JP2020079870A - 表示装置及び表示方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】高画質の画像を表示できる表示装置及び表示方法を提供することである。【解決手段】実施形態によれば、表示装置は、表示部と表示制御部を具備する。表示部は、第1の色成分の光を発する第1の副画素、第2の色成分の光を発する第2の副画素及び第3の色成分の光を発する第3の副画素を含む画素を備える。表示制御部は、第1の色成分の階調値、第2の色成分の階調値及び第3の色成分の階調値を示す第1の画像信号に基づいて、少なくとも第1の副画素の階調値、第2の副画素の階調値及び第3の副画素の階調値を示す第2の画像信号を生成し、第2の画像信号を表示部に供給する。表示制御部は、第1の色成分、第2の色成分及び第3の色成分の少なくとも1つの色成分の最大階調値が最大階調値より小さい第1の階調値となるように第2画像信号を生成する。【選択図】図13
Description
本発明の実施形態は表示装置及び表示方法に関する。
表示装置の1画素は、それぞれ異なる色の光を発する複数の副画素からなる。異なる色は、例えば赤色(R)、緑色(G)及び青色(B)である。近年、赤色、緑色及び青色に加えて、例えば白色(W)の光を出力する副画素も含む複数の画素からなる表示装置が開発されている。
一般的な画像信号は、各画素の赤色成分、緑色成分及び青色成分の輝度に対応する階調値を含むが、白色成分の輝度に対応する階調値は含まない。そのため、表示装置の1画素が赤色、緑色、青色及び白色の4色の光を出力する4副画素からなる場合、赤色成分、緑色成分及び青色成分の階調値を含む画像信号を赤色成分、緑色成分、青色成分及び白色成分の階調値を含む画像信号に変換する必要がある。このようなRGB/RGBW変換により得られた画像信号に基づいて画像を表示した場合、画質が悪くなることがある。
本発明の目的は、高画質の画像を表示できる表示装置及び表示方法を提供することである。
実施形態によれば、表示装置は、表示部と表示制御部を具備する。表示部は、第1の色成分の光を発する第1の副画素、第2の色成分の光を発する第2の副画素及び第3の色成分の光を発する第3の副画素を含む画素を備える。表示制御部は、第1の色成分の階調値、第2の色成分の階調値及び第3の色成分の階調値を示す第1の画像信号に基づいて、少なくとも第1の副画素の階調値、第2の副画素の階調値及び第3の副画素の階調値を示す第2の画像信号を生成し、第2の画像信号を表示部に供給する。表示制御部は、第1の色成分、第2の色成分及び第3の色成分の少なくとも1つの色成分の最大階調値が最大階調値より小さい第1の階調値となるように第2画像信号を生成する。
以下、図面を参照して、実施形態を説明する。以下の説明は、実施形態の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、実施形態の技術的思想は、以下に説明する構成要素の構造、形状、配置、材質等に限定されるものではない。当業者が容易に想到し得る変形は、当然に開示の範囲に含まれる。説明をより明確にするため、図面において、各要素のサイズ、厚み、平面寸法又は形状等を実際の実施態様に対して変更して模式的に表す場合もある。複数の図面において、互いの寸法の関係や比率が異なる要素が含まれることもある。複数の図面において、対応する要素には同じ参照数字を付して重複する説明を省略する場合もある。いくつかの要素に複数の呼称を付す場合があるが、これら呼称の例はあくまで例示であり、これらの要素に他の呼称を付すことを否定するものではない。また、複数の呼称が付されていない要素についても、他の呼称を付すことを否定するものではない。なお、以下の説明において、「接続」は直接接続のみならず、他の要素を介して接続されることも意味する。
[第1実施形態]
図1は、実施形態に係る表示装置DSPの構成の一例を概略的に示す平面図である。図1は、第1の方向Xと、第1の方向Xに垂直な第2の方向Yと、第1の方向X及び第2の方向Yに垂直な第3の方向Zによって規定される三次元空間を示す。第1の方向Xと第2の方向Yは、表示装置パネルPNLの主面に平行である。第3の方向Zは、表示装置パネルPNLの主面に垂直であり、表示装置DSPの厚さ方向と対応する。第1の方向X及び第2の方向Yは互いに直交するが、第1の方向X及び第2の方向Yは90°以外の角度で交差してもよい。第3の方向Zの矢印の先端側(Zの+側)を上側と称し、第3の方向Zの矢印の先端と反対の端部(Zの−側)を下側と称する。「第1部材の上の第2部材」及び「第1部材の下の第2部材」の表現は、第2部材は第1部材に接する場合と第2部材は第1部材から離れて位置する場合を含む。第3の方向Zを示す矢印の先端側に表示装置DSPを観察する観察位置があるものとし、この観察位置から、第1の方向X及び第2の方向Yで規定されるX−Y平面を見ることを平面視という。
図1は、実施形態に係る表示装置DSPの構成の一例を概略的に示す平面図である。図1は、第1の方向Xと、第1の方向Xに垂直な第2の方向Yと、第1の方向X及び第2の方向Yに垂直な第3の方向Zによって規定される三次元空間を示す。第1の方向Xと第2の方向Yは、表示装置パネルPNLの主面に平行である。第3の方向Zは、表示装置パネルPNLの主面に垂直であり、表示装置DSPの厚さ方向と対応する。第1の方向X及び第2の方向Yは互いに直交するが、第1の方向X及び第2の方向Yは90°以外の角度で交差してもよい。第3の方向Zの矢印の先端側(Zの+側)を上側と称し、第3の方向Zの矢印の先端と反対の端部(Zの−側)を下側と称する。「第1部材の上の第2部材」及び「第1部材の下の第2部材」の表現は、第2部材は第1部材に接する場合と第2部材は第1部材から離れて位置する場合を含む。第3の方向Zを示す矢印の先端側に表示装置DSPを観察する観察位置があるものとし、この観察位置から、第1の方向X及び第2の方向Yで規定されるX−Y平面を見ることを平面視という。
実施形態においては、表示装置DSPが液晶層を用いた液晶表示装置であるとして説明するが、表示装置DSPは、有機EL表示装置、プラズマディスプレイ表示装置、電気泳動素子等を有する電子ペーパ型の表示装置、MEMS(Micro Electro Mechanical System)を応用した表示装置、エレクトロクロミズムを応用した表示装置又はLED(Light Emitting Diode)を用いたLED表示装置等であってもよい。
表示装置DSPは、表示パネルPNL、フレキシブルプリント回路基板12、ICチップ14及び回路基板16を備える。
表示パネルPNLは、液晶表示パネルであり、第1基板(アレイ基板とも称する)SUB1、第2基板(対向基板とも称する)SUB2、液晶層LC、シールSE及び遮光層LSを備える。表示パネルPNLは、画像を表示する表示領域DAと表示領域DAを囲む額縁状の非表示領域NDAを備える。液晶層LCは表示領域DAに配置される。第2基板SUB2は第1基板SUB1に対向している。第1基板SUB1は第2基板SUB2よりも第2の方向Yに延出した実装部MAを有する。
表示パネルPNLは、液晶表示パネルであり、第1基板(アレイ基板とも称する)SUB1、第2基板(対向基板とも称する)SUB2、液晶層LC、シールSE及び遮光層LSを備える。表示パネルPNLは、画像を表示する表示領域DAと表示領域DAを囲む額縁状の非表示領域NDAを備える。液晶層LCは表示領域DAに配置される。第2基板SUB2は第1基板SUB1に対向している。第1基板SUB1は第2基板SUB2よりも第2の方向Yに延出した実装部MAを有する。
一般的には、表示パネルPNLの平面形状は矩形状であるが、矩形の角部が丸くなっていたり、辺の一部に切り欠きが形成されたりしている矩形状であることもある。図1の例では、表示パネルPNLの短辺は第1の方向Xと並行であり、表示パネルPNLの長辺は第2の方向Yと平行である。第3の方向Zは、表示パネルPNLの厚さ方向に相当する。表示パネルPNLの基板主面は、第1の方向Xと第2の方向Yとにより規定されるX−Y平面に平行な面である。
遮光層LSは、非表示領域NDAに位置し、第2基板SUB2に設けられる。シールSEは、非表示領域NDAに位置し、第1基板SUB1と第2基板SUB2を接着するとともに、液晶層LCを封止している。シールSEは、平面視で遮光層LSと重畳する位置に設けられる。非表示領域NDAは、平面視で遮光層LS及び液晶層LCが重畳する領域A1と平面視でシールSE及び遮光層LSが重畳する領域A2を含む。領域A1は表示領域DAを囲み、領域A2は領域A1を囲む。図1において、領域A1、領域A2及び表示領域DAは、それぞれ異なる斜線で示される。
表示領域DAは、第1の方向(列方向)X及び第2の方向(行方向)Yにマトリクス状に配置された複数の画素PXを備える。
フレキシブルプリント回路基板12は、実装部MAに実装され、回路基板16に接続される。ICチップ14は、フレキシブルプリント回路基板12に実装されるが、実装部MAに実装されてもよい。ICチップ14は、ディスプレイドライバDDを内蔵する。ディスプレイドライバDDは、画像を表示する画像表示モードにおいて画像表示に必要な信号を出力する。
