JP2008521049A - 高コントラストの液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

第１及び第２の液晶ディスプレイパネル１、３を含む液晶ディスプレイであって、各々が、画素１３、１５のアレイを規定する。第２の液晶ディスプレイパネル３に表示される画像の解像度は、第１の液晶ディスプレイパネル１に表示される画像の解像度より低い。第１の液晶ディスプレイパネル１及びバックライティング手段２の間に位置する第２の液晶ディスプレイパネル３の画素１５は、相対的に大きく、好適には少なくとも一方向において部分的に重なる。電荷が、第１の液晶パネル１に表示されるべき画像の相対的により暗い部分に対応する第２の液晶ディスプレイパネル３の画素１５に、選択的に印加され、それによって、第１の液晶ディスプレイパネル１のこれらの部分に達する光の量を少なくとも制限し、その結果、装置のコントラストトリオを高める。別の実施例において、第２の液晶ディスプレイパネル３に表示される画像は、第１の液晶ディスプレイパネル１に表示される画像に比べてぼかされることができ、及び／又は第１の液晶ディスプレイパネル１に表示される画像は、第２の液晶ディスプレイパネル３に表示される画像に比べて鮮明にされることができる。

Description

本発明は、概して液晶ディスプレイに関し、より具体的には、相対的に高いブライトネス及びコントラストを有する液晶ディスプレイに関する。

液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、概して、行及び列に配置される複数の画素（ピクセル）を有する。液晶ディスプレイの動作は、液晶材料の活性層を含む液晶（ＬＣ）セルの光変調に基づく。液晶層に電界を印加することによって、この層を通過する光の偏光が変更される。ＬＣＤディスプレイにおいて、この効果は、個別の画素からの光を制御するために使用される。このために、ＬＣ層が、２つの偏光子の間にはさまれる。

通常の液晶ディスプレイは、他のタイプのディスプレイと比較して、薄いフォームファクタ及び高い解像度を含むユニークな利点を有するが、一般には、特に比較的大きい視野角の場合（すなわちディスプレイの垂直方向からより大きく傾く場合）、かなり低いブライトネス及び低いコントラストというかなり深刻な欠点がある。

ＬＣＤディスプレイは、既に、多くのアプリケーションのために病院において使用されているが、特にＸ線のような要求の厳しいアプリケーションの場合、今日のＬＣＤ画像品質は、通常のＸ線フィルムより劣っていると認められている。まず第一に、Ｘ線フィルムの観察の際に使用されるピークブライトネスは、一般に３０００ニットであるのに対し、今日の液晶モニタは、約５００ニットのピークブライトネスを有する。第２に、ＬＣＤディスプレイのコントラストは比較的低く、そのレンジは、垂直の視野角における５００乃至１０００から、より大きい角度（例えば垂直から約７０°傾く角度）では１０しかない。本発明の目的は、これらの見地においてＬＣＤディスプレイを改善することである。

米国特許番号第４９２７２４０号明細書には、ディスプレイの全体的なコントラストを改善するために、少なくとも２つの液晶層及び少なくとも３つの偏光子を含む多層液晶ディスプレイが記述されている。必要とされる電極、スペーサ、分離したトランスペアレントシート及び偏光子が用いられるという条件で、得られるコントラストは、第１の液晶層のコントラストに第２の液晶層のコントラストが乗じられたものである。

しかしながら、米国特許第４，９２７，２４０号明細書に記述される機構において、第１及び第２の液晶層の双方のピクセルの数は同じであり、医用イメージング及びテレビジョン／マルチメディアアプリケーションのようなアプリケーションに必要なピクセルの密度は非常に高いので、第１の液晶層の２重化は、上述した個々の電極、スペーサ、分離したトランスペアレントシート及び偏光子を設けるための要求があるので、相対的に高価である、更に、ディスプレイのピークブライトネスは、第２のＬＣＤのピクセルの制限された開口に苦慮する。

従って、本発明の目的は、上記に概説される問題に対処するとともに、従来技術の機構に比べて高められたコントラスト及びブライトネスを有する液晶ディスプレイを提供することである。

本発明の第１の見地によれば、画像を表示するための画素のアレイを規定する第１の液晶ディスプレイパネルと、バックライティング手段と、前記第１の液晶ディスプレイパネルと前記バックライティング手段との間に位置し、画像を表示するための画素のアレイを規定する第２の液晶ディスプレイパネルと、を有する液晶ディスプレイに画像を表示するシステムであって、前記第２の液晶ディスプレイパネルに表示される画像の解像度が、前記第１の液晶ディスプレイパネルに表示される画像の解像度より低いように、前記第１及び前記第２の液晶ディスプレイパネルの各々に前記画像の少なくとも一部を表示するように構成されるシステムが提供される。

更に、本発明の第１の見地によれば、画像を表示するための画素のアレイを規定する第１の液晶ディスプレイパネルと、バックライティング手段と、画像を表示するための画素のアレイを規定する第２の液晶ディスプレイパネルと、請求項１に記載のシステムと、を有する液晶ディスプレイが提供される。

更に、本発明の第１の見地によれば、画像を表示するための画素のアレイを規定する第１の液晶ディスプレイパネルと、バックライティング手段と、前記第１の液晶ディスプレイパネルと前記バックライティング手段との間に位置し、画像を表示するための画素のアレイを規定する第２の液晶ディスプレイパネルと、を有する液晶ディスプレイに画像を表示する方法であって、前記第２の液晶ディスプレイパネルに表示される画像の解像度が、前記第１の液晶ディスプレイパネルに表示される画像の解像度より低いように、前記第１及び前記第２の液晶ディスプレイパネルの各々に前記画像の少なくとも一部を表示することを含む方法が提供される。

第１の液晶層の解像度より低い解像度で画像の少なくとも一部を表示する付加の（第２の）液晶層は、ＬＣＤパネルに表示される画像の暗い部分のブライトネスのレベルを下げる。その結果、液晶ディスプレイのダイナミックレンジは、従来技術に比べて増大される。例えば５００−１０００ニットのオーダーのバックライトの（通常のバックライト手段に比べて）高められた出力パワーは、表示される画像の明るい部分のブライトネス値を増大させ、それによって、液晶ディスプレイのダイナミックレンジを更に高める。

