JP2018084760A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の表示パネルを重ね合わせて構成された液晶表示装置において、低階調の画像を表示したときの表示品位の低下を抑える。
【解決手段】液晶表示装置は、カラー画像を表示する第１表示パネルと、白黒画像を表示する第２表示パネルと、入力映像信号に基づいて前記カラー画像に対応する第１画像データと前記白黒画像に対応する第２画像データとを生成する画像処理部と、を含み、前記画像処理部は、前記第１表示パネルの透過率を表すグラフと、前記第２表示パネルの透過率を表すグラフとが、前記所定の入力階調で交差するように、前記第１及び第２画像データを生成する。
【選択図】図１０

Description

本発明は、液晶表示装置に関する。

従来、液晶表示装置のコントラストを向上させる技術として、２枚の表示パネルを重ね合わせて、入力映像信号に基づいて、それぞれの表示パネルに画像を表示させる技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。具体的には例えば、前後に配置された２枚の表示パネルのうち前側（観察者側）の表示パネルにカラー画像を表示し、後側（バックライト側）の表示パネルに白黒画像を表示することにより、コントラストの向上を図るものである。上記液晶表示装置では、例えば両表示パネルを合わせた全体のガンマ値が２．２になるように調整している。

特開２００７−３１０１６１号公報

上記従来の液晶表示装置では、低階調の画像を表示したときに黒浮きが生じ、表示品位が低下するという問題がある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の表示パネルを重ね合わせて構成された液晶表示装置において、低階調の画像を表示したときの表示品位の低下を抑えることにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る液晶表示装置は、複数の表示パネルが重ね合わされて配置され、それぞれの前記表示パネルに画像を表示する表示装置であって、カラー画像を表示する第１表示パネルと、白黒画像を表示する第２表示パネルと、入力映像信号に基づいて、前記カラー画像に対応する第１画像データと、前記白黒画像に対応する第２画像データとを生成する画像処理部と、を含み、前記画像処理部は、前記入力映像信号に対応する入力階調に対する前記第１表示パネルの透過率を表すグラフと、前記入力映像信号に対応する入力階調に対する前記第２表示パネルの透過率を表すグラフとが、所定の入力階調で交差するように、前記第１画像データ及び前記第２画像データを生成する、ことを特徴とする。

本発明に係る液晶表示装置では、前記第１表示パネルの透過率を表すグラフが、前記所定の入力階調以下の領域において、第１変曲点を有し、かつ、上に凸の状態で変化し、前記第２表示パネルの透過率を表すグラフが、前記所定の入力階調以下の領域において、第２変曲点を有し、かつ、下に凸の状態で変化してもよい。

本発明に係る液晶表示装置では、前記第１表示パネルの透過率を表すグラフが、さらに、前記所定の入力階調より高い領域において、第３変曲点を有し、かつ、下に凸の状態で変化し、前記第２表示パネルの透過率を表すグラフが、さらに、前記所定の入力階調より高い領域において、第４変曲点を有し、かつ、上に凸の状態で変化してもよい。

本発明に係る液晶表示装置では、前記所定の入力階調以下の領域では、前記第１表示パネルの透過率が前記第２表示パネルの透過率より大きく、前記所定の入力階調より高い領域では、前記第２表示パネルの透過率が前記第１表示パネルの透過率より大きくてもよい。

本発明に係る液晶表示装置では、前記画像処理部は、前記第１画像データに対応する第１階調を決定する第１画像データ生成部と、前記第２画像データに対応する第２階調を決定する第２画像データ生成部と、を含み、前記第２画像データ生成部は、前記所定の入力階調以下の領域では、前記入力映像信号に対応する入力階調に基づいて前記第１階調より低い前記第２階調を決定し、前記第１画像データ生成部は、前記第２画像データ生成部により決定された前記第２階調に基づいて前記第１階調を決定してもよい。

本発明に係る液晶表示装置では、前記第２階調と、前記入力階調を補正するための補正値とが関連付けられた補正テーブルをさらに含み、前記第１画像データ生成部は、前記補正テーブルを参照して、前記第２画像データ生成部により決定された前記第２階調に関連付けられた前記補正値を取得するとともに、取得した前記補正値に基づいて前記入力階調を補正して前記第１階調を算出してもよい。

本発明に係る液晶表示装置では、前記補正値は、前記第１表示パネルの透過率と前記第２表示パネルの透過率とを合成した合成透過率が、所定のガンマ値に対応する透過率に近付くように設定されてもよい。

また上記課題を解決するために、本発明に係る液晶表示装置は、複数の表示パネルが重ね合わされて配置され、それぞれの前記表示パネルに画像を表示する表示装置であって、カラー画像を表示する第１表示パネルと、白黒画像を表示する第２表示パネルと、入力映像信号に基づいて、前記カラー画像に対応する第１画像データと、前記白黒画像に対応する第２画像データとを生成する画像処理部と、を含み、前記画像処理部は、前記入力映像信号に対応する入力階調に対する前記第１表示パネルの透過率を表すグラフが、所定の入力階調以下の領域において、第１変曲点を有し、かつ、上に凸の状態で変化するように、前記第１画像データを生成する、ことを特徴とする。

本発明に係る液晶表示装置では、前記第１表示パネルの透過率を表すグラフが、さらに、前記所定の入力階調より高い領域において、第２変曲点を有し、かつ、下に凸の状態で変化してもよい。