フレキシブルプリント回路基板12は、実装部MAに実装され、回路基板16に接続される。ICチップ14は、フレキシブルプリント回路基板12に実装されるが、実装部MAに実装されてもよい。ICチップ14は、ディスプレイドライバDDを内蔵する。ディスプレイドライバDDは、画像を表示する画像表示モードにおいて画像表示に必要な信号を出力する。
後述するように、実施形態の表示パネルPNLの各画素は、赤色成分、緑色成分、青色成分及び白色成分の4副画素からなる。ディスプレイドライバDDは、赤、緑及び青の輝度に対応する階調値を含む第1画像信号を赤色成分、緑色成分、青色成分及び白色成分の輝度に対応する階調値を含む第2画像信号に変換する機能も有する。
ICチップ14は、タッチコントローラTCも内蔵する。タッチコントローラTCは、表示装置DSPへの物体の接近又は接触を検出するタッチセンシングモードを制御する。ディスプレイドライバDDとタッチコントローラTCは単一のICチップ14に内蔵されるのではなく、別々のICチップとして形成されてもよい。
回路基板16にはホスト装置(図示せず)が実装され、ホスト装置はフレキシブルプリント回路基板12を介してICチップ14及び表示パネルPNLに接続される。
表示パネルPNLは、基板主面の法線に沿った縦電界を利用する表示モード、基板主面に沿った横電界を利用する表示モード、基板主面に対して斜め方向に傾斜した傾斜電界を利用する表示モード及び上記の横電界、縦電界及び傾斜電界を適宜組み合わせて利用する表示モードに対応したいずれの構成を備えていてもよい。
表示パネルPNLは、基板主面の法線に沿った縦電界を利用する表示モード、基板主面に沿った横電界を利用する表示モード、基板主面に対して斜め方向に傾斜した傾斜電界を利用する表示モード及び上記の横電界、縦電界及び傾斜電界を適宜組み合わせて利用する表示モードに対応したいずれの構成を備えていてもよい。
縦電界を利用する表示モードは、表示装置DSPの厚さ方向(Z方向)に電界が印加される所謂縦電界モードと称される。縦電界モードは例えばTN(Twisted Nematic)モード、VA(Vertical Alignment)モード、MVA(Multidomain Vertical Alignment)モード、PVA(Patterned Vertical Alignment)モード又はOCB(Optically Compensated Bend)モード等を含む。
横電界を利用する表示モードは、表示装置DSPの基板主面に沿った方向(X−Y平面の面に沿った方向)に電界が印加される所謂横電界モードと称される。横電界モードは例えばIPS(In-Plane Switching:インプレーンスイッチング)モード又はIPSモードの一つであるFFS(Fringe Field Switching:フリンジフィールドスイッチング)モード等を含む。
実施形態としては横電界モードであるFFSモードの表示装置DSPを説明するが、実施形態は他の横電界モードあるいは他の電界モードの表示装置DSPにも適用可能である。
図2は、画素PXの基本構成の一例を示す。第1の方向Xに沿って配列される各行の画素PXに走査線Gが接続される。複数の走査線Gは、走査線駆動回路GDに接続される。走査線駆動回路GDは単数ではなく複数設けても良い。図2の例では、マトリクス状に配置された画素アレイの左右に2つの走査線駆動回路GDが夫々配置される。奇数番目の行の走査線Gが左側に配置された走査線駆動回路GDに接続され、偶数番目の行の走査線Sが右側に配置された走査線駆動回路GDに接続される。
図2は、画素PXの基本構成の一例を示す。第1の方向Xに沿って配列される各行の画素PXに走査線Gが接続される。複数の走査線Gは、走査線駆動回路GDに接続される。走査線駆動回路GDは単数ではなく複数設けても良い。図2の例では、マトリクス状に配置された画素アレイの左右に2つの走査線駆動回路GDが夫々配置される。奇数番目の行の走査線Gが左側に配置された走査線駆動回路GDに接続され、偶数番目の行の走査線Sが右側に配置された走査線駆動回路GDに接続される。
第2の方向Yに沿って配列される各列の画素PXに信号線Sが接続される。複数の信号線Sは、信号線駆動回路SDに接続される。走査線G及び信号線Sは、必ずしも直線的に延出していなくてもよく、それらの一部が屈曲していてもよい。例えば、信号線Sは、その一部が屈曲していたとしても、第2の方向Yに延出していると見做す。Xに沿って配列される各行の画素PXに共通電極CEが接続される。複数の共通電極CEは、電圧供給部CD及び図1に示したタッチコントローラTCに接続される。画像表示モードにおいては、電圧供給部CDは、コモン電圧(Vcom)を共通電極CEに供給する。タッチセンシングモードにおいては、タッチコントローラTCは、コモン電圧とは異なるタッチ駆動電圧を共通電極CEに供給する。
図3は、画素PXの等価回路の一例を示す。表示パネルPNLの表示領域DAには、多数の画素PXが配置されるが、図3においては、説明の便宜上、複数の画素PXのうちの1つの画素のみを示す。画素PXは、例えば4副画素SR、SG、SB及びSWを含む。副画素SRは、赤色の波長帯域に対応する赤色の光を発する。副画素SGは、緑色の波長帯域に対応する緑色の光を発する。副画素SBは、青色の波長帯域に対応する青色の光を発する。副画素SWは、白色の波長帯域に対応する白色の光を発する。1画素PXにおいて、副画素SR、SG、SB及びSWは、所定の態様、例えば行方向(第1の方向X)に一列で配置される。
表示領域DAには、行方向(第2の方向X)に沿って延伸する複数の走査線Gと、当該複数の走査線Gと並行して延伸する複数の共通電極CEと、列方向(第2の方向Y)に沿って延伸する複数の信号線Sが配置される。走査線Gの一端は、走査線駆動回路GDに接続される。信号線Sの一端は、信号線駆動回路SDに接続される。共通電極CEの一端は、電圧供給部CDに接続される。
各副画素SR、SG、SB及びSWは、走査線Gと信号線Sの交点に配置される。副画素SR、SG、SB、SWの各々は、スイッチング素子SW、画素電極PE、共通電極CE及び液晶層LC等を備える。スイッチング素子SWは、例えば薄膜トランジスタ(TFT)によって構成され、走査線Gと信号線Sに電気的に接続される。走査線Gは、第1の方向Xに並んだ画素PXの各々におけるスイッチング素子SWのゲート電極と電気的に接続される。信号線Sは、第2の方向Yに並んだ画素PXの各々におけるスイッチング素子SWのソース電極又はドレイン電極と電気的に接続される。
画素電極PEは、スイッチング素子SWのドレイン電極又はソース電極と電気的に接続される。画素電極PEは、共通電極CEと対向し、画素電極PEと共通電極CEとの間に生じる電界によって液晶層LCを駆動する。容量CSは、例えば、共通電極CEと同電位の電極及び画素電極PEと同電位の電極の間に形成される。
走査線駆動回路GDは、走査線Gにオン電圧を印加して、当該走査線Gに電気的に接続された画素スイッチSWのゲート電極にオン電圧を供給する。ゲート電極にオン電圧が供給された画素スイッチSWのソース電極−ドレイン電極間が導通する。
信号線駆動回路SDは、信号線Sのそれぞれに対応する出力信号(画像信号)を供給する。信号線Sに供給された信号は、ソース電極−ドレイン電極間が導通した画素スイッチSWを介して、対応する画素電極PEに印加される。
信号線駆動回路SDは、信号線Sのそれぞれに対応する出力信号(画像信号)を供給する。信号線Sに供給された信号は、ソース電極−ドレイン電極間が導通した画素スイッチSWを介して、対応する画素電極PEに印加される。
電圧供給部CDは、共通電極COMEに駆動信号を供給する。上記した画素電極PE及び共通電極COMEは、絶縁膜を介して対向配置される。画素電極PE、共通電極COME及び絶縁膜は、保持容量CSを形成する。
4つの各副画素SR、SG、SB及びSWの中の副画素SRについて説明したが、他の副画素SG、SB及びSWについても同様の構成である。
4つの各副画素SR、SG、SB及びSWの中の副画素SRについて説明したが、他の副画素SG、SB及びSWについても同様の構成である。
走査線駆動回路GD、信号線駆動回路SD及び電圧供給部CDは、表示パネルPNLの周囲の領域(額縁)に配置され、上記したディスプレイドライバDDによって制御される。図示されていないが、ディスプレイドライバDDは、照明装置ILの動作も制御する。
図2においては1つの走査線駆動回路GDのみが示されているが、表示パネルPNLは、複数の走査線駆動回路GDを備える構成であってもよい。例えば2つの走査線駆動回路GDを備える場合、複数の走査線Gのうちの一部が一方の走査線駆動回路GDに接続され、残りが他方の走査線駆動回路GDに接続されるようにすることができる。なお、2つの走査線駆動回路GDを備える場合、当該走査線駆動回路GDは、複数の画素PXを挟んで対向するように配置される。