有益には、第１及び第２の液晶ディスプレイパネルの隣り合う個々の偏光子が位置調整される。これは、後側の（第２の）液晶ディスプレイパネルの前側の偏光子及び前側の（第１の）の液晶ディスプレイパネルの後側の偏光子（これらは互いに向かい合う）を位置調整することを含む。各々の個別のパネル上の偏光子は、垂直及び水平方向に向けられるので、実質的に同様（又は同一）の液晶パネルが、第１及び第２の液晶ディスプレイパネルに関して使用される場合、バックパネルは、この目的を達成するためにフロントパネルに対してミラーされるべきである。当業者に知られているように、パネルは、斜めに向けられてもよく、主なポイントは、それらが位置調整されるべきであるということである。

こうして、好適な実施例において、画像の第１の部分が第１の液晶ディスプレイパネルに表示され、画像の第２の部分が第２の液晶ディスプレイパネルに表示されるように、画像を分ける手段が設けられる。

こうして、好適には、元の画像コンテントは、２つのパネルに分配され、その結果、非常に高いコントラスト（個別のパネルのコントラスト比の積）をもたらし、更に、増大されるビット深さをもたらす。通常の単一パネルのＬＣＤ画面は、一般に、８ビットの情報を表示することができる。医用アプリケーションに関して、ますます多くのＬＣＤ製造業者が、１０ビットパネルを生産し始めている。しかしながら、例えばマンモグラフィＸ線検出器によって測定されるような（例えば）元のＸ線データは、すでに１４乃至１６ビットの情報を含んでおり、本発明の例示の実施例により、これらのさまざまなグレーレベルをほぼ全て表示することが可能である。

第１の例示の実施例において、第２の液晶ディスプレイパネルに表示される画像は、第１の液晶ディスプレイパネルに表示される画像に対してぼかされる（blurred）。およそ５つのピクセルのレンジ（１−２ｍｍ）にわたるぼかし（blurring；以下、ブラーリングとする）は、例えばマンモグラフィのようなアプリケーションの高解像度の要求を壊すことなく十分であると考えられる。有益には、第１の液晶ディスプレイパネルに表示される画像は、第２の液晶ディスプレイパネルに表示される画像に比べて鮮明にされる。結果として、二重層のＬＣＤによって表示される「知覚される」画像は、元の画像に一致する。

上述のブラーリングは、画像処理の分野の当業者にとって明らかであるように、多くの知られているブラーリングアルゴリズムの１つによって達成されることができる。要求されるブラーリングは、第２の（後側の）液晶ディスプレイパネルの前側の偏光子を除去し、それを例えば薄い拡散フォイルのような拡散手段と置き換えることによって達成されることもできる。相対的に複雑なブラーリングアルゴリズムは不要である。

第１及び第２の液晶ディスプレイパネルは、視差効果又は３Ｄの印象を回避し又は最小限にするために、可能な限り近付くように配置されるべきである。視差を最小限にする例示の別の実施例は、非常に薄いガラス（又は他の被覆層）を使用する。

ある具体例において、前記第２の液晶ディスプレイパネルを通過して前記第１の液晶ディスプレイパネルに送られる光の量を少なくとも制限するために、前記画像の相対的に暗い部分に対応する前記第２の液晶ディスプレイパネルの画素の１つ又は複数に選択的に電荷を印加する手段が設けられることが可能である。

しかしながら、好適な実施例において、第２の（バック）パネルは、光変調器の役目を果たすだけでなく、画像情報をも含む。

実際、本発明の第２の見地によれば、少なくとも第２の液晶ディスプレイパネルの画素に対する電極がジグザグ又は曲りくねった構成である液晶ディスプレイが提供される。

好適な実施例において、前記第２の液晶ディスプレイパネルの隣り合う画素は、少なくとも部分的に重なっている。より好適には、隣り合う第１及び第２の画素は、それらの間に段階的な遷移を生成するように、重なり領域において取り混ぜられる。その結果、視差により、表示される画像に第２の液晶ディスプレイパネルの隣り合う画素のエッジが見える可能性は、少なくとも低減される。例示の一実施例において、前記第１及び第２の隣り合う画素間の段階的な遷移は、複数の、好適には実質的に三角形の、くし歯の形である。

有益には、電荷は、個々の電極を介して前記第１及び／又は第２の液晶ディスプレイパネルの画素に選択的に印加され、少なくとも第２の液晶ディスプレイパネルの画素に対する電極は、その可視性を低減するために、ジグザグ又は曲りくねった構成であることが好ましい。

本発明は、上述したように液晶ディスプレイを製造する方法並びにこのような液晶ディスプレイを駆動する装置及び方法に及ぶ。

更に、本発明の第２の見地によれば、画像を表示するための画素のアレイを規定する第１の液晶ディスプレイパネルと、バックライティング手段と、を有する液晶ディスプレイであって、前記第１の液晶ディスプレイパネル及び前記バックライティング手段の間に位置し、前記第１の液晶ディスプレイパネルの画素より少なく且つ大きい画素のアレイを規定する第２の液晶ディスプレイパネルと、前記第２の液晶ディスプレイパネルを通って前記第１の液晶ディスプレイパネルに送られる光の量を少なくとも制限するために、前記画像の相対的に暗い部分に対応する前記第２の液晶ディスプレイパネルの画素の１又は複数に選択的に電荷を印加する手段と、を更に有するディスプレイが提供される。

増大されるコントラストに加えて、大きな別の利点は、非常に良好な視野角である。垂直の入射角では、コントラストは、約５０００００：１（通常のモニタの場合７００：１）であり、軸から８０°傾いた場合でも、コントラストは、なお３０００：１（通常のモニタの場合５０：１）である。病院環境／読影室において、これは大きな価値がある。多くの場合、３乃至４人の医師が、Ｘ線画像を検討するために同時にいくつかの角度から画面を見ているからである。通常の液晶モニタの場合、これは、斜めの角度におけるぎらつき及び反射のため難しい。更に、大きい視野角におけるコントラストも非常に低いが、本発明によれば、これはもはや問題でない。