本発明に係る液晶表示装置では、前記画像処理部は、前記入力映像信号に対応する入力階調に対する前記第２表示パネルの透過率を表すグラフが、前記所定の入力階調以下の領域において、第３変曲点を有し、かつ、下に凸の状態で変化するように、前記第２画像データを生成してもよい。

本発明に係る液晶表示装置では、前記第２表示パネルの透過率を表すグラフが、さらに、前記所定の入力階調より高い領域において、第４変曲点を有し、かつ、上に凸の状態で変化してもよい。

また上記課題を解決するために、本発明に係る液晶表示装置は、複数の表示パネルが重ね合わされて配置され、それぞれの前記表示パネルに画像を表示する表示装置であって、カラー画像を表示する第１表示パネルと、白黒画像を表示する第２表示パネルと、入力映像信号に基づいて、前記カラー画像に対応する第１画像データと、前記白黒画像に対応する第２画像データとを生成する画像処理部と、を含み、前記画像処理部は、前記入力映像信号に対応する入力階調に対する前記第２表示パネルの透過率を表すグラフが、所定の入力階調以下の領域において、第１変曲点を有し、かつ、下に凸の状態で変化するように、前記第２画像データを生成する、ことを特徴とする。

本発明に係る液晶表示装置では、前記第２表示パネルの透過率を表すグラフが、さらに、前記所定の入力階調より高い領域において、第２変曲点を有し、かつ、上に凸の状態で変化してもよい。

本発明に係る液晶表示装置によれば、複数の表示パネルを重ね合わせて構成された液晶表示装置において、低階調の画像を表示したときの表示品位の低下を抑えることができる。

本実施形態に係る液晶表示装置の概略構成を示す平面図である。 本実施形態に係る第１表示パネルの概略構成を示す平面図である。 本実施形態に係る第２表示パネルの概略構成を示す平面図である。 図２及び図３のＡ−Ａ´断面図である。 第１表示パネル及び第２表示パネルの画素配置の他の例を示す平面図である。 本実施形態に係る画像処理部の具体的な構成を示すブロック図である。 入力階調と第１階調及び第２階調との関係を示すグラフである。 入力階調と補正値との関係を示すグラフである。 入力階調と第１透過率及び第２透過率との関係を示すグラフである。 入力階調と第１透過率、第２透過率及び補正透過率との関係を示すグラフである。 図１０に示す第１表示パネルの透過率と、第２表示パネルの透過率とを合成した合成透過率を示すグラフである。 図１１に対する比較例を示したグラフである。 比較例に係る液晶表示装置において、入力階調に対する、第１表示パネルの透過率と第２表示パネルの透過率とガンマ透過率とを示すグラフである。

本発明の実施形態について、図面を用いて以下に説明する。本実施形態に係る液晶表示装置は、画像を表示する複数の表示パネルと、それぞれの表示パネルを駆動する複数の駆動回路（複数のソースドライバ、複数のゲートドライバ）と、それぞれの駆動回路を制御する複数のタイミングコントローラと、外部から入力される入力映像信号に対して画像処理を行い、それぞれのタイミングコントローラに画像データを出力する画像処理部と、複数の表示パネルに背面側から光を照射するバックライトと、を含んでいる。表示パネルの数は限定されず２枚以上であればよい。また複数の表示パネルは、観察者側から見て前後方向に互いに重ね合わされて配置されており、それぞれが画像を表示する。以下では、２枚の表示パネルを備える液晶表示装置１０を例に挙げて説明する。

図１は、本実施形態に係る液晶表示装置１０の概略構成を示す平面図である。図１に示すように、液晶表示装置１０は、観察者に近い位置（前側）に配置された第１表示パネル１００と、第１表示パネル１００より観察者から遠い位置（後側）に配置された第２表示パネル２００と、第１表示パネル１００に設けられた第１ソースドライバ１２０及び第１ゲートドライバ１３０と、第１ソースドライバ１２０及び第１ゲートドライバ１３０を制御する第１タイミングコントローラ１４０と、第２表示パネル２００に設けられた第２ソースドライバ２２０及び第２ゲートドライバ２３０と、第２ソースドライバ２２０及び第２ゲートドライバ２３０を制御する第２タイミングコントローラ２４０と、第１タイミングコントローラ１４０及び第２タイミングコントローラ２４０に画像データを出力する画像処理部３００と、を含んでいる。第１表示パネル１００は入力映像信号に応じたカラー画像を第１画像表示領域１１０に表示し、第２表示パネル２００は入力映像信号に応じた白黒画像を第２画像表示領域２１０に表示する。画像処理部３００は、外部のシステム（図示せず）から送信された入力映像信号Ｄａｔａを受信し、後述する画像処理を実行した後、第１タイミングコントローラ１４０に第１画像データＤＡＴ１を出力し、第２タイミングコントローラ２４０に第２画像データＤＡＴ２を出力する。また画像処理部３００は、第１タイミングコントローラ１４０及び第２タイミングコントローラ２４０に同期信号等の制御信号（図１では省略）を出力する。第１画像データＤＡＴ１はカラー画像表示用の画像データであり、第２画像データＤＡＴ２は白黒画像表示用の画像データである。尚、液晶表示装置１０は、第１表示パネル１００が白黒画像を第１画像表示領域１１０に表示し、第２表示パネル２００がカラー画像を第２画像表示領域２１０に表示する構成であってもよい。バックライト（図１では省略）は、第２表示パネル２００の背面側に配置されている。画像処理部３００の具体的な構成は後述する。