図4は、図1に示した表示パネルPNLの領域A3の右上の角部を拡大した平面図である。図4を参照して第1基板SUB1の主要部について説明する。図示した表示領域DAは、横電界を利用する表示モードの一つであるフリンジシールドスイッチング(FFS)モードが適用された例に相当する。
走査線G1乃至G3は、それぞれ第1の方向Xに沿って直線的に延出し、第2の方向Yに間隔を置いて並んでいる。信号線S1乃至S3は、それぞれ概ね第2の方向Yに沿って延出し、第1の方向Xに間隔をおいて並んでいる。走査線G1乃至G3及び信号線S1乃至S3は、互いに交差している。金属配線M1乃至M3は、それぞれ信号線S1乃至S3の上に重畳している。共通電極CEは、表示領域DAに配置され、信号線S1乃至S3及び金属配線M1乃至M3に重畳している。
画素電極PEは、表示領域DAにおいて、第1の方向X及び第2の方向Yにマトリクス状に配置される。走査線G1及びG2の間の奇数番目の行に位置する画素電極PE1は、方向D1に沿って延出した複数の帯電極Pa1を有する。走査線G2及びG3の間の偶数番目の行に位置する画素電極PE2は、方向D2に沿って延出した複数の帯電極Pa2を有する。図示した例では、帯電極Pa1及びPa2は、それぞれ3本であるが、帯電極Pa1及びPa2のそれぞれの本数は図示した例に限らない。
表示領域DAの外側の領域A1に着目すると、金属配線30と透明導電層31及び32は、表示領域DAを囲むように配置される。金属電極41は、透明導電層31及び32に重畳する位置に島状に形成される。金属電極42は、金属配線30及び透明導電層31に重畳する位置に島状に形成される。
金属配線30は、信号線S1等と同一層に位置し、信号線S1と同一材料によって形成された配線である。金属電極41及び42は、金属配線M1等と同一層に位置し、金属配線M1と同一材料によって形成された電極である。透明導電層31は、共通電極CEと同一層に位置し、共通電極CEと同一材料によって形成された配線である。透明導電層32は、画素電極PEと同一層に位置し、画素電極PEと同一材料によって形成された配線である。
金属電極41は、金属配線30に重畳しない位置に配置される。透明導電層31及び金属電極41は、貫通孔CH1において互いに電気的に接続される。透明導電層31及び32は、貫通孔CH2において互いに電気的に接続される。貫通孔CH1及びCH2は、金属電極41に重畳するが金属配線30に重畳しない位置に設けられる。貫通孔CH2のエッジは、全周に亘って貫通孔CH1のエッジと交差することなく、貫通孔CH1の内側に位置する。同様の金属電極41は、第1の方向Xに間隔を置いて並んでいる。
金属電極42は、透明導電層32に重畳しない位置に配置される。金属配線30及び金属電極42は、貫通孔CH3において互いに電気的に接続される。金属電極42及び透明導電層31は、貫通孔CH4において互いに電気的に接続される。貫通孔CH3及びCH4は、第2の方向Yに間隔を置いて並んでいる。貫通孔CH3及びCH4は、金属電極42に重畳するが透明導電層32に重畳しない位置に設けられる。同様の金属電極42は、図示を省略するが、表示領域DAと走査線駆動回路GDとの間において第2の方向Yに間隔を置いて並んでいる。
以上の構造により、金属配線30と透明導電層31及び32は、すべてが互いに電気的に接続され、同電位である。金属配線30は、例えば、画像表示モード及びタッチセンシングモードにおいて、コモン電圧(Vcom)を供給する。つまり、透明導電層31及び32は、タッチセンシングモードにおいては、タッチ駆動電圧が印加された共通電極CEとは異なる電位である。
図5は、図4に示したA−B線に沿った表示装置DSPの断面図である。
第1基板SUB1は、絶縁基板52、絶縁膜54、56、58、60、62、64、半導体層SC、信号線S1及びS2、金属配線M1及びM2、共通電極CE、画素電極PE1、配向膜AL1等を備える。絶縁基板52は、ガラス基板や可撓性の樹脂基板などの透明基板である。半導体層SCは、絶縁膜54の上に位置し、絶縁膜56によって覆われている。半導体層SCは、例えば、多結晶シリコンによって形成されているが、アモルファスシリコンや酸化物半導体によって形成されてもよい。図3に示した走査線G1等は、絶縁膜56及び58の間に位置する。
第1基板SUB1は、絶縁基板52、絶縁膜54、56、58、60、62、64、半導体層SC、信号線S1及びS2、金属配線M1及びM2、共通電極CE、画素電極PE1、配向膜AL1等を備える。絶縁基板52は、ガラス基板や可撓性の樹脂基板などの透明基板である。半導体層SCは、絶縁膜54の上に位置し、絶縁膜56によって覆われている。半導体層SCは、例えば、多結晶シリコンによって形成されているが、アモルファスシリコンや酸化物半導体によって形成されてもよい。図3に示した走査線G1等は、絶縁膜56及び58の間に位置する。
信号線S1及びS2は、絶縁膜58の上に位置し、絶縁膜60によって覆われている。金属配線M1及びM2は、絶縁膜60の上に位置し、絶縁膜62によって覆われている。一例では、信号線S1及び金属配線M1は、チタン(Ti)を含む層、アルミニウム(Al)を含む層、及び、チタン(Ti)を含む層がこの順に積層された第1積層体、あるいは、モリブデン(Mo)を含む層、アルミニウム(Al)を含む層、及び、モリブデン(Mo)を含む層がこの順に積層された第2積層体である。
共通電極CEは、絶縁膜62の上に位置し、絶縁膜64によって覆われている。画素電極PE1は、絶縁膜64の上に位置し、配向膜AL1によって覆われている。画素電極PE1及び共通電極CEは、インジウム・ティン・オキサイド(ITO)やインジウム・ジンク・オキサイド(IZO)などの透明な導電材料によって形成される。
絶縁膜54、56、58、60、62、64は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物などによって形成された無機絶縁膜であり、単層構造であってもよいし、多層構造であってもよい。絶縁膜60及び62は、例えば、アクリル樹脂などによって形成された有機絶縁膜である。なお、絶縁膜62は、無機絶縁膜であってもよい。
第2基板SUB2は、絶縁基板66、遮光層BM、カラーフィルタ層CF、オーバーコート層OC、配向膜AL2などを備える。絶縁基板66は、ガラス基板や可撓性の樹脂基板などの透明基板である。遮光層BMは、図1に示した遮光層LSと一体的に形成される。カラーフィルタ層CFは、赤色のカラーフィルタCFR、緑色のカラーフィルタCFG、青色のカラーフィルタCFB及び白色のカラーフィルタCFW(図5には示さず)を含む。カラーフィルタCFBは、画素電極PE1と対向している。他のカラーフィルタCFR、CFG及びCFWも、それぞれ他の画素電極PEと対向している。オーバーコート層OCは、カラーフィルタ層CFを覆っている。オーバーコート層OCは、透明な有機絶縁膜である。配向膜AL2は、オーバーコート層OCを覆っている。
液晶層LCは、第1基板SUB1及び第2基板SUB2の間に位置し、配向膜AL1と配向膜AL2との間に保持される。
偏光板PL1を含む光学素子OD1は、絶縁基板52に接着される。偏光板PL2を含む光学素子OD2は、絶縁基板66に接着される。光学素子OD1及びOD2は、必要に応じて位相差板、散乱層、反射防止層等を備えていてもよい。
偏光板PL1を含む光学素子OD1は、絶縁基板52に接着される。偏光板PL2を含む光学素子OD2は、絶縁基板66に接着される。光学素子OD1及びOD2は、必要に応じて位相差板、散乱層、反射防止層等を備えていてもよい。
このような表示パネルPNLにおいては、画素電極PE1と共通電極CEとの間に電界が形成されていないオフ状態において、液晶分子LMは、配向膜AL1及びAL2の間で所定の方向に初期配向している。このようなオフ状態では、照明装置ILから表示パネルPNLに向けて照射された照明光は、光学素子OD1及びOD2によって吸収され、暗表示となる。一方、画素電極PE1と共通電極CEとの間に電界が形成されたオン状態においては、液晶分子LMは、電界により初期配向方向とは異なる方向に配向し、その配向方向は電界によって制御される。このようなオン状態では、照明光の一部は、光学素子OD1及びOD2を透過し、明表示となる。
照明装置ILは、第1基板SUB1の下側、つまり、表示パネルPNLの背面側に配置され、表示パネルPNLを照明する照明具としてのバックライトユニットである。照明装置ILとしては、種々の形態のバックライトユニットが利用可能であり、発光ダイオード(LED)を利用したもの及び冷陰極管(CCFL)を利用したもの等がある。照明装置ILはバックライトユニットに限らず、第2基板SUB2の上側、つまり、表示パネルPNLの前面側に配置されるフロントライトユニットでもよい。照明装置ILからの光が表示パネルPNLを直接照明するのではなく、表示パネルPNLの側面に配置された照明装置からの光が導光板を介して表示パネルPNLを照明してもよい。さらに、発光素子を平面的に配列した点状光源を用いた照明装置が使用されてもよい。なお、表示装置DSPが有機EL表示装置またはLED表示装置である場合には、表示装置DSPは照明具を備えない構成であってもよい。