いくつかのアプリケーションによって要求される高いブライトネスを得るために、バックライトを増やすことも必要である。各々続くグレースケールのＬＣＤパネルの場合、光の約５０％が無駄にされる。従って、ランプの数が２倍である高いブライトネスのバックライトが使用される。カラーパネルの場合、余分の光低減が、カラーフィルタによって引き起こされる（±６０％の損失）。より多くのランプが、要求されるブライトネスを得るために必要とされる。

本発明のこれら及び他の見地は、本願明細書に記述される実施例から明らかであり、それら実施例から解明される。

本発明の実施例は、例示としてのみ記述されており、添付の図面を参照して記述される。

簡単なＬＣＤを作るために、図１を参照して、２つの偏光ガラス１０、２０から始められる。各偏光ガラスは、その一方の面に偏光フィルムを有するガラス板を有する。微細な溝が、各ガラスプレート１０、２０の対向する面に形成され、溝は、偏光フィルムと同じ方向である。ネマチック液晶４０のコーティング３０が、ガラスプレートの一方１０に適用される。液晶の１つの特徴は、分子の配向が電界の影響を受けることである点に留意すべきである。ツイステッドネマチック（ＴＮ）と呼ばれる特定の種類のネマチック液晶は、本来ねじれている。これらの液晶にかかる電界は、電圧に依存して、程度は変化するがそれら液晶のねじれを解く。このように、これら液晶は、光の通過を制御するようなやり方で予想通り電流に反応するので、ＬＣＤは、これら液晶を使用する傾向がある。

図１に戻って、ネマチック液晶４０のコーティング３０は、ガラスプレート１０に、上述の溝を有する面に与えられる。これらの溝は、液晶コーティング３０の分子４０の第１層（すなわちガラスプレート１０の面と隣り合う分子層）を、溝及び偏光フィルムの向きとそろえさせる。液晶コーティング３０が上述の溝を有するガラスプレート１０、２０の面にはさまれるように、第２のガラスプレート２０が加えられる。第２のガラスプレート２０の溝及び偏光フィルムの向きは、第１のガラスプレート１０のそれと直角である。上記と同様、第２のガラスプレート２０の溝は、それに隣り合う分子４０の層を、個々の偏光フィルムの向きとそろえさせる。ＴＮ液晶分子４０の各々の連続する層は、第１のガラスプレート１０の面と隣り合う分子４０の層の向きと、第２のガラスプレート２０の面と隣り合う分子４０の層の直交する向きとの間で段階的にねじれている。

液晶分子４０に印加される電界がない状況で、光５０が第１の偏光子１０に当たるとき、光は、それに応じて偏光される。コーティング３０の各層における分子４０は、それらが受け取る光を次の層に導く。光が、液晶層を通過するとき、分子４０は、それ自体の角度と合うように、更に光の振動面を変える。光は、それが液晶コーティング３０の向こう側に達するとき、分子４０の（第２のガラス層２０の面と隣り合う）最後の層と同じ角度で振動する。分子４０の最後の層が、第２のガラスプレート２０の偏光フィルムとそろっている場合、光５０は通過する。しかしながら、電荷が、（電極６０を介して）液晶分子４０に印加される場合、液晶分子は「ねじれが解け（untwist）」、構成がまっすぐになるので、液晶分子は、それらを通過する光の角度を変え、従って、光の角度は、もはや第２の偏光子２０の角度と合致しない。結果的に、光は、ＬＣＤの当該領域を通過することができず、ディスプレイの周囲の領域よりも当該領域を暗くする。

今日の高解像度のＬＣＤディスプレイは、アクティブマトリクスアドレッシングを用いる。

アクティブマトリクスＬＣＤは、各ピクセルに配置される電子素子、具体的には薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）及びストレージキャパシタに依存する。アクティブマトリクスＬＣＤは、ガラスプレート１０、２０の一方にマトリックス状に配置される。特定のピクセル９０をアドレスするために、適切な行７０が、オンに切り替えられ、電荷が、適当な列８０に送られる。列８０が交わる他の行７０の全てがオフにされるので、指定されたピクセル９０のキャパシタだけが、電荷を受け取る。キャパシタは、次のリフレッシュサイクルまで電荷を保つことができ、液晶に供給される電圧の量が注意深く制御される場合、ある光を通過させるに十分なだけ「ねじれを解く」ことが行われる。非常に正確な、非常に小さいインクリメントでこれを行うことによって、ＬＣＤは、グレースケールを生成することができ、多くの通常のＬＣＤが、ピクセルごとに２５６レベルのブライトネスを提供する。

図２を参照して、カラーを表示することができるＬＣＤは、個々の赤、緑及び青のカラーフィルタを有する３つのサブピクセル１００に、各カラーピクセル９０を生成させなければならない。印加される電圧の注意深い制御及び変更を通じて、各サブピクセル１００の強度は、２５６シェードのレンジをもつことができる。サブピクセルを組み合わせることは、１６８０万のカラー（赤の２５６シェード×緑の２５６シェード×青の２５６シェード）の可能なパレットを生成する。単色の医用ＬＣＤディスプレイでは、カラーフィルタは省かれ、ピクセルは、個別にアドレス可能な３つのサブピクセルから構成される。