図２は第１表示パネル１００の概略構成を示す平面図であり、図３は第２表示パネル２００の概略構成を示す平面図である。図４は、図２及び図３のＡ−Ａ´断面図である。

図２及び図４を用いて、第１表示パネル１００の構成について説明する。図４に示すように、第１表示パネル１００は、バックライト４００側に配置された薄膜トランジスタ基板１０１と、観察者側に配置され、薄膜トランジスタ基板１０１に対向する対向基板１０２と、薄膜トランジスタ基板１０１及び対向基板１０２の間に配置された液晶層１０３と、を含んでいる。第１表示パネル１００のバックライト４００側には偏光板１０４が配置されており、観察者側には偏光板１０５が配置されている。

薄膜トランジスタ基板１０１には、図２に示すように、第１方向（例えば列方向）に延在する複数のデータ線１１１（ソース線）と、第１方向とは異なる第２方向（例えば行方向）に延在する複数のゲート線１１２とが形成され、複数のデータ線１１１と複数のゲート線１１２とのそれぞれの交差部近傍に薄膜トランジスタ１１３（ＴＦＴ）が形成されている。第１表示パネル１００を平面的に見て、隣り合う２本のデータ線１１１と隣り合う２本のゲート線１１２とにより囲まれる領域が１つのサブ画素１１４として規定され、該サブ画素１１４がマトリクス状（行方向及び列方向）に複数配置されている。複数のデータ線１１１は、行方向に等間隔で配置されており、複数のゲート線１１２は、列方向に等間隔で配置されている。薄膜トランジスタ基板１０１には、サブ画素１１４ごとに画素電極１１５が形成されており、複数のサブ画素１１４に共通する１つの共通電極（図示せず）が形成されている。薄膜トランジスタ１１３を構成するドレイン電極はデータ線１１１に電気的に接続され、ソース電極は画素電極１１５に電気的に接続され、ゲート電極はゲート線１１２に電気的に接続されている。

図４に示すように、対向基板１０２には、各サブ画素１１４に対応して複数のカラーフィルタ１０２ａ（着色層）が形成されている。各カラーフィルタ１０２ａは、光の透過を遮断するブラックマトリクス１０２ｂで囲まれており、例えば矩形状に形成されている。また、複数のカラーフィルタ１０２ａは、赤色（Ｒ色）の材料で形成され、赤色の光を透過する赤色カラーフィルタと、緑色（Ｇ色）の材料で形成され、緑色の光を透過する緑色カラーフィルタと、青色（Ｂ色）の材料で形成され、青色の光を透過する青色カラーフィルタと、を含んでいる。赤色カラーフィルタ、緑色カラーフィルタ、及び青色カラーフィルタは、行方向にこの順に繰り返し配列され、同一色のカラーフィルタが列方向に配列され、行方向及び列方向に隣り合うカラーフィルタ１０２ａの境界部分にブラックマトリクス１０２ｂが形成されている。各カラーフィルタ１０２ａに対応して、複数のサブ画素１１４は、図２に示すように、赤色カラーフィルタに対応する赤色サブ画素１１４Ｒと、緑色カラーフィルタに対応する緑色サブ画素１１４Ｇと、青色カラーフィルタに対応する青色サブ画素１１４Ｂと、を含んでいる。尚、第１表示パネル１００では、１つの赤色サブ画素１１４Ｒ、１つの緑色サブ画素１１４Ｇ及び１つの青色サブ画素１１４Ｂを含んで１つの画素１２４を構成し、複数の画素１２４がマトリクス状に配置されている。

第１タイミングコントローラ１４０は、周知の構成を備えている。例えば第１タイミングコントローラ１４０は、画像処理部３００から出力される第１画像データＤＡＴ１と第１制御信号ＣＳ１（クロック信号、垂直同期信号、水平同期信号等）とに基づいて、第１画像データＤＡ１と、第１ソースドライバ１２０及び第１ゲートドライバ１３０の駆動を制御するための各種タイミング信号（データスタートパルスＤＳＰ１、データクロックＤＣＫ１、ゲートスタートパルスＧＳＰ１、ゲートクロックＧＣＫ１）とを生成する（図２参照）。第１タイミングコントローラ１４０は、第１画像データＤＡ１と、データスタートパルスＤＳＰ１と、データクロックＤＣＫ１とを第１ソースドライバ１２０に出力し、ゲートスタートパルスＧＳＰ１とゲートクロックＧＣＫ１とを第１ゲートドライバ１３０に出力する。

第１ソースドライバ１２０は、データスタートパルスＤＳＰ１及びデータクロックＤＣＫ１に基づいて、第１画像データＤＡ１に応じたデータ信号（データ電圧）をデータ線１１１に出力する。第１ゲートドライバ１３０は、ゲートスタートパルスＧＳＰ１及びゲートクロックＧＣＫ１に基づいて、ゲート信号（ゲート電圧）をゲート線１１２に出力する。

各データ線１１１には、第１ソースドライバ１２０からデータ電圧が供給され、各ゲート線１１２には、第１ゲートドライバ１３０からゲート電圧が供給される。共通電極には、コモンドライバ（図示せず）から共通電圧Ｖｃｏｍが供給される。ゲート電圧（ゲートオン電圧）がゲート線１１２に供給されると、ゲート線１１２に接続された薄膜トランジスタ１１３がオンし、薄膜トランジスタ１１３に接続されたデータ線１１１を介して、データ電圧が画素電極１１５に供給される。画素電極１１５に供給されたデータ電圧と、共通電極に供給された共通電圧Ｖｃｏｍとの差により電界が生じる。この電界により液晶を駆動してバックライト４００の光の透過率を制御することによって画像表示を行う。第１表示パネル１００では、赤色サブ画素１１４Ｒ、緑色サブ画素１１４Ｇ、青色サブ画素１１４Ｂそれぞれの画素電極１１５に接続されたデータ線１１１に、所望のデータ電圧を供給することにより、カラー画像表示が行われる。尚、第１表示パネル１００は、周知の構成を適用することができる。