本実施形態における表示パネルPNLは、透過型、反射型、半透過型のいずれであってもよい。透過型の表示パネルPNLが適用された表示装置DSPは、上記したようにバックライトユニットとしての照明装置ILを備え、照明装置ILからの光を選択的に透過させることで画像を表示する透過表示機能を有する。反射型の表示パネルPNLが適用される表示装置DSPは、光を反射する反射層を液晶層より表示パネルPNLの背面側に有し、光学素子OD2の上からの光を選択的に反射させることで画像を表示する反射表示機能を有する。なお、反射型の表示パネルPNLの前面側に補助光源が備えられていてもよい。また、反射層は、金属等の反射機能を有する材料で液晶層より表示パネルPNLの背面側にある電極を形成するように構成されていてもよい。半透過型の表示パネルPNLが適用される表示装置DSPは、上記した透過表示機能及び反射表示機能を有する。
図6は、本実施形態における表示パネルPNL(表示領域DA)に配置されている複数の画素PXの配列の一例を示す。画素PXの各々は、4副画素SR、SG、SB及びSWを含む。
画素PXの配列の奇数行(例えば、1行目)は、行(または水平または左右)方向に並べられた副画素SR、SG、SB及びSWを含む複数の画素PXが行方向に配置されて構成される。同様に、画素PXの配列の偶数行(例えば、2行目)は、行方向に並べられた副画素SR、SG、SB及びSWを含む複数の画素PXが行方向に配置されて構成される。奇数行の画素PXの配列と偶数行の画素PXの配列において、奇数行の画素PXに含まれる副画素SRは偶数行の画素PXに含まれる副画素SBと隣接する、すなわち、奇数行の画素PXと偶数行の画素PXとは、行方向に半画素分ずれた状態で配置される。
画素PXの配列の奇数行(例えば、1行目)は、行(または水平または左右)方向に並べられた副画素SR、SG、SB及びSWを含む複数の画素PXが行方向に配置されて構成される。同様に、画素PXの配列の偶数行(例えば、2行目)は、行方向に並べられた副画素SR、SG、SB及びSWを含む複数の画素PXが行方向に配置されて構成される。奇数行の画素PXの配列と偶数行の画素PXの配列において、奇数行の画素PXに含まれる副画素SRは偶数行の画素PXに含まれる副画素SBと隣接する、すなわち、奇数行の画素PXと偶数行の画素PXとは、行方向に半画素分ずれた状態で配置される。
各画素PXが副画素SR、SG、SB及びSWを含む構成は、各画素PXが副画素SR、SG及びSBを含む構成と比較して、光が透過する面積が大きくなることにより明度を向上させることができる。そのため、例えば照明装置ILの消費電力を抑制することが可能となる。
図7は、表示パネルPNLに画像を表示する際の表示装置DSPの処理手順の中のディスプレイドライバDDの処理手順について説明する。
ブロック102において、ディスプレイドライバDDは、例えば回路基板16に実装されるホスト装置から出力される画像信号を入力する。ブロック102において入力される画像信号は、例えば1フレームの画像を構成する複数の画素毎に赤色成分、緑色成分及び青色成分の階調値を含む画像信号(以下、RGB画像信号と表記)である。
ブロック102において、ディスプレイドライバDDは、例えば回路基板16に実装されるホスト装置から出力される画像信号を入力する。ブロック102において入力される画像信号は、例えば1フレームの画像を構成する複数の画素毎に赤色成分、緑色成分及び青色成分の階調値を含む画像信号(以下、RGB画像信号と表記)である。
表示パネルPNLに配置されている各画素PXは、赤色、緑色、青色及び白色の光をそれぞれ出力する副画素SR、SG、SB及びSWを含むが、ブロック102において入力されたRGB画像信号は赤色成分、緑色成分及び青色成分の階調値を含むが、白色成分の階調値を含まないので、表示パネルPNLの画素構成に対応していない。そのため、RGB画像信号に基づいて表示パネルPNLに画像を表示する際には、RGB画像信号を赤色成分、緑色成分、青色成分及び白色成分の階調値を含む画像信号(以下、RGBW画像信号と表記)に変換する必要がある。
このため、ブロック104において、ディスプレイドライバDDは、ブロック102において入力されたRGB画像信号に対してレンダリング処理を実行する。レンダリング処理は、RGB画像信号(副画素SR、SG及びSBの階調値)をRGBW画像信号(副画素SR、SG、SB及びSWの階調値)に変換する処理等を含む。
ブロック106において、ディスプレイドライバDDは、ブロック104におけるレンダリング処理の結果であるRGBW画像信号の階調値に応じた表示駆動信号を出力する。これにより、ディスプレイドライバDDは、表示駆動信号に基づいて走査線駆動回路GD、信号線駆動回路SD及び電圧供給部CD等を駆動させ、表示パネルPNLに画像を表示する。
図8は、図7のブロック104において実行されるレンダリング処理の一例の概要を示す。レンダリング処理においては、RGB画像信号の中の2画素を構成する6副画素の階調値がRGBW画像信号中の1画素を構成する4副画素SR、SG、SB及びSWの階調値に変換される。RGB画像信号の中の1画素のサイズとRGBW画像信号中の1画素のサイズは異なり、RGB画像信号の中の2画素がRGBW画像信号中の1画素に対応する、すなわち、RGB画像信号の中の1画素(3副画素)がRGBW画像信号中の1/1画素(2副画素)に対応する。
RGB画像信号の中の2つの画素の中の一方の画素(例えば水平方向に隣接する2画素の中の左側の画素、以下、第1画素と称する)に含まれるR成分、G成分及びB成分の副画素SRe、SGe及びSBeの線形信号をそれぞれsre、sge及びsbeとし、他方の1画素(例えば水平方向に隣接する2画素の中の右側の画素。以下、第2画素と称する)に含まれるR成分、G成分及びB成分の副画素SRo、SGo及びSBoの線形信号をそれぞれsro、sgo及びsboとする。RGB画像信号の階調値は0〜255であり、線形信号の値は0〜1である。
なお「階調値」と「線形信号」の関係は、
「線形信号」=(「階調値」/255)^2.2 式1
「階調値」=255*「線形信号」^0.45 式2
であらわされる。記号「^」は「べき乗」を意味する。
先ず、2画素のRGB画像信号が白(W)成分Wと白以外の色(RGB)成分に分離される。R成分、G成分及びB成分の線形信号sre、sge及びsbeの中の最小値が検出され、最小値の線形信号sre、sge及びsbe(以下、最小共通信号MIN(sre,sge,sbe)と称する)が第1画素のW成分の線形信号weとして抽出される。一方、線形信号sre、sge及びsbeから線形信号weを減算した結果が第1画素のR成分の線形信号re、G成分の線形信号ge及びB成分の線形信号beとして抽出され、式2に従い副画素SR、SG、SB、SWの階調値に変換される。
「線形信号」=(「階調値」/255)^2.2 式1
「階調値」=255*「線形信号」^0.45 式2
であらわされる。記号「^」は「べき乗」を意味する。
先ず、2画素のRGB画像信号が白(W)成分Wと白以外の色(RGB)成分に分離される。R成分、G成分及びB成分の線形信号sre、sge及びsbeの中の最小値が検出され、最小値の線形信号sre、sge及びsbe(以下、最小共通信号MIN(sre,sge,sbe)と称する)が第1画素のW成分の線形信号weとして抽出される。一方、線形信号sre、sge及びsbeから線形信号weを減算した結果が第1画素のR成分の線形信号re、G成分の線形信号ge及びB成分の線形信号beとして抽出され、式2に従い副画素SR、SG、SB、SWの階調値に変換される。
例えば(sre,sge,sbe)=(1,0.5,1)の場合、we(=sre=srg=srb)=0.5、(re,ge,be)=(0.5,0,0.5)である。同様に、線形信号sro、sgo及びsboの最小共通信号MIN(sro,sgo,sbo)が第2画素のW成分の線形信号woとして抽出される。一方、線形信号sro、sgo及びsboから線形信号woを減算した結果が第2画素のR成分の線形信号ro、G成分の線形信号go及びB成分の線形信号boとして抽出され、式2に従い副画素SR、SG、SB、SWの階調値に変換される。
線形信号reとroに基づいて、R成分の線形信号rpが算出される。具体的には、第1画素のR成分の線形信号reに0.5を乗算した値と第2画素のR成分の線形信号roに0.5を乗算した値とを加算した値がR成分の線形信号rpとして算出される。同様に、第1画素のG成分の線形信号geに0.5を乗算した値と第2画素のG成分の線形信号goに0.5を乗算した値とを加算した値がG成分の線形信号gpとして算出される。第1画素のB成分の線形信号beに0.5を乗算した値と第2画素のB成分の線形信号boに0.5を乗算した値とを加算した値がB成分の線形信号bpとして算出される。
