１２記載の画像処理方法において、
赤色の画素の前記高輝度画素の輝度と前記低輝度画素の輝度との差が、少なくとも所定の輝度範囲において最小であることを特徴とする画像処理方法。
【０１２２】
（付記１４）
付記１２記載の画像処理方法において、
赤色の画素については画像処理を施さないことを特徴とする画像処理方法。
【０１２３】
（付記１５）
付記１２記載の画像処理方法において、
赤色の画素の前記高輝度画素の輝度と前記低輝度画素の輝度との差が、少なくとも所定の輝度範囲において最小であり、
青色の画素の前記高輝度画素の輝度と前記低輝度画素の輝度との差が、少なくとも所定の輝度範囲において最大であることを特徴とする画像処理方法。
【０１２４】
（付記１６）
付記１２記載の画像処理方法において、
緑色の画素の前記高輝度画素の輝度と前記低輝度画素の輝度との差が、少なくとも所定の輝度範囲において最大であることを特徴とする画像処理方法。
【０１２５】
（付記１７）
付記１１乃至１６のいずれか１項に記載の画像処理方法において、
異なる色の前記輝度データを比較して、輝度の高低に基づいて前記変換テーブルを選択することを特徴とする画像処理方法。
【０１２６】
（付記１８）
付記１１乃至１６のいずれか１項に記載の画像処理方法において、
複数画素の前記輝度データを比較し、輝度差に基づいて前記変換テーブルを選択することを特徴とする画像処理方法。
【０１２７】
（付記１９）
付記８乃至１８のいずれか１項に記載の画像処理方法において、
斜め方向から表示装置を見た場合の輝度の低下が元の階調で明るい階調の画素（色）において小さく、暗い階調の画素（色）において大きくなるようにして、且つ、斜め方向からの各画素（色）の輝度差が正面からの輝度差を越えないことを特徴とする画像処理方法。
【０１２８】
（付記２０）
付記１９乃至２６のいずれか１項に記載の画像処理方法において、
入力された複数の前記輝度データを比較し、又は入力された複数の前記輝度データを色毎に比較し、
前記輝度データのうち、最も明るい輝度データ及び最も暗い輝度データについては画像処理を施さないことを特徴とする画像処理方法。
【０１２９】
（付記２１）
付記１１乃至２０のいずれか１項に記載の画像処理方法において、
入力された複数の前記輝度データを比較し、又は入力された複数の前記輝度データを色毎に比較して前記変換テーブルを選択して画像処理することを特徴とする画像処理方法。
【０１３０】
（付記２２）
付記１１乃至２０のいずれか１項に記載の画像処理方法において、
入力された複数の前記輝度データを比較し、又は入力された複数の前記輝度データを色毎に比較し、
２つ以上の色又は画素の階調が等しい場合は共通の前記変換テーブルを用いることを特徴とする画像処理方法。
【０１３１】
（付記２３）
付記１１乃至２０のいずれか１項に記載の画像処理方法において、
入力された複数の前記輝度データを比較し、又は入力された複数の前記輝度データを色毎に比較し、
２つ以上の色又は画素の階調が所定の範囲内である場合は複数の前記変換テーブルから補間して求められる変換テーブルを用いることを特徴とする画像処理方法。
【０１３２】
（付記２４）
付記１１乃至２０のいずれか１項に記載の画像処理方法において、
入力された複数の前記輝度データを比較し、又は入力された複数の前記輝度データを色毎に比較し、
２つ以上の色又は画素の階調が等しいときに変換処理を異ならせる場合、各色又は画素の階調が所定の範囲内であれば同一の階調として処理することを特徴とする画像処理方法
【０１３３】
（付記２５）
付記８乃至２４のいずれか１項に記載の画像処理方法において、
直前のフレームと元の画像の階調を比較し、任意の階調数よりも大きく変化している場合には明暗への変換処理を行わないことを特徴とする画像処理方法。
【０１３４】
以上説明した本発明の第３の実施の形態による画像処理方法及びそれを用いた液晶表示装置は、以下のようにまとめられる。
（付記２６）
表示すべき画像の輝度データに対して、一のフレームでは前記輝度データより明るい輝度で表示し、他のフレームでは暗い輝度で表示させ、
階調が接近したＲＧＢの色毎に、前記ＲＧＢの階調順に基づいて明暗の階調差に差を持たせ、フレーム間で前記階調順が入れ替わるときと入れ替わらないときとで異なる階調変換テーブルを用いることを特徴とする画像処理方法。
【０１３５】
（付記２７）
付記２６に記載の画像処理方法において、
フレーム間で前記階調順が入れ替わり、明暗の階調差が前フレームより大きくなるとき、明の輝度から始まるように設定される画素の階調を暗めに補正することを特徴とする画像処理方法。
【０１３６】
（付記２８）
付記２６に記載の画像処理方法において、
フレーム間で前記階調順が入れ替わり、明暗の階調差が前フレームより大きくなるとき、明の輝度から始まるように設定される画素であっても１フレーム分は暗の輝度とすることを特徴とする画像処理方法。
【０１３７】
（付記２９）
付記２６に記載の画像処理方法において、