次に、図３及び図４を用いて、第２表示パネル２００の構成について説明する。図４に示すように、第２表示パネル２００は、バックライト４００側に配置された薄膜トランジスタ基板２０１と、観察者側に配置され、薄膜トランジスタ基板２０１に対向する対向基板２０２と、薄膜トランジスタ基板２０１及び対向基板２０２の間に配置された液晶層２０３と、を含んでいる。第２表示パネル２００のバックライト４００側には偏光板２０４が配置されており、観察者側には偏光板２０５が配置されている。第１表示パネル１００の偏光板１０４と、第２表示パネル２００の偏光板２０５との間には、拡散シート３０１又は接着シートが配置されている。

薄膜トランジスタ基板２０１には、図３に示すように、列方向に延在する複数のデータ線２１１（ソース線）と、行方向に延在する複数のゲート線２１２とが形成され、複数のデータ線２１１と複数のゲート線２１２とのそれぞれの交差部近傍に薄膜トランジスタ２１３が形成されている。第２表示パネル２００を平面的に見て、隣り合う２本のデータ線２１１と隣り合う２本のゲート線２１２とにより囲まれる領域が１つの画素２１４として規定され、該画素２１４がマトリクス状（行方向及び列方向）に複数配置されている。複数のデータ線２１１は、行方向に等間隔で配置されており、複数のゲート線２１２は、列方向に等間隔で配置されている。薄膜トランジスタ基板２０１には、画素２１４ごとに画素電極２１５が形成されており、複数の画素２１４に共通する１つの共通電極（図示せず）が形成されている。薄膜トランジスタ２１３を構成するドレイン電極はデータ線２１１に電気的に接続され、ソース電極は画素電極２１５に電気的に接続され、ゲート電極はゲート線２１２に電気的に接続されている。第１表示パネル１００の各サブ画素１１４と、第２表示パネル２００の各画素２１４とは、互いに１対１の関係で配置されており、平面視で互いに重なっている。例えば、図２に示す画素１２４を構成する赤色サブ画素１１４Ｒ、緑色サブ画素１１４Ｇ及び青色サブ画素１１４Ｂそれぞれと、図３に示す３個の画素２１４それぞれとが平面視で重なっている。尚、第１表示パネル１００のサブ画素１１４と、第２表示パネル２００の画素２１４とは、互いに３対１の関係で配置されてもよい。例えば図５に示すように、第１表示パネル１００の赤色サブ画素１１４Ｒ、緑色サブ画素１１４Ｇ及び青色サブ画素１１４Ｂで構成される１個の画素１２４（図５（ａ）参照）と、第２表示パネル２００の１個の画素２１４（図５（ｂ）参照）とが平面視で重なっていてもよい。

図４に示すように、対向基板２０２には、各画素２１４の境界部分に対応する位置に、光の透過を遮断するブラックマトリクス２０２ｂが形成されている。ブラックマトリクス２０２ｂで囲まれた領域２０２ａには、カラーフィルタは形成されておらず、例えばオーバーコート膜が形成されている。

第２タイミングコントローラ２４０は、周知の構成を備えている。例えば第２タイミングコントローラ２４０は、画像処理部３００から出力される第２画像データＤＡＴ２と第２制御信号ＣＳ２（クロック信号、垂直同期信号、水平同期信号等）とに基づいて、第２画像データＤＡ２と、第２ソースドライバ２２０及び第２ゲートドライバ２３０の駆動を制御するための各種タイミング信号（データスタートパルスＤＳＰ２、データクロックＤＣＫ２、ゲートスタートパルスＧＳＰ２、ゲートクロックＧＣＫ２）とを生成する（図３参照）。第２タイミングコントローラ２４０は、第２画像データＤＡ２と、データスタートパルスＤＳＰ２と、データクロックＤＣＫ２とを第２ソースドライバ２２０に出力し、ゲートスタートパルスＧＳＰ２とゲートクロックＧＣＫ２とを第２ゲートドライバ２３０に出力する。

第２ソースドライバ２２０は、データスタートパルスＤＳＰ２及びデータクロックＤＣＫ２に基づいて、第２画像データＤＡ２に応じたデータ電圧をデータ線２１１に出力する。第２ゲートドライバ２３０は、ゲートスタートパルスＧＳＰ２及びゲートクロックＧＣＫ２に基づいて、ゲート電圧をゲート線２１２に出力する。

各データ線２１１には、第２ソースドライバ２２０からデータ電圧が供給され、各ゲート線２１２には、第２ゲートドライバ２３０からゲート電圧が供給される。共通電極には、コモンドライバから共通電圧Ｖｃｏｍが供給される。ゲート電圧（ゲートオン電圧）がゲート線２１２に供給されると、ゲート線２１２に接続された薄膜トランジスタ２１３がオンし、薄膜トランジスタ２１３に接続されたデータ線２１１を介して、データ電圧が画素電極２１５に供給される。画素電極２１５に供給されたデータ電圧と、共通電極に供給された共通電圧Ｖｃｏｍとの差により電界が生じる。この電界により液晶を駆動してバックライト４００の光の透過率を制御することによって画像表示を行う。第２表示パネル２００では、白黒画像表示が行われる。尚、第２表示パネル２００は、周知の構成を適用することができる。