白色は赤色、緑色及び青色の線形信号が同じ値の時(rq=gq=bq)に表現されるので、第1画素のW成分の線形信号weからW成分を構成するR成分の線形信号rq、G成分の線形信号gq及びB成分の線形信号bqが算出される。具体的には、W成分の線形信号weを線形信号rq、gq及びbqとする(we=rq=gq=bq)。同様に、第2画素のW成分の線形信号woからW成分の線形信号wqが生成される。具体的には、線形信号woが線形信号wqとなる。
R成分の線形信号rpとrqと、G成分の線形信号gpとgq、B成分の線形信号bpとbqと、W成分の線形信号wqとを合成(加算)することによって、副画素SR、SG、SB及びSWの階調値を含む1画素のRGBW画像信号が生成される。具体的には、R成分の線形信号rpとrqの和を式2に従い変換したものが副画素SRの階調値とされ、G成分の線形信号gpとgqの和を式2に従い変換したものが副画素SGの階調値とされ、B成分の線形信号bpとbqの和を式2に従い変換したものが副画素SBの階調値とされ、W成分の線形信号wqを式2に従い変換したものが副画素SWの階調値とされる。
ディスプレイドライバDDから出力される表示駆動信号のレベルは副画素SR、SG及びSBの輝度と副画素SWの輝度の比が1対1となるように制御されている。すなわち、線形信号rq、gq及びbqの論理和に対応する輝度は線形信号wqに対応する輝度と等しい。このため、RGB成分の解像度は、レンダリング前のRGB画像信号の解像度に対して1/2画素であるが、W成分の解像度は2画素である。
図8に示す処理をRGB画像信号の2画素毎に実行することによって、1フレームの画像を表示するためのRGB画像信号をRGBW画像信号に変換することができる。
図9は、図7のブロック104で実行されるレンダリング処理の他の例の概要を示す。図8と図9は、RGBW画像信号において副画素SR、SG及びSBの輝度(線形信号rq、gq及びbqの論理和に対応)と副画素SWの輝度(線形信号wqに対応)との比が異なる。図8は、副画素SR、SG及びSBの輝度と副画素SWの輝度の比が1対1の場合であるが、図9は、副画素SR、SG及びSBの輝度と副画素SWの輝度の比が1対0.5の場合(副画素SR、SG、SB及びSWの輝度は1.5)である。
図9は、図7のブロック104で実行されるレンダリング処理の他の例の概要を示す。図8と図9は、RGBW画像信号において副画素SR、SG及びSBの輝度(線形信号rq、gq及びbqの論理和に対応)と副画素SWの輝度(線形信号wqに対応)との比が異なる。図8は、副画素SR、SG及びSBの輝度と副画素SWの輝度の比が1対1の場合であるが、図9は、副画素SR、SG及びSBの輝度と副画素SWの輝度の比が1対0.5の場合(副画素SR、SG、SB及びSWの輝度は1.5)である。
図9の処理においても、図8の処理と同様に、先ず、2画素のRGB画像信号が白(W)成分Wと白以外の色(RGB)成分に分離される。R成分、G成分及びB成分の線形信号sre、sge及びsbeの最小共通信号MIN(sre,sge,sbe)が第1画素のW成分の線形信号weとして抽出される。一方、線形信号sre、sge及びsbeから線形信号weを減算した結果が第1画素のR成分の線形信号re、G成分の線形信号ge及びB成分の線形信号beとして抽出され、式2に従い副画素SR、SG、SB、SWの階調値に変換される。
同様に、線形信号sro、sgo及びsboの最小共通信号MIN(sro,sgo,sbo)が第2画素のW成分の線形信号woとして抽出される。一方、線形信号sro、sgo及びsboから線形信号woを減算した結果が第2画素のR成分の線形信号ro、G成分の線形信号go及びB成分の線形信号boとして抽出され、式2に従い副画素SR、SG、SB、SWの階調値に変換される。
第1画素のR成分の線形信号reに0.5を乗算した値と第2画素のR成分の線形信号roに0.5を乗算した値とを加算した値がR成分の線形信号rpとして算出される。第1画素のG成分の線形信号geに0.5を乗算した値と第2画素のG成分の線形信号goに0.5を乗算した値とを加算した値がG成分の線形信号gpとして算出される。第1画素のB成分の線形信号beに0.5を乗算した値と第2画素のB成分の線形信号boに0.5を乗算した値とを加算した値がB成分の線形信号bpとして算出される。
図9では副画素SR、SG及びSBの輝度と副画素SWの輝度の比が1対0.5と設定されているので、図8の処理とは異なり、線形信号weを1.5/2倍してR成分の線形信号rq1、G成分の線形信号gq1及びB成分の線形信号bq1が算出される。線形信号rq1、gq1及びbq1の論理和は輝度0.75に対応する224階調に対応する。線形信号woを1.5/2倍して副画素SR、SG、SB及びSWの線形信号rq2、gq2、bq2及びwq2が算出される。線形信号wq2は輝度0.5に対応する255階調に対応し、線形信号rq2、gq2、bq2の論理和は輝度0.25に対応する136階調に対応し、線形信号woから求められた線形信号rq2、gq2、bq2及びwq2の論理和の輝度は0.75となる。なお、表示パネルPNLにはガンマ特性があり、階調値と輝度はイコールではない。ここでは、ガンマは例えば2.2としている。そのため、輝度は階調値の2.2乗と等しい。
R成分の線形信号rq1とrq2の和がR成分の線形信号rqとされる。G成分の線形信号gq1とgq2の和がG成分の線形信号gqとされる。B成分の線形信号bq1とbq2の和がB成分の線形信号bqとされる。
最後に、図8の処理と同様に、R成分の線形信号rpとrqと、G成分の線形信号gpとgq、B成分の線形信号bpとbqと、W成分の線形信号wqとを合成(加算)することによって、副画素SR、SG、SB及びSWの階調値を含む1画素のRGBW画像信号が生成される。
最後に、図8の処理と同様に、R成分の線形信号rpとrqと、G成分の線形信号gpとgq、B成分の線形信号bpとbqと、W成分の線形信号wqとを合成(加算)することによって、副画素SR、SG、SB及びSWの階調値を含む1画素のRGBW画像信号が生成される。
具体的には、R成分の線形信号rpとrqの和を式2に従い変換したものが副画素SRの階調値とされ、G成分の線形信号gpとgqの和を式2に従い変換したものが副画素SGの階調値とされ、B成分の線形信号bpとbqの和を式2に従い変換したものが副画素SBの階調値とされ、W成分の線形信号wqを式2に従い変換したものが副画素SWの階調値とされる。
以上、図8に示すレンダリング処理と図9に示すレンダリング処理の2つのレンダリング処理を説明したが、図8に示すレンダリング処理では、RGBW画像信号において1画素内の副画素SR、SG及びSBの階調値が最大又は最小であり、副画素SWの階調値が最小又は最大である場合、1画素内の副画素SR、SG及びSBの輝度と副画素SWの輝度の差が大きく、フリッカが生じることがある。
これを解消したい場合、図9のレンダリング処理が行われる。すなわち、1画素内の副画素SR、SG及びSBの輝度が最大輝度(副画素SRの輝度=副画素SGの輝度=副画素SBの輝度となる最大の階調値(例えば、255)に対応)であり、1画素内の副画素SWの輝度が最小輝度(最小の階調値(例えば、0)に対応)である場合、副画素SR、SG及びSBの輝度が最大輝度より多少暗い第1の中間輝度(例えば、0.75)となるように、副画素SR、SG及びSBの最大の階調値が(副画素SRの輝度=副画素SGの輝度=副画素SBの輝度となる)最大の階調値より多少小さい値(例えば、224)に変更される。
同様に、1画素内の副画素SR、SG及びSBの輝度が最小輝度(副画素SRの輝度=副画素SGの輝度=副画素SBの輝度となる最小の階調値(例えば、0)に対応)であり、1画素内の副画素SWの輝度が最大輝度(最大の階調値(例えば、255)に対応)である場合、副画素SR、SG及びSBの輝度が最小輝度より多少明るい第2の中間輝度(例えば、0.25)となるように、副画素SR、SG及びSBの最小の階調値が(副画素SRの輝度=副画素SGの輝度=副画素SBの輝度となる)最小の階調値より多少大きい値(例えば、136)に変更される。
このように、副画素SWを最小輝度で点灯させ、副画素SR、SG、SBを最大輝度より多少暗い第1の中間輝度で点灯させること、及び副画素SWを最大輝度で点灯させ、副画素SR、SG、SBを最小輝度より多少明るい第2の中間輝度で点灯させることにより、1画素内の副画素SR、SG及びSBの輝度と副画素SWの輝度の差が小さくなり、フリッカが生じることが防止される。
しかし、図9に示すレンダリング処理を行っても画質が悪化する場合がある。一例として、白画素と黒画素が交互に配列される市松模様が1表示フレーム毎に1画素横(水平)方向に移動するようなテストパターンを表示する場合がある。このようなテストパターンを図9に示すレンダリング処理を行って表示する場合の表示画面の例を図10に示す。なお、移動方向は横(水平)方向ではなく縦(垂直)方向でも表示画面は図10の例と同じである。