フレーム間で階調の順番が入れ替わり、明暗の階調差が前フレームより大きくなるとき、明の輝度から始まるように設定される画素であっても１フレーム分は階調変換を行わず、入力された階調の輝度を維持することを特徴とする画像処理方法。
【０１３８】
（付記３０）
表示すべき画像の輝度データに対して、一のフレームでは前記輝度データより明るい輝度で表示し、他のフレームでは暗い輝度で表示させ、
入力階調に対して出力する高輝度および低輝度の階調の組み合わせがあらかじめ複数決められており、
ＲＧＢの色毎に階調順に基づいて選択される組み合わせを切り替える際、ある２色ＡＢの階調差が十分に離れたとき高輝度側ＡＨ（ｘ），ＢＨ（ｘ）、低輝度側ＡＬ（ｘ），ＢＬ（ｘ）の関係にあり、２色の階調差がｎに接近した場合、
高輝度側の階調が、
（ＢＨ（ｘ）−ＡＨ（ｘ）） × α／Ｎ
低輝度側の階調が、
（ＡＬ（ｘ）−ＢＬ（ｘ）） × α／Ｎ
（α＝ｎ−ｍ、但しｎ−ｍ＞Ｎならばα＝Ｎ、ｍは０以上の任意数）に相当する補正を行う結果、ｎに応じて徐々に関係が切り替わることを特徴とする画像変換処理方法。
【０１３９】
（付記３１）
表示すべき画像の輝度データに対して、一のフレームでは前記輝度データより明るい輝度で表示し、他のフレームでは暗い輝度で表示させ、
入力階調に対して出力する高輝度および低輝度の階調の組み合わせが、輝度差の大きさを変えてＡ≦Ｂ≦Ｃと基本の３つがあり、ＲＧＢの各色毎に階調順に明るい色は輝度差が小さく、暗い色は輝度差が大きく、中間の色は中間の輝度差になるようにＡＢＣから選択される組み合わせを切り替え、入力階調ｘに対する階調変換の組み合わせテーブルが高輝度側ＡＨ（ｘ），ＢＨ（ｘ），ＣＨ（ｘ）、低輝度側ＡＬ（ｘ），ＢＬ（ｘ），ＣＬ（ｘ）であり、輝度中間の色に対してその他の色が階調差ｎに接近した場合、ｎに応じて徐々に関係が切り替わることを特徴とする画像処理方法。
【０１４０】
（付記３２）
付記３１記載の画像処理方法において、
前記３色の階調を変換する基本の組み合わせテーブル３つの他に、その間に位置する少なくとも一つ以上の補助組み合わせテーブルを有し、色間の階調差が接近して基本のテーブル間で徐々に切り替わる処理が行われる場合に基本のテーブル間を補助テーブルにより複数に分割して、基本−補助間、または補助−補助間で徐々に切り替わるように演算し求められた階調に変換されることを特徴とする画像処理方法。
【０１４１】
（付記３３）
付記３１又は３２に記載の画像処理方法において、
変換後の階調を演算により徐々に変化させる処理を行う階調の幅ｎを全階調に対して０／２５５から６４／２５５の範囲内とすることを特徴とする画像処理方法。
【０１４２】
（付記３４）
表示すべき画像の輝度データに対して、一のフレームでは前記輝度データより明るい輝度で表示し、他のフレームでは暗い輝度で表示させ、
入力階調に対して出力する高輝度および低輝度の階調の組み合わせがあらかじめ複数決められており、ＲＧＢの各色毎に階調順に基づいて選択される組み合わせを切り替える際に、高輝度と低輝度の組み合わせが変わっても、入力値が同じの場合、平均的な輝度が１０％の変位以内であることを特徴とする画像処理方法。
【０１４３】
（付記３５）
表示すべき画像の輝度データに対して、一のフレームでは前記輝度データより明るい輝度で表示し、他のフレームでは暗い輝度で表示させ、
明るい輝度の頻度Ａと暗い輝度の頻度Ｂの割合が、表示すべき画像データの輝度が暗いほどＢ＜Ａの傾向にあることを特徴とする画像処理方法。
【０１４４】
（付記３６）
付記３４記載の画像処理方法において、
高輝度と低輝度の組み合わせが変わっても、入力値が同じ場合、平均的な輝度が１０％の変位以内であるべく、ドライバの階調値−パネル透過率特性を設定することを特徴とする画像処理方法。
【０１４５】
（付記３７）
所定のセルギャップで対向配置されたアレイ基板及び対向基板間に封止された液晶を備える液晶表示装置において、
付記８乃至３６のいずれか１項に記載の画像処理方法を実現する駆動回路を有していることを特徴とする液晶表示装置。
【０１４６】
（付記３８）
付記３７記載の液晶表示装置において、
フレーム周波数が６０Ｈｚより高いことを特徴とする液晶表示装置。
【０１４７】
（付記３９）
付記３７又は３８に記載の液晶表示装置において、
同一の電圧を印加した場合、１つの画素内で少なくとも２つの異なる応答速度を有し、前記異なる応答速度の差が３ｍｓ以上であることを特徴とする液晶表示装置。
【０１４８】
（付記４０）
付記３７乃至３９のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、
各画素内に前記液晶の配向方向が異なる微小領域を有し、
前記液晶の配向方向が異なる微小領域の比率がほぼ等しいことを特徴とする液晶表示装置。
【０１４９】
（付記４１）
付記３７乃至４０のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、
前記液晶は、負の誘電率異方性を有し電圧無印加時に垂直配向することを特徴とする液晶表示装置。