図６は、画像処理部３００の具体的な構成を示すブロック図である。画像処理部３００は、第１遅延部３１１と、第１画像データ生成部３１２と、補正テーブル３１３と、第１画像出力部３１４と、第２画像データ生成部３２１と、階調テーブル３２２と、拡張フィルタ処理部３２３と、平均値フィルタ処理部３２４と、第２遅延部３２５と、第２画像出力部３２６と、を含んでいる。画像処理部３００は、入力映像信号Ｄａｔａに基づいて後述する画像処理を行い、例えば、第１表示パネル１００用の第１画像データＤＡＴ１（カラー画像データ）と、第２表示パネル２００用の第２画像データＤＡＴ２（白黒画像データ）とを生成する。また、画像処理部３００は、カラー画像と白黒画像とを合成した表示画像の合成ガンマ値（γ値）が所望の値（例えばγ＝２．２）になるように、第１画像データＤＡＴ１及び第２画像データＤＡＴ２を生成する。

画像処理部３００は、外部のシステムから送信された入力映像信号Ｄａｔａを受信すると、入力映像信号Ｄａｔａを、第１遅延部３１１と第２画像データ生成部３２１とに転送する。尚、入力映像信号Ｄａｔａは、例えば輝度情報（階調情報）と色情報とを含んでいる。色情報は、色を指定するための情報であり、例えば、入力映像信号Ｄａｔａが１０ビットの場合は、Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色を含む複数色それぞれの色を０〜１０２３の値で表すことができ、入力映像信号Ｄａｔａが８ビットの場合、Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色を含む複数色それぞれの色を０〜２５５の値で表すことができる。上記複数色には、少なくともＲ色、Ｇ色及びＢ色を含み、さらにＷ（白）色及び／又はＹ（黄）色が含まれてもよい。以下では、一例として、入力映像信号Ｄａｔａが１０ビットであり、上記複数色がＲ色、Ｇ色及びＢ色である場合を挙げる。尚、入力映像信号Ｄａｔａが１０ビットの場合、階調は０〜１０２３で表される。

第２画像データ生成部３２１は、入力映像信号Ｄａｔａを取得すると、階調テーブル３２２（階調ＬＵＴ）を参照して、白黒画像データに対応する階調（第２階調）を決定する。図７のグラフ（１）は、階調テーブル３２２の一例を示している。尚、図７（ｂ）は、図７（ａ）の低階調領域の拡大図を示している。階調テーブル３２２（図７のグラフ（１））には、入力映像信号Ｄａｔａに対応する階調（入力階調）と、白黒画像データに対応する階調（第２階調）とが関連付けられている。例えば、入力階調が「２階調」の場合、第２画像データ生成部３２１は、「２階調」に関連付けられた「２６階調」を上記第２階調として決定する。

拡張フィルタ処理部３２３は、第２画像データ生成部３２１から白黒画像データ（第２階調）を取得すると、白黒画像データに対して高輝度領域を拡張する拡張フィルタ処理を実行する。具体的には、拡張フィルタ処理部３２３は、各画素２１４（注目画素）について、所定のフィルタサイズ（例えば１１画素×１１画素）内の輝度の最大値をその画素（注目画素）の輝度に設定する処理（拡張フィルタ処理）を実行する。上記拡張フィルタ処理により、全体的に高輝度領域（例えば白色領域）が拡張する。尚、フィルタサイズは、１１×１１画素領域に限定されず、またフィルタ形状は、正方形に限定されず円形でもよい。

平均値フィルタ処理部３２４は、上記拡張フィルタ処理が施された白黒画像データを取得すると、該白黒画像データに対して、各フレームにおいて全ての画素２１４に共通の平均値フィルタを用いて平滑化処理を実行する。例えば、平均値フィルタ処理部３２４は、各画素２１４（注目画素）について、周囲の上下左右１１個の画素からなる１１×１１画素領域をフィルタサイズとして、このフィルタサイズ内の輝度の平均値をその画素２１４（注目画素）の輝度とする処理を実行する。フィルタサイズは、１１×１１画素領域に限定されないが、各フレームにおいて全ての画素２１４に対して共通のフィルタサイズに設定される。またフィルタ形状は、正方形に限定されず円形でもよい。上記平滑化処理によれば、高周波成分が削除されるため輝度変化を滑らかにすることができる。平均値フィルタ処理部３２４は、上記平滑化処理を施した白黒画像データを、第１画像データ生成部３１２及び第２遅延部３２５に出力する。

第１画像データ生成部３１２は、第１遅延部３１１から取得した入力映像信号Ｄａｔａについて、平均値フィルタ処理部３２４から取得した白黒画像データ（第２階調）に基づいて、第１表示パネル１００で表示するカラー画像の階調（第１階調）を決定する。具体的には、第１画像データ生成部３１２は、先ず、上記第２階調を取得すると、以下の算出式（１）により、上記第２階調を補正前階調に変換する。
補正前階調＝１０２３×入力階調／第２階調 ・・・（１）

例えば、上記入力階調が「２階調」で、上記第２階調が「２６階調」の場合は（図７のグラフ（１））、上記算出式（１）より、補正前階調は「７９階調」となる。図７のグラフ（２）には、階調テーブル３２２が図７のグラフ（１）に設定されている場合に上記算出式（１）により算出される補正前階調を示している。