テストパターンはRGB画像信号で表される。図10(a)と図10(b)は赤、緑及び青の光を発する副画素からなる画素を含む表示パネル(RGB表示パネルとも称する)におけるテストパターンの表示例を階調値により示す。テストパターンはRGB画像信号であるので、テストパターンの階調値がレンダリング処理されずにそのままRGB表示パネルで表示される。
図10(c)と図10(d)は赤色、緑色、青色及び白色の光を発する副画素からなる画素を含む第1実施形態に係る表示パネル(RGBW表示パネルとも称する)PNLにおけるテストパターンの表示例を階調値により示す。RGB画像信号であるテストパターンは図9に示すようにレンダリング処理されてRGBW表示パネルPNLで表示される。
図10(a)の画面では、水平方向に隣接する2画素(6副画素)の中の左側の白画素の画像信号の階調値(3副画素の階調値の論理和)は最大値(=255、最大輝度1.0に対応)であり、右側の黒画素の画像信号の階調値は最小値(=0、最小輝度0.0に対応)である。図10(b)の画面では、水平方向に隣接する2画素(6副画素)の中の左側の黒画素の画像信号の階調値は最小値(=0、最小輝度0.0に対応)であり、右側の白画素の画像信号の階調値は最大値(=255、最大輝度1.0に対応)である。
液晶の応答速度は輝度が最大値から最小値へ変化する場合と最小値から最大値へ変化する場合とで同じである。そのため、図10(a)の画面と図10(b)の画面が交互に表示されても、フリッカは生じない。
図10(a)の表示に対応するテストパターンを図9に示すようにレンダリング処理すると、図10(c)に示すように、1画素を構成する4副画素の中の副画素SR、SG及びSBを白画素とし、副画素SWを黒画素として表示する場合、副画素SR、SG及びSBの階調値は最大値(=255)から多少下がり、224となる。これにより、白画素の輝度は1.0から0.75に低下し、隣接する黒画素の輝度0.0に多少近づく。
図10(a)の表示に対応するテストパターンを図9に示すようにレンダリング処理すると、図10(c)に示すように、1画素を構成する4副画素の中の副画素SR、SG及びSBを白画素とし、副画素SWを黒画素として表示する場合、副画素SR、SG及びSBの階調値は最大値(=255)から多少下がり、224となる。これにより、白画素の輝度は1.0から0.75に低下し、隣接する黒画素の輝度0.0に多少近づく。
同様に、図10(b)の表示に対応するテストパターンを図9に示すようにレンダリング処理すると、図10(d)に示すように、1画素を構成する4副画素の中の副画素SR、SG及びSBを黒画素とし、副画素SWを白画素として表示する場合、副画素SR、SG及びSBの階調値は黒画素の階調値(=0)から多少上がり、136となる。これにより、黒画素の輝度は0.0から0.25に増加し、隣接する白画素の輝度1.0に多少近づく。
液晶の応答速度は、最大輝度より多少暗い第1の中間輝度(=0.75)と最小輝度より多少明るい第2の中間輝度(=0.25)との間で変化する場合と、最大輝度と最小輝度との間で変化する場合とで異なる。このため、図10(a)、(b)に示すようなテストパターンを表示する場合、図10(c)の画面と図10(d)の画面が交互に表示され、副画素SR、SG及びSBの応答速度と副画素SWの応答速度の違いによりフリッカが生じる。
図10には示していないが、RGB画像信号であるテストパターンを図8に示すようにレンダリング処理してRGBW表示パネルPNLで表示する場合は、副画素SR、SG及びSBと副画素SWがともに最大輝度と最小輝度との間で変化するので、フリッカが生じることがない。
図11は副画素SR、SG及びSBの応答速度と副画素SWの応答速度の違いによりフリッカが生じる様子を示す。図11(a)に示すように、1フレーム毎に、副画素SR、SG及びSBの階調値が224(第1の中間輝度に対応)と136(第2の中間輝度に対応)の間で変化し、副画素SWの階調値が255(最大輝度に対応)と0(最小輝度に対応)の間で変化するテストパターンをRGBW表示パネルPNLで表示することを想定する。図11(b)は副画素SR、SG及びSBの輝度と副画素SWの輝度の応答特性を示す。図11(b)の縦軸は輝度、横軸は表示フレームを示す。1フレーム毎に、副画素SR、SG及びSBの輝度は約0.2と約0.8の間で変化し、副画素SWの輝度は約0.0と約0.55の間で変化する。
輝度が0.2と0.8の間で変化する副画素SR、SG及びSBの輝度の応答特性と輝度が0と0.55の間で変化する副画素SWの輝度の応答特性が一致していれば。副画素SR、SG、SB及びSWからなる1画素の輝度は一定となる。しかし、図11(b)に示すように、副画素SWの輝度の応答特性と副画素SR、SG及びSBの輝度の応答特性の違いにより、副画素SR、SG、SB及びSWからなる1画素の輝度は変動し、フリッカが生じる。副画素SR、SG及びSBの応答特性では、立ち上がりと立下りの波形がほぼ一致しているが、副画素SWの応答特性では、立ち上がりが急峻であり、立下りがゆっくりであり、立ち上がりの応答速度が立下りの応答速度より速い。この応答速度の違いがフリッカの原因である。
そのため、副画素SWの応答特性において、立ち上がり速度を遅くして、立ち上がりの応答速度と立下りの応答速度をほぼ等しくすると、図10(a)、(b)に示すようなテストパターンを表示する場合でもフリッカの発生を防止できる。
図12は、階調値を0と255の間で変化させる場合の表示パネルPNLの応答特性(実線)と、階調値を0と250の間で変化させる場合の表示パネルPNLの応答特性(破線)を示す。図12の縦軸は表示画面の輝度を測定するオシロスコープの出力電圧(単位:ボルト)を示し、横軸は時間(単位:秒)を示す。図12から、1画素の階調値を0から255まで上げる時の表示パネルPNLの輝度の応答速度に比べて1画素の階調値を0から250まで上げる時の表示パネルPNLの輝度の応答速度が遅いことが分かる。すなわち、階調値の最大値が255から250に多少下がることにより、立ち上がり速度が多少遅くなり、立ち上がりの応答速度と立下りの応答速度がほぼ等しくなり、図10(a)、(b)に示すようなテストパターンを表示する場合でもフリッカの発生を防止できる。
図12は、階調値を0と255の間で変化させる場合の表示パネルPNLの応答特性(実線)と、階調値を0と250の間で変化させる場合の表示パネルPNLの応答特性(破線)を示す。図12の縦軸は表示画面の輝度を測定するオシロスコープの出力電圧(単位:ボルト)を示し、横軸は時間(単位:秒)を示す。図12から、1画素の階調値を0から255まで上げる時の表示パネルPNLの輝度の応答速度に比べて1画素の階調値を0から250まで上げる時の表示パネルPNLの輝度の応答速度が遅いことが分かる。すなわち、階調値の最大値が255から250に多少下がることにより、立ち上がり速度が多少遅くなり、立ち上がりの応答速度と立下りの応答速度がほぼ等しくなり、図10(a)、(b)に示すようなテストパターンを表示する場合でもフリッカの発生を防止できる。
このような原理に基づきフリッカを解消するために階調値を補正する実施形態におけるディスプレイドライバDDによるレンダリング処理の一例を図13に示す。図13は、図10の場合と同様なテストパターンを表示する場合の表示画面の例を示す。実施形態によるレンダリング処理においては、フリッカを防止するために、図10(d)に示すレンダリング結果である階調値を補正する。図13(a)と図13(b)は図10(a)と図10(b)と同じである。図13(c)と図13(d)は図13(a)と図13(b)の表示対応するテストパターンをレンダリング処理した結果に基づく表示画面の例を示す。図13(c)は図10(c)と同じである。すなわち、1画素を構成する4副画素の中の副画素SR、SG及びSBを白画素とし、副画素SWを黒画素として表示する場合、副画素SR、SG及びSBの階調値は最大値(=255)から多少下がり、224となる。これにより、白画素の輝度は1.0から0.75に低下し、隣接する黒画素の輝度0.0に多少近づく。
図13(d)に示すレンダリング処理は、図9に示すレンダリング処理とは異なる。すなわち、1画素を構成する4副画素の中の副画素SR、SG及びSBを黒画素とし、副画素SWを白画素として表示する場合、副画素SWの立ち上がりの応答速度を遅くするために、副画素SWの階調値を図10(d)に示す白画素の階調値255より多少小さい値、例えば250に設定する。これにより、白画素の輝度は1.0から0.96に低下する。この輝度の低下を補償するために、黒画素として表示する副画素SR、SG及びSBの階調値を図10(d)に示す136より多少大きい値、例えば141に設定する。これにより、黒画素の輝度は0.0から0.27に上昇する。
これにより、副画素SWの応答特性において立ち上がり速度と立ち下がり速度がほぼ等しくなり、図13(a)、(b)に示すようなテストパターンを表示する場合でもフリッカの発生が防止される。図14は、図13に示すレンダリング処理を行った場合の表示パネルPNLの応答特性(破線)を示す。図14の実線の特性は、図11(b)の特性と同じである。