【０１５０】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、視野角が広く階調視角特性に優れた画像処理方法及びそれを用いた液晶表示装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の実施例１−１による９個の画素１に対して明るい画素１ａと暗い画素１ｂを設定した例を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の実施例１−１による正面方向及び斜め６０°方向の印加電圧−透過率特性の測定結果を示すグラフである。
【図３】本発明の第１の実施の形態の実施例１−１による階調変換テーブルの一例と変換前後の画像を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態の実施例１−１による明るい画素と暗い画素との面積の割合と歪影響評価数との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の第１の実施の形態の実施例１−１による画素のざらつき感が視認できるか否かの主観評価結果を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態の実施例１−２による画像処理方法を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態の実施例１−３による所定領域の画素４を模式的に示す図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態の実施例１−３によるざらつきの影響を目視評価した結果を示す図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態の実施例１−３による動画表示でのざらつきの影響を目視評価した結果を示す図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態による効果を示す図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態による１２７／２５５階調の未処理画像に画像処理を施した斜め方向の輝度の測定結果を示す図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態によるシステム装置と液晶表示装置のブロック図であって、当該階調変換処理を行う部位を説明する図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態による他の効果を説明する図であって、画素３３の断面構造を模式的に示す図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態の実施例２−１による明るくするフレーム期間と暗くするフレーム期間を１：１の割合で分割した場合、未処理画像の階調を画像処理後に何階調に設定するかを求めるための階調変換テーブルを示す図である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態の実施例２−１による他の階調変換テーブルを示す図である。
【図１６】本発明の第２の実施の形態の実施例２−１による画面の正面方向及び斜め６０°方向から見た階調−輝度特性を示すグラフである。
【図１７】本発明の第２の実施の形態の実施例２−１による画面の正面方向及び斜め６０°方向から見た階調−輝度特性を示すグラフである。
【図１８】本発明の第２の実施の形態の実施例２−１による複数の階調変換テーブルを同時に用いた場合の画面の正面方向及び斜め６０°方向から見た階調−輝度特性を示すグラフである。
【図１９】本発明の第２の実施の形態の実施例２−２によるＲＧＢ毎に階調変換テーブルを変えて階調変換する方法を示すフローチャートである。
【図２０】本発明の第２の実施の形態の実施例２−３によるＲＧＢの輝度差で階調変換テーブルを変えて階調変換する方法を示すフローチャートである。
【図２１】本発明の第２の実施の形態の実施例２−５による画像変換方法について説明する図である。
【図２２】本発明の第２の実施の形態の実施例２−５によるＲＧＢの輝度差で階調変換テーブルを変えて階調変換する方法を示すフローチャートである。
【図２３】本発明の第３の実施の形態で改善する表示異常の発生原理を説明する図である。
【図２４】本発明の第３の実施の形態の実施例３−１による画像変換の原理を説明する図である。
【図２５】本発明の第３の実施の形態の実施例３−１による画像処理方法を説明する図である。
【図２６】本発明の第３の実施の形態の実施例３−２による画像処理方法を説明する図である。
【図２７】本発明の第３の実施の形態の実施例３−２による入力階調に対する階調変換テーブルの選択推移を説明する図である。
【図２８】本発明の第３の実施の形態の実施例３−２による設定条件において明暗の輝度差の組み合わせの等輝度分布のシミュレーション結果を示す図である。
【図２９】本発明の第３の実施の形態の実施例３−３による階調変換テーブルを示す図である。