次に、第１画像データ生成部３１２は、補正テーブル３１３（補正ＬＵＴ）を参照して、上記補正前階調を補正して上記第１階調を算出するための補正値を取得する。図８のグラフ（４）は、補正テーブル３１３の一例を示している。補正テーブル３１３（図８のグラフ（４））には、上記第２階調と上記補正値とが関連付けられている。例えば、上記第２階調が「２６階調」の場合、第１画像データ生成部３１２は、「２６階調」に関連付けられた「９．５」を上記補正値として取得する。補正テーブル３１３の上記補正値（グラフ（４））は、０階調〜ｔ３階調の低階調領域より高い領域では、設定されたガンマ値（２．２）の逆数（グラフ（５））に対応して設定され、０階調〜ｔ３階調の低階調領域では、上記補正前階調を低く補正するための値が設定されている。

次に、第１画像データ生成部３１２は、取得した上記補正値に基づいて第１階調（補正後階調）を決定する（階調補正処理）。具体的には、第１画像データ生成部３１２は、上記入力階調に上記補正値を乗算して得られた値を上記第１階調として決定する。例えば、上記入力階調が「２階調」で、上記補正値が「９．５」の場合は（図８のグラフ（４））、上記第１階調は「１９階調」（＝２階調×９．５階調）となる。図７のグラフ（３）には、階調テーブル３２２が図７のグラフ（１）に設定され、補正テーブル３１３が図８のグラフ（４）に設定されている場合に算出される第１階調を示している。図７に示すように、上記第１階調（グラフ（３））は、所定階調（ｔ１階調）以下の領域では、上記補正前階調（グラフ（２））より低い値となり、上記所定階調（ｔ１階調）より高い領域では、上記補正前階調と同じ値になる。第１画像データ生成部３１２は、生成したカラー画像データ（第１階調）を第１画像出力部３１４に出力する。

第２遅延部３２５は、上記平滑化処理が施された白黒画像データ（第２階調）を、第１画像データ生成部３１２におけるカラー画像データ（第１階調）の出力タイミングに合わせて、第２画像出力部３２６に出力する。

第１画像出力部３１４は、カラー画像データ（第１階調）を第１画像データＤＡＴ１として第１タイミングコントローラ１４０に出力し、第２画像出力部３２６は、白黒画像データ（第２階調）を第２画像データＤＡＴ２として第２タイミングコントローラ２４０に出力する。また画像処理部３００は、第１タイミングコントローラ１４０に第１制御信号ＣＳ１を出力し、第２タイミングコントローラ２４０に第２制御信号ＣＳ２を出力する（図２及び図３）。

以上のように、本実施形態に係る液晶表示装置１０では、画像処理部３００は、図７に示すように、所定階調（ｔ２階調）以下の領域（０階調〜ｔ２階調の低階調領域）では、上記第１階調（グラフ（３））が上記第２階調（グラフ（１））より高く、上記所定階調（ｔ２階調）より高い領域では、上記第２階調（グラフ（１））が上記第１階調（グラフ（２））より高くなるように、第１階調及び第２階調を設定している。図７に示す階調特性に着目すると、第１表示パネル１００用の第１画像データＤＡＴ１（第１階調）に対応する階調特性を示すグラフ（３）が、所定の入力階調（ｔ２階調）以下の領域において、変曲点を有し、かつ、上に凸の状態で変化している。

図９は、入力映像信号Ｄａｔａに対応する階調（入力階調）に対する、第１表示パネル１００の第１透過率（グラフ（６））と、第２表示パネル２００の第２透過率（グラフ（７））と、ガンマ値（γ＝２．２）に対応するガンマ透過率（グラフ（８））（ガンマ特性）とを示すグラフである。図９（ｂ）は、図９（ａ）の低階調領域の拡大図を示している。尚、図９に示すグラフ（６）（第１透過率）は、第１表示パネル１００の上記補正前階調（図７のグラフ（２））に基づいて画像表示した場合の透過率を示している。図９（ｂ）に示すように、所定の入力階調（ｔ２階調）以下の領域（０階調〜ｔ２階調の低階調領域）では、第１透過率（グラフ（６））が第２透過率（グラフ（７））より大きくなっており、所定の入力階調（ｔ２階調）より高い領域では、第２透過率（グラフ（７））が第１透過率（グラフ（６））より大きくなっている。図９に示す透過率特性に着目すると、第１表示パネル１００の第１透過率を示すグラフは、所定の入力階調（ｔ２階調）以下の領域に第１変曲点（上に凸となる部分）を有し、所定の入力階調（ｔ２階調）より高い領域に第２変曲点（下に凸となる部分）を有している。すなわち、第１透過率を示すグラフ（グラフ（６））は、所定の入力階調（ｔ２階調）以下の領域において急峻に立ち上がり、その後緩やかに変化している。また、第２表示パネル２００の第２透過率を示すグラフは、所定の入力階調（ｔ２階調）以下の領域に第３変曲点（下に凸となる部分）を有し、所定の入力階調より高い領域に第４変曲点（上に凸となる部分）を有している。すなわち、第２透過率を示すグラフ（グラフ（７））は、所定の入力階調（ｔ２階調）以下の領域において緩やかに変化し、その後急峻に立ち上がっている。また第１表示パネル１００の第１透過率を示すグラフと、第２表示パネル２００の第２透過率を示すグラフとは、所定の入力階調（ｔ２階調）で交差するように変化している。