このように実施形態においては、図9に示すレンダリング処理により得られる階調値に対して、副画素SWを白画素として発光させる場合の階調値を多少下げて、その分、副画素SR、SG及びSBを黒画素として発光させる場合の階調値を多少上げるように、レンダリング処理により得られる階調値を変更あるいは補正する。この補正量の上限を説明する。階調値と輝度は対応しているが、説明の便宜上、補正量は輝度で定義する。
副画素SR、SG及びSBを黒画素とし、副画素SWを白画素として表示する際、副画素SWの輝度の減少量は最大で5%とする。同様に、副画素SR、SG及びSBの輝度の増加量も最大で5%とする。図9に示すレンダリング処理により得られた階調値の補正がこの範囲であれば、1画素内の副画素SR、SG及びSBの輝度と副画素SWの輝度の差が小さく、しかも副画素SR、SG及びSBの応答速度と副画素SWの応答速度がほぼ等しいので、図13(a)、(b)に示すテストパターンの表示の際、フリッカの発生が防止される。
輝度の補正量の5%は最大値であるが、図13(d)に示した例は輝度の補正量が4%である。表示パネルPNLのガンマ値が2.2であるので、階調値255に対応する輝度を1.0とすると、輝度を1.0から4%減少して0.96とするためには、副画素SWの階調値は255から250に変更すればよい。図9のレンダリング処理では、副画素SR、SG、SBの輝度と副画素SWの輝度の比は1対0.5であるので、副画素SR、SG、SBの輝度0.25を4%×0.5=2%増加させ0.27にするためには、副画素SR、SG、SBの階調値を136から141にすればよい。
4%の補正の場合、ディスプレイドライバDDは、図15に示すようなレンダリング処理を行う。すなわち、ブロック122において、図10に示すようなテストパターンを表示するためのRGB画像信号がディスプレイドライバDDに入力されると、ディスプレイドライバDDは、ブロック124において、図9に示すようなレンダリング処理を行う。ディスプレイドライバDDは、ブロック126において、レンダリング処理の結果を判定する。
例えば、図10(d)に示すように、副画素SR、SG、SBの階調値が136であり、かつ副画素SWの階調値が255であるか否かが判定される。この判定結果がイエスの場合、ディスプレイドライバDDは、ブロック128において、図13(d)に示すように、副画素SR、SG、SBの階調値を136から141に増加し、副画素SWの階調値を255から250に減少する。
ブロック128の階調補正の後又はブロック126の判定結果がノーの場合、ディスプレイドライバDDは、ブロック130において、レンダリング処理の結果であるRGBW画像信号の階調値に応じた表示駆動信号を出力する。これにより、ディスプレイドライバDDは、表示駆動信号に基づいて走査線駆動回路GD、信号線駆動回路SD及び電圧供給部CD等を駆動させ、表示パネルPNLに画像を表示する。
第1実施形態によれば、副画素SR、SG及びSBの輝度と副画素SWの輝度の比が1対0.5となるようにRGB/RGBW変換するレンダリング処理結果に対して、RGBW表示パネルのW副画素の最大輝度を多少下げるようにW成分の階調値を多少減少し、W成分の輝度の低下を補償するために副画素SR、SG及びSBの輝度を多少上げるようにR、G、B成分の階調値を多少増加する。これにより、1画素内の副画素SR、SG、SBの輝度とW副画素の輝度の差が小さく、かつW副画素の応答特性において立ち上がり特性と立下り特性がほぼ等しくすることができる。このため、白画素と黒画素が交互に配列される市松模様が1表示フレーム毎に1画素移動するようなテストパターンを表示しても、フリッカの発生を防止することができる。
[第2実施形態]
第1実施形態では図9に示したレンダリング処理を採用したが、図8に示したレンダリング処理を採用する第2実施形態を説明する。第2実施形態でも、テストパターンは第1実施形態と同様に、白画素と黒画素が交互に配列される市松模様が1表示フレーム毎に1画素横(水平)方向に移動するようなパターンである。
第1実施形態では図9に示したレンダリング処理を採用したが、図8に示したレンダリング処理を採用する第2実施形態を説明する。第2実施形態でも、テストパターンは第1実施形態と同様に、白画素と黒画素が交互に配列される市松模様が1表示フレーム毎に1画素横(水平)方向に移動するようなパターンである。
図16は、第2実施形態における表示画面の一例を示す。図16(a)と図16(b)は、RGB表示パネルにおけるテストパターンの表示例を示す。RGBのテストパターンの階調値はレンダリング処理されずにそのまま表示される。図16(c)と図16(d)はRGBW表示パネルPNLにおけるテストパターンの表示例を階調値により示す。テストパターンは図8に示すようにレンダリング処理されてRGBW表示パネルPNLで表示される。
図16(a)の表示に対応するテストパターンを図8に示すようにレンダリング処理すると、図16(c)に示すように、1画素を構成する4副画素の中の副画素SR、SG及びSBを白画素とし、副画素SWを黒画素として表示する場合、副画素SR、SG及びSBの階調値の論理和は白画素の階調値(=255)(輝度1.0に対応)であり、副画素SWの階調値は黒画素の階調値(=0)(輝度0.0に対応)である。
同様に、図16(d)に示すように、1画素を構成する4副画素の中の副画素SR、SG及びSBを黒画素とし、副画素SWを白画素として表示する場合、副画素SR、SG及びSBの論理和は黒画素の階調値(=0)(輝度0.0に対応)であり、副画素SWの階調値は白画素の階調値(=255)(輝度1.0に対応)である。
このままでは、1画素内の副画素SR、SG及びSBの輝度と副画素SWの輝度の差が大きく、フリッカが生じる。そのため、第2実施形態では、図16(e)に示すように、副画素SR、SG及びSBを白画素とし、副画素SWを黒画素として表示する場合、副画素SR、SG及びSBの輝度を最大で5%減少させ、その分副画素SWの輝度を増加させるように、レンダリング処理の結果が補正される。同様に、図16(f)に示すように、副画素SR、SG及びSBを黒画素とし、副画素SWを白画素として表示する場合、副画素SWの輝度を最大で5%減少させ、その分副画素SR、SG及びSBの輝度を最大で5%増加させるように、レンダリング処理の結果が補正される。
図16(e)、(f)の例は輝度の補正量が4%の場合である。輝度を1.0から0.96に減少させるためには、階調値は255から250に減少させればよい。輝度を0.0から0.04に増加させるためには、階調値は0から61に増加させればよい。白ラスター(画面全体が白)では、輝度は1(=0.96+0.04)で階調値は255である。
第2実施形態によれば、図16(a)、(b)に示すようなテストパターンを表示する場合、副画素SR、SG及びSBの輝度と副画素SWの輝度の比が1対1となるようにRGB/RGBW変換するレンダリング処理結果に対して、白画素となる副画素の輝度を最大で5%減少し、黒画素となる非点灯の副画素を点灯し、輝度を最大で5%増加するように階調値を補正する。これにより、副画素SR、SG、SBも副画素SWも同じく輝度範囲で変化するので、1画素内の副画素SR、SG及びSBの輝度と副画素SWの輝度の差が小さく、しかも副画素SR、SG及びSBの応答速度と副画素SWの応答速度がほぼ等しいので、図16(a)、(b)に示すテストパターンの表示の際、フリッカの発生が防止される。
[第3実施形態]
第1実施形態、第2実施形態では、RGBW表示パネルPNLを使用してRGB画像信号を表示したが、白色光を発する副画素SWを含まないRGB表示パネルの場合のフリッカ対策に関する第3実施形態を説明する。第3実施形態では、副画素SWの階調値を求める必要が無いので、RGB/RGBW変換のためのレンダリング処理は不要である。その代わり、入力されたRGB画像信号の階調値を補正することにより、フリッカの発生を防止する。
[第3実施形態]
第1実施形態、第2実施形態では、RGBW表示パネルPNLを使用してRGB画像信号を表示したが、白色光を発する副画素SWを含まないRGB表示パネルの場合のフリッカ対策に関する第3実施形態を説明する。第3実施形態では、副画素SWの階調値を求める必要が無いので、RGB/RGBW変換のためのレンダリング処理は不要である。その代わり、入力されたRGB画像信号の階調値を補正することにより、フリッカの発生を防止する。
図17は第3実施形態によるRGB画像信号の補正処理の一例を示す。一般的に液晶は輝度が高いと、応答特性が不均一である。そのため、RGB表示パネルを使用する場合も、R副画素、G副画素及びB副画素の間の応答特性のばらつきによりフリッカが生じることがある。第3実施形態は、最大値付近の階調値を使用しないようにRGB画像信号を補正して、補正後のRGB画像信号をRGB表示パネルに表示する。