【図３０】本発明の第３の実施の形態の実施例３−４によるソースドライバＩＣの出力階調―輝度特性の調整前後の等輝度分布のシミュレーション結果を示す図である。
【図３１】本発明の第３の実施の形態の実施例３−４によるＲが１３６／２５５階調であり、Ｂが０／２５５階調であり、Ｇが画像の端から端へ０／２５５階調から２５５／２５５に変化しながら移動して行く画像を表示したときのＧ画素の輝度変化の測定結果を示すグラフである。
【図３２】本発明の第３の実施の形態の実施例３−５によるＨＴＤ技術の低階調付近での階調設定方法を説明する図である。
【図３３】従来の垂直配向型液晶表示装置の構成を示す図である。
【図３４】従来の配向分割技術を用いた垂直配向型液晶表示装置の断面構造を模式的に示す図である。
【図３５】従来駆動による液晶表示装置が抱えている問題点を説明する図である。
【図３６】従来の画素構造を示す図である。
【符号の説明】
１、１ａ、１ｂ、５、６、７、１９、２１、３３、４２、１１３、１２１ 画素
２、９、１１１ ドレインバスライン
３、８、１１２ ゲートバスライン
４ 画素領域
１０、１１０ ＴＦＴ
１１、２０、３８、１０９ 画素電極
１２ 蓄積容量電極
１３、４０、１１５、１１６ 突起
１４、４１、１１４ スリット
１５、３４、１０３ 対向基板
１６、３５、１０２ ＴＦＴ基板
１７、 誘電体
１８、３６、１１８ 対向電極
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ 領域
２２、３７、１１９ 配向膜
２３、３９、１２０ 液晶分子
２４、２８、３０、３２ 液晶表示装置
２５ インタフェース回路
２６、２７、２９、３１ システム装置
１０１ 液晶パネル
１０４ 液晶
１０５ 周辺シール材
１０６ スペーサ
１０７ 偏光板
１０８ 実装用端子
１１２ ゲートバスライン
１１７ 蓄積容量バスライン
１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄ 副画素
１２２ 制御用コンデンサ電極
１２３ 絶縁層
１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ、１２３ｄ 液晶コンデンサ
１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃ、１２４ｄ 制御コンデンサ
Claims (9)
- 表示すべき画像の輝度データより高輝度になるように駆動する高輝度画素と、前記輝度データより低輝度になるように駆動する低輝度画素とを組み合わせ、
前記輝度データに基づく所望輝度にほぼ等しい輝度が得られるように、前記高輝度画素の輝度及び前記低輝度画素の輝度と、前記高輝度画素及び前記低輝度画素の面積比とを決定することを特徴とする画像処理方法。 - 請求項１記載の画像処理方法において、
前記高輝度画素と前記低輝度画素の組み合わせは、フレーム毎に変化することを特徴とする画像処理方法。 - 請求項１又は２に記載の画像処理方法において、
前記高輝度画素と前記低輝度画素との面積比は１：１から１：２０であることを特徴とする画像処理方法。 - 表示すべき画像の輝度データより高輝度に画素を駆動する高輝度フレームと、前記輝度データより低輝度に前記画素を駆動する低輝度フレームとを組み合わせ、
前記輝度データに基づく所望輝度にほぼ等しい輝度が得られるように、前記高輝度フレームでの前記画素の輝度及び前記低輝度フレームでの前記画素の輝度と、前記高輝度フレーム及び前記低輝度フレームの存在割合を決定することを特徴とする画像処理方法。 - 請求項４記載の画像処理方法において、
前記高輝度フレームと前記低輝度フレームとの存在割合は１：１から１：２０であることを特徴とする画像処理方法。 - 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像処理方法において、
画面斜め方向の階調と輝度の相関の変化の割合は、画像処理前より画像処理後の方が大きいことを特徴とする画像処理方法。 - 表示すべき画像の輝度データに対して、一のフレームでは前記輝度データより明るい輝度で表示し、他のフレームでは暗い輝度で表示させ、
階調が接近したＲＧＢの色毎に、前記ＲＧＢの階調順に基づいて明暗の階調差に差を持たせ、フレーム間で前記階調順が入れ替わるときと入れ替わらないときとで異なる階調変換テーブルを用いることを特徴とする画像処理方法。 - 所定のセルギャップで対向配置されたアレイ基板及び対向基板間に封止された液晶を備える液晶表示装置において、
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の画像処理方法を実現する駆動回路を有していることを特徴とする液晶表示装置。 - 請求項８記載の液晶表示装置において、
前記液晶は、負の誘電率異方性を有し電圧無印加時に垂直配向することを特徴とする液晶表示装置。
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