図１０には、図９に、第１表示パネル１００の上記第１階調（図７のグラフ（３））に基づいて画像表示した場合の補正透過率を示すグラフ（９）を追加して示している。図７（ｂ）に示す階調特性と同様に、グラフ（９）に示す補正透過率は、所定の入力階調（ｔ１階調）以下の領域（０階調〜ｔ１階調の低階調領域）では、グラフ（６）に示す第１透過率より低い値となり、所定の入力階調（ｔ１階調）より高い領域では、第１透過率と同じ値になる。

図１１は、図１０に示す第１表示パネル１００の透過率（第１透過率、補正透過率）と、第２表示パネル２００の第２透過率とを合成した合成透過率を示すグラフである。図１１では、両対数グラフで表している。また、図１１において、グラフ（１１）は第１表示パネル１００の推定透過率を示し、グラフ（１２）は第２表示パネル２００の推定透過率を示し、グラフ（１３）は第１表示パネル１００の上記第１透過率（図９のグラフ（６））と、第２表示パネル２００の第２透過率（図９のグラフ（７））とを合成した透過率（補正前合成透過率）を示し、グラフ（１４）は第１表示パネル１００の上記補正透過率（図１０のグラフ（９））と、第２表示パネル２００の第２透過率（図１０のグラフ（７））とを合成した透過率（補正後合成透過率）を示している。尚、グラフ（１５）は、ガンマ値（γ＝２．２）に対応するガンマ透過率（ガンマ特性）を示している。

図１２は、図１１に対する比較例を示したグラフである。図１２では、比較例に係る液晶表示装置において、第１表示パネルの透過率と、第２表示パネルの透過率とを合成した合成透過率を示している。図１２において、グラフ（２１）は比較例に係る第１表示パネルの推定透過率を示し、グラフ（２２）は比較例に係る第２表示パネルの推定透過率を示し、グラフ（２３）は、上記第１表示パネルの透過率と上記第２表示パネルの透過率とを合成した透過率（合成透過率）を示している。尚、グラフ（２４）は、ガンマ値（γ＝２．２）に対応する透過率（ガンマ透過率）（ガンマ特性）を示しており、図１１のグラフ（１５）と同一である。図１３は、上記比較例に係る液晶表示装置において、入力映像信号に対応する階調（入力階調）に対する、第１表示パネルの透過率（グラフ（３１））と、第２表示パネルの透過率（グラフ（３２））と、ガンマ値（γ＝２．２）に対応する透過率（グラフ（３３））（ガンマ特性）とを示すグラフである。図１３に示すように、全ての階調において、第２表示パネル２００の透過率（図１３のグラフ（３２））が、第１表示パネルの透過率（図１３のグラフ（３１））より大きくなっている。

図１２に示す比較例では、低階調領域において、合成透過率（グラフ（２３））がガンマ透過率（グラフ（２４））から大きく離れている。このため、黒浮きが生じ、表示品位の低下を招く。これに対して、本実施形態に係る液晶表示装置１０によれば、図１１に示すように、比較例（点線で示すグラフ）と比べて、低階調領域において、合成透過率（グラフ（１４）の補正後合成透過率）をガンマ透過率に近付けることができる。例えば、「２階調」までは、合成透過率をガンマ透過率（ガンマ特性）に近似させることができる。よって、低階調を表示する際に、第１表示パネル１００に割り当てられる階調が、上記比較例に係る第１表示パネルに割り当てられる階調より低くなり、第２表示パネル２００に割り当てられる階調が、上記比較例に係る第２表示パネルに割り当てられる階調より高くなる。これにより、上記比較例と比べて、黒浮きを抑えることができため、表示品位の低下を抑えることができる。尚、第１画像データ生成部３１２における上記階調補正処理を行わない場合は、補正前階調に基づきカラー画像表示が行われるが、この場合でも、図１１のグラフ（１３）に示すように、比較例（点線で示すグラフ）と比べて、低階調領域において、合成透過率（補正前合成透過率）をガンマ透過率（ガンマ特性）に近付けることができる。

以上のように、本実施形態に係る液晶表示装置１０は、所定のガンマ特性（例えばγ＝２．２）を２枚の表示パネルの合成により実現する場合において、所定の階調以下の領域では、第１表示パネル１００の透過率が、第２表示パネル２００の透過率より大きくなり、上記所定の階調より高い領域では、第２表示パネル２００の透過率が、第１表示パネル１００の透過率より大きくなるように、第２表示パネル２００の階調（第２階調）を設定する。また、合成透過率が所定のガンマ透過率に近付くように、上記設定された第２階調に対応する補正値（図８参照）に基づいて、入力階調を補正して第１階調を算出する。このとき、所定の階調以下では、第２階調を、より低く設定することが好ましい。これにより、補正により算出される第１階調の調整幅（下げ幅）を大きくすることができるため、ガンマ特性に近付け易くなる。

本実施形態に係る液晶表示装置１０は、上記構成に限定されない。例えば、入力映像信号Ｄａｔａは８ビットでもよく、この場合、階調は０〜２５５で表される。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で上記各実施形態から当業者が適宜変更した形態も本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでもない。