本発明の目的は、従来の機構に比べて増大されたコントラスト及び明るさを有する液晶ディスプレイを提供することである。

この目的を達成する１つの方策が、Seetzen, Helge及びWhitehead, Lorne A（「P.54.2:A High Dynamic Range Display Using Low and High Resolution Modulators」、SID 03 DIGEST)により提案されており、画像コンテントに従ってＬＣＤを照らすためにセグメント化されたバックライトを適用することが提案されている。このようにして、ディスプレイのダイナミックレンジが増大され、短い距離における特に非常に小さいコントラストが、より良好に表示されることができる。従って、コントラストの強度は、Ｘ線診断イメージングの要求と良く合致する。バックライトピクセルの解像度は、ＬＣＤピクセルに比べて粗い。バックライトピクセルの大きなサイズのため、最大コントラストは、より大きい距離において達成されることができるだけである。しかしながら、人間の目は、短い距離において制限されたコントラストをもつので、この制限は、見えなくされうる。提案される機構は、発光ダイオード（ＬＥＤ）に基づくバックライトを使用する。しかしながら、要求される高いブライトネスのＬＥＤは、高価であり、各々のＬＥＤは、僅かに異なる特性を有する。こうして、均一性を達成するのは難しく、コストもまた問題でありうる。他の提案は、セグメント化されたバックライトとしてＬＣＤプロジェクタを使用することであるが、結果として、（非常に）奥行きがあるディスプレイをもたらし、これは許容できない。更に、十分なブライトネスを達成するために、光は、コリメートされ、その結果、小さい視野ゾーンをもたらす。

本発明の以下の例示の実施例によれば、上述の目的は、バックライトと主ＬＣＤパネルとの間に第２の液晶構造を設けることによって達成される。好適な実施例において、この第２の液晶構造は、大きいピクセル（例えば５−２０ｍｍ）を制限された数（例えば５００−２０００）だけ有する。このように、図３を参照して、液晶ディスプレイは、例えば図１及び図２を参照して記述された構造を有する液晶ディスプレイパネル１と、例えば蛍光放電管によって供給されるダイレクト照射のバックライトを含むＬＣＤバックライト２と、を有する。バックライティングのブライトネスは、好適には、コンシューマタイプのＬＣＤシステムと比較して相対的に非常に高い。

液晶ディスプレイパネル１及びバックライト２の間には、第２の液晶構造３が設けられる。構造３は、トランスペアレントな導電材料の行及び列によってセグメント又は「ピクセル」１５に分けられる第１のガラスプレート４を含む。これらのピクセル１５の各々は、各ピクセル５に印加される電荷を制御するための外部集積回路（図示せず）に、電極６を介して接続される。偏光子７は、バックライト２と、ピクセル５を担持する面と反対側のガラスプレート４の面との間に設けられる。ここに示す例では、偏光子は、ガラスプレート４に（おそらく偏光フィルム等の形で）接続されているが、これは必須でない。第２のガラスプレート８が設けられており、２枚のガラスプレート４、８は互いにシールされ、それらの間には小さい隔たり１１（例えば１―２０ミクロン）がある。この隔たり１１は、液晶材料で満たされる。第２のガラスプレート８は、第１のガラス板４と向かい合うパターン化されていない透明電極９（図４を更に参照）で覆われている。

所与のセグメント又はピクセル１５への電圧を（例えばパッシブマトリックス方式によって）変化させることによって、セグメント又はピクセル５を横切る光の偏光が変えられることが可能であり、それによって、（液晶パネル１のガラスプレート１０上の）選択偏光子を通る光の量が変えられることができる。こうして、ＬＣＤパネル１に表示されるべき画像のより暗い部分に関して、電荷が、第２の液晶構造３の対応するセグメント５に印加され、それによって、それらのセグメント５を通って液晶ディスプレイパネル１に至る光の量を減少させ又はすべての光を遮るようにする。単色の医用ＬＣＤ機構において、第２の液晶構造３の導入が、１．３ニットから０．０２ニットに黒レベルを改善するために示されており、白レベルは、１０００ニットから７５０ニットまでわずかに減少されるにすぎず、従って、最大コントラストは、７７０から２５０００のオーダーまで増やされた。

付加の液晶層は、ＬＣＤパネルに表示される画像の暗い部分のブライトネスレベルを低下させる。バックライトの高められた出力パワーは、表示される画像の明るい部分のブライトネス値を増大させる。その結果、液晶ディスプレイのダイナミックレンジは、従来技術に比べて増大される。

本発明は、Ｘ線診断を含む医用イメージング用単色ＬＣＤディスプレイ（これに限定されず）、ハイエンドの（カラー）ＬＣＤテレビジョン／マルチメディアディスプレイ、及び中間的なすべてのものを含む、すべてのタイプのＬＣＤシステムのコントラストを増やすのに適していることが分かるであろう。ＬＣＤシステムのコントラストを高めるための従来技術の方式に対するこの方法の利点は、コスト及び均一性を含む：コストに関して、第２の液晶構造及びそれを駆動するのに必要とされる電子回路は、蛍光放電管又は他のバックライティング手段でありうるような既存の大量製品に基づく非常に簡単な素子でありえる。均一性に関して、液晶ディスプレイは、蛍光放電管又は他の適切なバックライティング手段がなしうるように非常に均一にされうる。

図５を参照して、本発明の例示の実施例による液晶ディスプレイは、第１及び第２のガラスプレート１０、２０を有し、それらガラスプレートの間の液晶材料層は、上側のＬＣＤパネル１の相対的に小さいピクセル１３を規定する。第２のＬＣＤ構造３が、第３のガラスプレート４及び第４のガラスプレート８によって設けられ、それらガラスプレートの間の液晶材料層は、下側のＬＣＤパネルの相対的に大きいピクセル１５を規定する。図示されるように、第１の偏光子１７が、第１のガラスプレート１０に設けられ、第２の偏光子が、第２のガラスプレート２０に（第１及び第２のＬＣＤパネル１、３の間に）設けられ、第３の偏光子７が、第３のガラスプレート４に設けられる。第２のＬＣＤパネル３及び第１のＬＣＤパネル１の間の層１９、２０のため、第２のＬＣＤパネルの大きいピクセル１５は、ディスプレイに対する視野角が変化されるとき、視差の結果として、鮮明なエッジを有して目に見えるようになる。視差は、オブジェクトが２つの異なるポイントから観察されるときのオブジェクトの位置又は方向の見かけの差として規定される。従って、図５を参照して、第２のＬＣＤパネル３の大きいピクセルのうちの１つのピクセルのエッジ１５ａは、ディスプレイがポイントＡから観察されるときには目に見えないが、ディスプレイがポイントＢから観察されるときには目に見えるようになる。これは、明らかに望ましくない。