１０ 液晶表示装置、１００ 第１表示パネル、１２０ 第１ソースドライバ、１３０ 第１ゲートドライバ、１４０ 第１タイミングコントローラ、２００ 第２表示パネル、２２０ 第２ソースドライバ、２３０ 第２ゲートドライバ、２４０ 第２タイミングコントローラ、３００ 画像処理部、３１１ 第１遅延部、３１２ 第１画像データ生成部、３１３ 補正テーブル、３１４ 第１画像出力部、３２１ 第２画像データ生成部、３２２ 階調テーブル、３２３ 拡張フィルタ処理部、３２４ 平均値フィルタ処理部、３２５ 第２遅延部、３２６ 第２画像出力部。

Claims (13)

1. 複数の表示パネルが重ね合わされて配置され、それぞれの前記表示パネルに画像を表示する表示装置であって、
   カラー画像を表示する第１表示パネルと、
   白黒画像を表示する第２表示パネルと、
   入力映像信号に基づいて、前記カラー画像に対応する第１画像データと、前記白黒画像に対応する第２画像データとを生成する画像処理部と、
   を含み、
   前記画像処理部は、前記入力映像信号に対応する入力階調に対する前記第１表示パネルの透過率を表すグラフと、前記入力映像信号に対応する入力階調に対する前記第２表示パネルの透過率を表すグラフとが、所定の入力階調で交差するように、前記第１画像データ及び前記第２画像データを生成する、
   ことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記第１表示パネルの透過率を表すグラフが、前記所定の入力階調以下の領域において、第１変曲点を有し、かつ、上に凸の状態で変化し、
   前記第２表示パネルの透過率を表すグラフが、前記所定の入力階調以下の領域において、第２変曲点を有し、かつ、下に凸の状態で変化し、
   ことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記第１表示パネルの透過率を表すグラフが、さらに、前記所定の入力階調より高い領域において、第３変曲点を有し、かつ、下に凸の状態で変化し、
   前記第２表示パネルの透過率を表すグラフが、さらに、前記所定の入力階調より高い領域において、第４変曲点を有し、かつ、上に凸の状態で変化する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 前記所定の入力階調以下の領域では、前記第１表示パネルの透過率が前記第２表示パネルの透過率より大きく、前記所定の入力階調より高い領域では、前記第２表示パネルの透過率が前記第１表示パネルの透過率より大きい、
   ことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
5. 前記画像処理部は、前記第１画像データに対応する第１階調を決定する第１画像データ生成部と、前記第２画像データに対応する第２階調を決定する第２画像データ生成部と、を含み、
   前記第２画像データ生成部は、前記所定の入力階調以下の領域では、前記入力映像信号に対応する入力階調に基づいて前記第１階調より低い前記第２階調を決定し、
   前記第１画像データ生成部は、前記第２画像データ生成部により決定された前記第２階調に基づいて前記第１階調を決定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
6. 前記第２階調と、前記入力階調を補正するための補正値とが関連付けられた補正テーブルをさらに含み、
   前記第１画像データ生成部は、前記補正テーブルを参照して、前記第２画像データ生成部により決定された前記第２階調に関連付けられた前記補正値を取得するとともに、取得した前記補正値に基づいて前記入力階調を補正して前記第１階調を算出する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
7. 前記補正値は、前記第１表示パネルの透過率と前記第２表示パネルの透過率とを合成した合成透過率が、所定のガンマ値に対応する透過率に近付くように設定されている、
   ことを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置。
8. 複数の表示パネルが重ね合わされて配置され、それぞれの前記表示パネルに画像を表示する表示装置であって、
   カラー画像を表示する第１表示パネルと、
   白黒画像を表示する第２表示パネルと、
   入力映像信号に基づいて、前記カラー画像に対応する第１画像データと、前記白黒画像に対応する第２画像データとを生成する画像処理部と、
   を含み、
   前記画像処理部は、前記入力映像信号に対応する入力階調に対する前記第１表示パネルの透過率を表すグラフが、所定の入力階調以下の領域において、第１変曲点を有し、かつ、上に凸の状態で変化するように、前記第１画像データを生成する、
   ことを特徴とする液晶表示装置。
9. 前記第１表示パネルの透過率を表すグラフが、さらに、前記所定の入力階調より高い領域において、第２変曲点を有し、かつ、下に凸の状態で変化する、
   ことを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
10. 前記画像処理部は、前記入力映像信号に対応する入力階調に対する前記第２表示パネルの透過率を表すグラフが、前記所定の入力階調以下の領域において、第３変曲点を有し、かつ、下に凸の状態で変化するように、前記第２画像データを生成する、
    ことを特徴とする請求項９に記載の液晶表示装置。
11. 前記第２表示パネルの透過率を表すグラフが、さらに、前記所定の入力階調より高い領域において、第４変曲点を有し、かつ、上に凸の状態で変化する、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の液晶表示装置。
12. 複数の表示パネルが重ね合わされて配置され、それぞれの前記表示パネルに画像を表示する表示装置であって、
    カラー画像を表示する第１表示パネルと、
    白黒画像を表示する第２表示パネルと、
    入力映像信号に基づいて、前記カラー画像に対応する第１画像データと、前記白黒画像に対応する第２画像データとを生成する画像処理部と、
    を含み、
    前記画像処理部は、前記入力映像信号に対応する入力階調に対する前記第２表示パネルの透過率を表すグラフが、所定の入力階調以下の領域において、第１変曲点を有し、かつ、下に凸の状態で変化するように、前記第２画像データを生成する、
    ことを特徴とする液晶表示装置。
13. 前記第２表示パネルの透過率を表すグラフが、さらに、前記所定の入力階調より高い領域において、第２変曲点を有し、かつ、上に凸の状態で変化する、
    ことを特徴とする請求項１２に記載の液晶表示装置。