従って、この問題を軽減するために、本発明の好適な実施例によれば、あるピクセルから次のピクセルへの段階的な遷移を生成するために、第２の液晶ディスプレイパネル３のピクセル１５は、部分的に重なっており、隣り合うピクセルは、重なり領域において取り混ぜられる。図６を参照して、この段階的な遷移は、実質的に三角形のコーム歯の形でありうる。０．７ｍｍのガラスプレート８の一般的な厚みを有する場合、画素の重なり領域又は「混合ゾーン」は、一般に２ｍｍである。より一般的にいえば、コーム歯の長さＬは、０．５乃至５ｍｍであり（例えば一般に２ｍｍ）、幅Ｗは、１−３００ミクロン（例えば一般に０．１ｍｍ）でありえる。しかしながら、ガラスプレートがより厚いほど、重なり領域がより広い必要があるという点で、重なり領域の幅は、ＬＣＤパネルのガラスプレートの厚みに依存することが分かるであろう。

図７ａ乃至図７ｃを参照して、隣り合うピクセル間の知覚される中間グレー値は、矩形を使用して達成され、矩形の長さは、一般に２ｍｍであり、一般的な幅は、１０−２０ミクロンでありうる。

図８を参照して、本発明の例示の別の実施例（ワンマスクデザイン）において、隣り合うピクセル１５Ａ及び１５Ｂは、２つの部分Ａ、Ｂに分割され、それらの間に電極１６０を有する。

図９及び図１０に示される実施例は、隣り合うピクセルの間の段階的な遷移がほぼ４５度の角度であることを示しており、これは、第２のＬＣＤがインプレインスイッチングタイプであるとき特に便利である。

図１１は、本発明の例示の実施例のインプレインスイッチングの重なり構成を示しており、共通電極１６２並びに第１及び第２の個々の隣り合うピクセルに対応する第１及び第２の電極１６４ａ、１６４ｂを示している。

図１２は、別のインプレインスイッチング構成のピクセルレイアウトを示しており、第２の液晶ディスプレイパネルの相対的に大きいピクセル１５（１０ｘ１０ｍｍのオーダーありうる）が、４５度傾けられている（上述の混合又は段階的な遷移は図示せず）。完全なピクセル領域は、例えば１０ｘ１０ｃｍのオーダーでありうる。図示される実施例は、電極１６２ａ、１６２ｂ、１６２ｃによって分割されるピクセル１５を有するワンマスクデザインである。トランスペアレントなアイソレータの下に透明電極を有する３マスクデザインもまた考えられる。ピクセルあたり使用される電極１６２の数は、ピクセル間の中間値の数を示し、従ってピクセル間の遷移の段階の程度を示すことが分かるであろう。

代替の例示の実施例において、図１３を参照して、まず、バックパネル画像が計算され（ステップ１００）、次に、フロントパネル画像が、計算されたバックパネル画像によって元の画像を除算することによって計算される（ステップ１０２）。すべての処理ステップは、サブピクセルレベルで行われる。ステップ１において、サブピクセルあたり８ビットを有するＲＧＢ画像が入力され、従って合計２４ビットが入力される（より一般的には、あらゆる画像が、２４ビットのビットマップ（ｂｍｐ）画像に変換される）。しかしながら、これは、例示の画像処理シーケンスを示すだけである。原則として、１０ビットのデータ又はより高い若しくは異なるファイル形式も同様の態様で処理されることができる。更に、最終の製品については、アルゴリズムは、理想的には、静止画像のみならず、運動コンテントにも働き、完全なデスクトップに関しても働く。アルゴリズムは、モニタを駆動するＰＣのグラフィックカードのハードウェア内に又はディスプレイ自体の電子回路の専用部分として実現されることができる。

グレースケールモニタに関する第１の例示の実施例において、ディスプレイは、バックライト、第１のグレースケールＬＣＤ（フロント）パネル及び第２のグレースケール（バック）パネルからなる。このディスプレイに供給されるカラー画像は、以下のようにしてグレースケール画像に変換される：各ピクセルについて、３つの赤、緑及び青のサブピクセルの最大値が取得され、３つのサブピクセルの各々にコピーされる（図１３のステップ１０４ａを参照）：あるＲＧＢピクセルが、グレー値（１０，４０，３５）を有する場合、新しいＲＧＢピクセルが生じる（４０，４０，４０）。これは、画像内のすべてのピクセルについて行われ、その結果、すべての色情報は取り除かれ、ピクセルごとの輝度情報だけが残る。これは、グレースケール画像に対応する。元のグレースケール画像が、そのまま提供され、この最大化アルゴリズムによって変更されない。

カラーモニタに関する第２の例示の実施例では、ディスプレイは、バックライト、第１のグレースケールＬＣＤ（フロント）パネル及び第２のカラー（バック）パネルから構成される。ここでもカラー画像がそのまま提供され、最大化アルゴリズムは実施されない。このようにして、カラー画像も、同様に表示されることができる。

図１３は、平方根による分割（又は他の分割アルゴリズム）の後、ブラーリングアルゴリズムが、バックパネル画像上で使用されることを示している（ステップ１０４ｃ）。これは、既に上述したような視差問題を回避するために行われる。ブラーリングによって、バックパネルの解像度は、フロントパネルに当たる光がより拡散するように、効果的に低下される。その結果、フロントパネルの単一ピクセルを照射する光はより広い領域から来るように見える。ここでディスプレイに対して斜めの角度から見る場合、鮮明なバックパネル画像はもはや見られることができないので、視差が回避される。

ブラーリングは、あるピクセルレンジにガウス形フィルタを適用することによって実施されることができる。ここで、１．３メガピクセルのディスプレイ（１２８０ｘ１０２４）について５ｘ５ピクセルのピクセルレンジを使用する。画像コンテント及び対象のアプリケーションに依存して、別のレンジが使用されてもよく、概して３ｘ３ピクセルから２０×２０ピクセルまでの範囲である。更に、より小さいピクセルピッチを有するより高解像度のパネルの場合、例えばマンモグラフィで一般に使用される５メガピクセルディスプレイ（２５６０ｘ２０４８）の場合、レンジは、概してより大きくなるべきである。今日、この解像度のディスプレイについて１０ｘ１０のレンジが使用される。実際、ブラーリング距離は、２つのＬＣ材料層の間の距離、すなわち２つの中間ガラスプレートの全体の厚みにほぼ等しくなるべきである。この距離は、一般に２ｍｍのオーダーであり、従って、「ピクセルｘピクセル」のブラーリングレンジは、同様に一般に２ｍｍであるべきであり、ピクセルピッチが一旦分かれば決定されることができる。

式：
ｒ_ｂｌｕｒ＝ｄ／ｐ
上式で、ｒ_ｂｌｕｒは、（ピクセル数）ｘ（ピクセル数、例えば５ｘ５）のブラーリングレンジであり、ｄは、２つのＬＣ材料層の間の距離であり、ｐは、パネルのピクセルピッチである。例えば、２ｍｍの距離及び０．２８ｍｍのピクセルピッチは、およそ７×７ピクセルのブラーリングレンジを意味する。この式は、目安を与えるにすぎない。最適なブラーリングレンジは、アプリケーション領域（例えばマンモグラフィ、心臓血管、...．）の影響、画像コンテント及び周囲条件（光の設定）が考慮されることができるように、実際の作業環境において決定されるべきである。

結局重要なことは、視差がもはや知覚されず、ブラーリングレンジがこの要求にかなうようにそれに応じて調整されなければならないということである。

ブラーリングレンジがあまりに小さい場合（１ｘ１は鮮明な画像に対応する）、視差の出現のおそれがあり、レンジがあまりに高い場合、コントラストのゲインがあまり大きくない。最終の知覚される画像の鮮明さは、フロントパネルに依存し、知覚されるコントラストは、主にバックパネルによって決定される。

ブラーリングアルゴリズムの特定の例示の実施例において、ブラーリングは、５つのステップにおいて実際に実施される：
（１）画像は、ある大きさのブロックに分けられる；ブラーリングレンジ。
（２）このブロック内で最大の輝度値（又はグレースケール値）が探される。これは、ブラーリングが実施された後のこのブロック内の最大値であり、この値は、ブロックの中央に配置される。本プロトタイプにおいて、ブラーリングフィルタとしてガウスフィルタが使用される。

Ｌ（ｉ，ｊ）は、ｉ番目及びｊ番目のサブピクセルの新しい輝度レベルであり、Ｌ_{ｍａｘ，ｂｌｏｃｋ}は、ブロック内の最大サブピクセル値であり、ｒは、総ブロックサイズであり、ピクセル数で与えられる。あらゆるピクセルが３つのサブピクセルを有するので、ｉ及びｊは、−３＊ｒ乃至＋３＊ｒの値をとる。

（３）知覚される画像のアーチファクトの数を低減するために、以下の注意が払われる：
（ａ）隣り合うピクセル間の新しい輝度値の差は、ある閾値より高くない。
（ｂ）隣り合うブロック間の新しい輝度値の差は、ある閾値より高くない。

（４）ステップ（３）の差がより高い場合、閾値が、比較下の２つの値のうち最も高いものから減じられ、それによって、差が閾値より低くなる。閾値は、周囲条件、ディスプレイの対象とされるアプリケーション又は画像コンテントに依存しうるが、ブラーリングの効果が目で知覚されないように選ばれるべきである。

（５）バックパネル画像のブラーリングの後、フロントパネル画像が計算されることができる（ステップ１０６）。元の画像は、計算されたバックパネル画像によって除算され、この結果は、全体の知覚される画像がＤＩＣＯＭ標準又は他のいかなる好適な表示関数又はガンマに対応するように、ルックアップテーブルによってスケーリングされる。フロントパネル画像は、このようにして自動的に鮮明にされる。

ブラーリングに関する他の実施例：
背景画像のブラーリングは、多くのやり方で実際に行われることができる：

−ブロック内のすべての輝度値をただ平均化することによる直接的な方法は機能するが、なんらかのアーチファクトを生じさせることがある。

−上述の実施例にて説明したように、ガウスフィルタ以外の更に別のフィルタが適用されることもできる。ガウス形のプロファイルを使用する代わりに、三角形プロファイル又はガウステイルを有する平坦なプロファイルを使用することもできる。

−更に、背景画像を増加させるためのブラーリングが許されるだけであり、すなわち、背景を平均化することによってブラーリングするのではなく、背景画像のブライトネスを高めることによってのみブラーリングがなされる。例えば、背景画像の各ピクセル周囲にガウス形の強度又はグレー値プロファイルが作られることができる。背景画像のピクセルがこの強度プロファイルより低い値を有する場合、ぼかされた画像は、元のぼかされていない（平方根化された）値の代わりに、この強度プロファイルの値を利用する。ぼかされていない平方根された背景画像の各ピクセルについて、ガウス形のプロファイルが適用されるべきである。ガウス形状の高さは、ぼかされていない（平方根化された）ピクセル値であるべきである。

−上述のプロシージャを行う代わりに、ぼかされていない背景画像をまずブロックに分けることも可能である。ブロックの強度は、サブブロック内でピクセルの最大ピクセル値の強度を利用すべきである。これらのサブブロック位置の各々に、ガウス形（又は上部が平坦なガウス形）の強度プロファイルを配置し、上述したやり方と同様にこれらのプロファイルを比較することが可能である。このようにして、強度のみがここでも増加されるだけである。

−カラー画像の場合、グレースケールバックパネル及びカラーフロントパネルが使用されることができる。その場合、バックパネルは、グレースケール画像の平方根を利用するのではなく、その代わりに、個別のＲＧＢサブピクセル値を調べ、３つうちの最大のものを用い、平方根を得るべきである。結果として得られるグレースケールは、特に多くの青色が存在する場合、白黒への通常の変換よりも高くなる。

−２つのパネルを使用する代わりに、当然ながら３つのパネルにまたがって画像を分割し、ブラーリングを実施することも可能である。最も後側のパネルのブラーリングが、最も大きいものであるべきである。中央のパネルは、中間の量をブラーすべきであり、フロントパネルは、まったくブラーしない。

発生しうるアーチファクトの例は、完全に白のグレースケール値又はその値に近いものが表示されている（８ビットのディスプレイの場合、２５５の値）ときである。双方のパネルとも、０乃至２５５のグレースケール値を示すことができるだけである。双方の画像が鮮明であり、２５５のグレースケール値が表示されうる場合、これは、いかなる問題も呈さない。双方のパネルは、２５５の値又は１の最大透過率を表示しなければならないだけであり、知覚される画像もまた２５５の値を有する。しかしながら、あるレンジにわたってバックパネル画像がぼかされる場合、この値は、２５５より低くなりえ、それゆえエラーが発生することがある。原則として、これは、通常、レンジ全体にわたる総透過率がここでも最大であるように、エッジにおいて２５５より大きい値を表示するフロントパネル画像によって補償される。しかしながら、２５５より大きい値が表示されることはできず、その結果、（図１４に示すように）エラーがエッジに残る。この問題は、元の画像の総ダイナミックレンジを、０乃至２５５のレンジの代わりに例えば０乃至２４０のレンジにダウンスケールすることによって、解決されることができる。

代替の例示の実施例において、バックパネル及びフロントパネルの解像度は同じでもよく、代わりに、バックパネルに表示される画像の解像度が、フロントパネルに表示される画像の解像度より低いように、バックパネルに示される画像がぼかされてもよく、及び／又は、フロントパネルに示される画像が鮮明にされてもよい。

当業者であれば、請求項によって規定される本発明の範囲から逸脱することなく、変更及び変形が記述された実施例になされることができることが分かるであろう。例えば、実施例において、ダイレクト照射のバックライト（第２の液晶構造の後ろに蛍光放電管を使用する）が提案されるが、他のタイプのバックライティングも同等に良好に働く。図４に示される例示の実施例において、パターン化されたガラスプレート４は、装置のバックライト側に近よっているが、同等にディスプレイ側に近よっていてもよい（他方のガラスプレート８がバックライト側に近い）。例示の実施例において、第２の液晶構造のピクセル又はセグメント５は、正方形又は矩形であるが、他の形状（例えば三角形、五角形、六角形、その他）が使用されてもよい。第２の液晶構造３及びＬＣＤパネル１の間に、例えば拡散体又は偏光子のような他の光学素子が含められることができる。更に、セグメント５の境界をブラーするために、液晶ディスプレイパネル１及び第２の液晶構造３の間に開いた空間をおくように選択することも可能である。反射が光の再利用を可能にし、それによりシステム効率を高めるが、（記述された実施例のガラスプレート１０、２０及び４に）使用されるさまざまな偏光子は、拒絶される偏光に関して吸収性があり又は反射性がある。

上述の実施例は、本発明を説明するものであって、制限するものではなく、当業者であれば、特許請求の範囲に規定される本発明の範囲から逸脱することなく、多くの代替の実施例を設計することができるであろうことに注意すべきである。請求項において、括弧内に示されるいかなる参照符号も、請求項を制限するものとして解釈されない。「含む」及び「有する」なる語並びに同様の語は、請求項又は明細書全体に挙げられるもの以外の構成要素又はステップの存在を排除しない。単数形の構成要素は、このような複数の構成要素を排除するものではなく、その逆も同様である。本発明は、異なったいくつかの素子を含むハードウェアによって、及び適切にプログラムされたコンピュータによって、実現されることができる。いくつかの手段を列挙している装置の請求項において、これらの手段のいくつかは、ハードウェアの同じ一つのアイテムによって実現されることができる。ある手段が互いに異なる従属請求項に記述されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを示さない。

液晶ディスプレイの動作の原理を示す概略図。 カラーＬＣＤのピクセルが制御される態様を示す概略図。 本発明の例示の実施例による液晶ディスプレイの構造を示す概略図。 図３の構造の概略断面図。 本発明の例示の実施例による、液晶ディスプレイの構造を示す概略断面図。 ツイステッドネマチック（ＴＮ）効果を使用する本発明の例示の実施例による、第２の液晶ディスプレイパネルの隣り合う画素間の段階的な遷移の概略図。 図７ａ−図７ｃは、ＴＮ効果を使用する本発明の例示の別の実施例による、第２の液晶ディスプレイパネルの隣り合う画素間の段階的な遷移の概略図。 ＴＮ効果を使用する本発明の例示の別の実施例による、第２の液晶ディスプレイパネルの隣り合う画素間の段階的な遷移の概略図。 ＴＮ効果を使用する本発明の例示の更に別の実施例による、第２の液晶ディスプレイパネルの隣り合う画素間の段階的な遷移の概略図。 本発明の例示の実施例による、インプレインスイッチング機構における第２の液晶ディスプレイパネルの画素の構成の概略図。 本発明の例示の実施例による、インプレインスイッチング機構における第２の液晶ディスプレイパネルの画素の構成の概略図。 本発明の別の例示の実施例による、インプレインスイッチング機構の第２の液晶ディスプレイパネルの画素の構成の概略図。 本発明の別の例示の実施例によるシステムによって用いられる画像処理技術の主要なステップを示す概略フロー図。 高いグレースケール値（２５５又は１の透過率）の場合のスケーリング問題を示す概略的なグラフィック図であり、点線（図の右側）によって示されるフロントパネルによるこれらの高いグレースケール値の必要な補償が可能でないことを示す図。

Claims (21)

1. 画像を表示するための画素のアレイを規定する第１の液晶ディスプレイパネルと、
   バックライティング手段と、
   前記第１の液晶ディスプレイパネル及び前記バックライティング手段の間に位置し、画像を表示するための画素のアレイを規定する、第２の液晶ディスプレイパネルと、
   を有する液晶ディスプレイに画像を表示するシステムであって、
   前記第２の液晶ディスプレイパネルに表示される前記画像の解像度が、前記第１の液晶ディスプレイパネルに表示される前記画像の解像度より低いように、前記第１及び前記第２の液晶ディスプレイパネルの各々に前記画像の少なくとも一部を表示するように構成されるシステム。
2. 前記第１及び前記第２の液晶ディスプレイパネルの隣り合う個々の偏光子が位置調整される、請求項１に記載のシステム。
3. 前記画像の第１の部分が、前記第１の液晶ディスプレイパネルに表示され、前記画像の第２の部分が、前記第２の液晶ディスプレイパネルに表示されるように、前記画像を分ける手段を有する、請求項１に記載のシステム。
4. 前記第１の液晶ディスプレイパネルに表示される前記画像に対して前記第２の液晶ディスプレイパネルに表示される前記画像をぼかす手段を有する、請求項１に記載のシステム。
5. 前記第２の液晶ディスプレイパネルに表示される前記画像に対して前記第１の液晶ディスプレイパネルに表示される前記画像を鮮明にする手段を有する、請求項１に記載のシステム。
6. 前記第２の液晶ディスプレイパネルを通って前記第１の液晶ディスプレイパネルに送られる光の量を少なくとも制限するために、前記画像の相対的に暗い部分に対応する前記第２の液晶ディスプレイパネルの前記画素の１又は複数に選択的に電荷を印加する手段を更に有する、請求項１に記載のシステム。
7. 前記第２の液晶ディスプレイパネルが、前記第１の液晶ディスプレイパネルの画素より少なく且つ大きい画素のアレイを規定する、請求項１に記載システム。
8. 前記第１及び前記第２の液晶ディスプレイパネルの間に位置する１又は複数の第３の液晶ディスプレイパネルを有し、前記１又は複数の第３の液晶ディスプレイパネルに表示される画像の解像度が、前記第１の液晶ディスプレイパネルに表示される前記画像の解像度より低く、及び／又は前記第２の液晶ディスプレイパネルに表示される前記画像の解像度より高いように、前記１又は複数の第３の液晶ディスプレイパネルに前記画像の少なくとも一部を表示するように構成される、請求項１に記載のシステム。
9. 画像を表示するための画素のアレイを規定する第１の液晶ディスプレイパネルと、
   バックライティング手段と、
   画像を表示するための画素のアレイを規定する第２の液晶ディスプレイパネルと、
   請求項１に記載のシステムと、
   を有する液晶ディスプレイ。
10. 画像を表示するための画素のアレイを規定する第１の液晶ディスプレイパネルと、
    バックライティング手段と、
    前記第１の液晶ディスプレイパネル及び前記バックライティング手段の間に位置し、画像を表示するための画素のアレイを規定する第２の液晶ディスプレイパネルと、
    を有する液晶ディスプレイに画像を表示する方法であって、
    前記第２の液晶ディスプレイパネルに表示される前記画像の解像度が前記第１の液晶ディスプレイパネルに表示される前記画像の解像度より低いように、前記第１及び前記第２の液晶ディスプレイパネルの各々に前記画像の少なくとも一部を表示することを含む方法。
11. 前記第２の液晶ディスプレイパネルの隣り合う画素が、少なくとも部分的に知覚的に重なっている、請求項９に記載の液晶ディスプレイ。
12. 隣り合う画素が、前記部分的な知覚的な重なりを生じさせるように取り混ぜられる、請求項１１に記載の液晶ディスプレイ。
13. 前記第１及び前記第２の隣り合う画素の間の段階的な遷移が、変化する長さをもつ複数のコーム歯の形である、請求項１２に記載の液晶ディスプレイ。
14. 前記くし歯が実質的に三角形である、請求項１３に記載の液晶ディスプレイ。
15. 電荷が、個々の電極を介して前記第１及び／又は前記第２の液晶ディスプレイパネルの前記画素に選択的に印加される、請求項９に記載の液晶ディスプレイ。
16. 各画素についてアドレス電極が設けられる、請求項１５に記載の液晶ディスプレイ。
17. 少なくとも前記第２の液晶ディスプレイパネルの前記画素に関する電極が、ジグザグ又は曲りくねった構成である、請求項１５に記載の液晶ディスプレイ。
18. 画像を表示するための画素のアレイを規定する第１の液晶ディスプレイパネルと、
    バックライティング手段と、
    を有する液晶ディスプレイであって、
    前記第１の液晶ディスプレイパネル及び前記バックライティング手段の間に位置し、前記第１の液晶ディスプレイパネルの画素より少なく且つ大きい画素のアレイを規定する、第２の液晶ディスプレイパネルと、
    前記第２の液晶ディスプレイパネルを通って前記第１の液晶ディスプレイパネルに送られる光の量を少なくとも制限するために、前記画像の相対的に暗い部分に対応する前記第２の液晶ディスプレイパネルの前記画素の１又は複数に選択的に電荷を印加する手段と、
    を更に有する液晶ディスプレイ。
19. 画像を表示するための画素のアレイを規定する第１の液晶ディスプレイパネルを設けるステップと、
    バックライティング手段を設けるステップと、
    前記第１の液晶ディスプレイパネル及び前記バックライティング手段の間に、前記第１の液晶ディスプレイパネルの画素より少なく且つ大きい画素のアレイを規定する第２の液晶ディスプレイパネルを設けるステップと、
    を含む、液晶ディスプレイを製造する方法であって、
    前記第２の液晶ディスプレイパネルを通って前記第１の液晶ディスプレイパネルに送られる光の量を少なくとも制限するために、前記画像の相対的に暗い部分に対応する前記第２の液晶ディスプレイパネルの前記画素の１又は複数に選択的に電荷を印加する手段を設けるステップ、を更に含む方法。
20. 前記画像の相対的に暗い部分に対応する前記第２の液晶ディスプレイパネルの前記画素の１又は複数に選択的に電荷を印加する手段を有する、請求項９に記載の液晶ディスプレイを駆動する装置。
21. 前記画像の相対的に暗い部分に対応する前記第２の液晶ディスプレイパネルの前記画素の１又は複数に選択的に電荷を印加するステップを含む、請求項９に記載の液晶ディスプレイを駆動する方法。

Images