例えば、階調値250〜255を使用しないように階調値を補正する場合の補正後のRGB画像信号の階調値を図17に示す。第1、第2実施形態と同様に、第3実施形態でも、RGB画像信号の2画素が表示パネルの1画素に対応する。すなわち、表示パネルの1画素はR成分の2副画素と、G成分の2副画素と、B成分の2副画素の計6副画素からなる。
白ラスターを表示する場合、図17の左側に示すように、表示画像の1画素の白色成分の階調値が0であれば、RGB画像信号の2画素の階調値はともに0である。表示画素の白色成分の階調値が0から250まで変化するにつれて、RGB画像信号の2画素の中の一方(例えば左側)の画素の3副画素の階調値の論理和は250(輝度0.96に対応)まで変化され、他方(例えば右側)の画素の3副画素の階調値の論理和は0(輝度0.00に対応)に維持される。
例えば、表示画素の白色成分の階調値が128の場合、RGB画像信号の2画素の中の一方(例えば左側)の画素の3副画素の階調値の論理和は128であり、他方(例えば右側)の画素の3副画素の階調値の論理和は0である。
表示画素の白色成分の階調値が250から255まで変化するにつれて、RGB画像信号の2画素の中の一方(例えば左側)の画素の3副画素の階調値の論理和は250に維持され、他方(例えば右側)の画素の3副画素の階調値の論理和は0から60まで変化される。
表示画素の白色成分の階調値が250から255まで変化するにつれて、RGB画像信号の2画素の中の一方(例えば左側)の画素の3副画素の階調値の論理和は250に維持され、他方(例えば右側)の画素の3副画素の階調値の論理和は0から60まで変化される。
すなわち、表示画素の白色成分の階調値が250以下の場合、RGB画像信号の2画素の中の一方の画素の階調値が表示画素の階調値に応じた値に設定され、他方の画素の階調値が0とされる。表示画素の白色成分の階調値が250を超えると、2画素の中の一方の画素の階調値が250に維持され、他方の画素の階調値が表示画素の階調値に応じた値に設定される。このように、表示パネルの各副画素は最大輝度が0.96に制限されるようにRGB画像信号の階調値が補正される。このため、表示パネルの各副画素は応答特性が不均一である最大輝度付近では使用されないので、各副画素の応答特性は均一となり、フリッカの発生が防止される。
白以外のカラー画像を表示する場合も、白ラスターを表示する場合と同様に、図17の右側に示すように、表示画素の赤(又は緑又は青)成分の階調値が0であれば、RGB画像信号の2画素の3副画素の階調値の論理和はともに0とされる。表示画素の赤(又は緑又は青)成分の階調値が0から250まで変化する(緑又は青成分の階調値は0とする)につれて、RGB画像信号の2画素の中の一方(例えば左側)の画素の赤(又は緑又は青)副画素の階調値は250(輝度0.96に対応)まで変化され、一方(例えば左側)の画素の赤(又は緑又は青)以外の2副画素の階調値の論理和及び他方(例えば右側)の画素の3副画素の階調値の論理和は0(輝度0に対応)に維持される。
例えば、表示画素の赤(又は緑又は青)成分の階調値が128の場合、RGB画像信号の2画素の中の一方(例えば左側)の画素の赤(又は緑又は青)副画素の階調値は128であり、一方(例えば左側)の画素の赤(又は緑又は青)以外の副画素の階調値の倫理和及び他方(例えば右側)の画素の3副画素の階調値の論理和は0である。
表示画素の赤(又は緑又は青)成分の階調値が250から255まで変化する(緑又は青成分の階調値は0とする)につれて、RGB画像信号の2画素の中の一方(例えば左側)の画素の赤(又は緑又は青)副画素の階調値は250に維持され、一方(例えば左側)の画素の緑又は青副画素の階調値は0に維持され、他方(例えば右側)の画素の赤(緑又は青)副画素の階調値は0から60まで変化され、他方(例えば右側)の画素の緑又は青副画素の階調値は0に維持される。
すなわち、表示画素の白以外の赤(又は緑または青)成分の階調値が250以下の場合、RGB画像信号の2画素の中の一方の画素の赤(又は緑または青)副画素の階調値が表示画素の階調値に応じた値に設定され、それ以外の副画素の階調値が0とされる。表示画素の白以外の赤(又は緑または青)成分の階調値が250を超えると、2画素の中の他方の画素の赤(又は緑または青)成分の階調値が0から60まで変化され、それ以外の副画素の階調値が維持される。このように、表示パネルの各副画素は最大輝度が0.96に制限されるようにRGB画像信号の階調値が補正される。このため、表示パネルの各副画素は応答特性が不均一である最大輝度付近では使用されないので、各副画素の応答特性は均一となり、フリッカの発生が防止される。
階調値の最大値を250としているが、250に限定されず、250より多少小さい値としても良い。階調値の最大値に上限を設けることは、輝度の低下量に上限を設けることと同じである。第1、第2実施形態と同様に第3実施形態でも輝度の低下量は最大で5%である。図17の例は、輝度が4%低下した場合と同じである。
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。
DSP…表示装置、PNL…表示パネル、12…フレキシブルプリント回路基板、14…ICチップ、16…回路基板、SUB1…第1基板、SUB2…第2基板、DD…ディスプレイドライバ、TC…タッチコントローラ、PX…画素、CE…共通電極、PE…画素電極、S…信号線、G…走査線、GD…走査線駆動回路、SD…走査線駆動回路、SR,SG,SB,SW…副画素。
Claims (12)
- 第1の色成分の光を発する第1の副画素、第2の色成分の光を発する第2の副画素及び第3の色成分の光を発する第3の副画素を含む画素を備える表示部と、
前記第1の色成分の階調値、前記第2の色成分の階調値及び前記第3の色成分の階調値を示す第1の画像信号に基づいて、少なくとも前記第1の副画素の階調値、前記第2の副画素の階調値及び前記第3の副画素の階調値を示す第2の画像信号を生成し、前記第2の画像信号を前記表示部に供給する表示制御部と、
を具備し、
前記表示制御部は、前記第1の色成分、前記第2の色成分及び前記第3の色成分の少なくとも1つの色成分の最大階調値が前記最大階調値より小さい第1の階調値となるように前記第2の画像信号を生成する表示装置。 - 前記画素は、第4の色成分の光を発する第4の副画素をさらに含み、
前記第2の画像信号は、前記第1の副画素の階調値、前記第2の副画素の階調値、前記第3の副画素の階調値及び前記第4の副画素の階調値を示す請求項1記載の表示装置。 - 前記第1の色成分は赤色成分であり、前記第2の色成分は緑色成分であり、前記第3の色成分は青色成分であり、前記第4の色成分は白色成分である請求項2記載の表示装置。
- 前記第1の画像信号は、それぞれが赤色の光を発する副画素、緑色の光を発する副画素及び青色の光を発する副画素からなる第1の画素と第2の画素に含まれる6副画素の階調値を示す信号であり、
前記表示制御部は、前記第1の画像信号に含まれる6副画素の階調値に基づいて、前記第1の副画素の階調値、前記第2の副画素の階調値、前記第3の副画素の階調値及び前記第4の副画素の階調値を示す前記第2の画像信号を生成する請求項2又は請求項3記載の表示装置。 - 前記第1の画像信号の第1のフレームにおいて、前記第1の画素の階調値が最大値であり、前記第2の画素の階調値が最小値であり、前記第1の画像信号の第2のフレームにおいて、前記第1の画素の階調値が前記最小値であり、前記第2の画素の階調値が前記最大値である場合、
前記表示制御部は、
前記第1のフレームにおいて、前記第1の副画素、前記第2の副画素及び前記第3の副画素の階調値が前記最大値より小さい第1の値であり、前記第4の副画素の階調値が前記最小値であり、
前記第2のフレームにおいて、前記第1の副画素、前記第2の副画素及び前記第3の副画素の階調値が前記最小値より大きく前記第1の値より小さい第2の値であり、前記第4の副画素の階調値が前記最大値より小さく前記第1の値より大きい第3の値であるような前記第2の画像信号を生成する請求項4記載の表示装置。 - 前記第1の画像信号の第1のフレームにおいて、前記第1の画素の階調値が最大値であり、前記第2の画素の階調値が最小値であり、前記第1の画像信号の第2のフレームにおいて、前記第1の画素の階調値が前記最小値であり、前記第2の画素の階調値が前記最大値であり、前記第1の副画素、前記第2の副画素及び前記第3の副画素の輝度に比べ前記第4の副画素の輝度が低い場合、
前記表示制御部は、
第1のフレームにおいて、前記第1の副画素、前記第2の副画素及び前記第3の副画素の階調値がすべて前記最大値より小さい第1の値であり、前記第4の副画素の階調値が前記最小値であり、
第2のフレームにおいて、前記第1の副画素、前記第2の副画素及び前記第3の副画素の階調値がすべて前記最小値より大きく前記第1の値より小さい第2の値であり、前記第4の副画素の階調値が前記最大値より小さく前記第1の値より大きい第3の値であるような前記第2の画像信号を生成し、
前記第2のフレームにおいて、前記第2の値が前記第2の値より大きく前記第1の値より小さい第4の値に変更され、前記第3の値が前記第3の値より小さく前記第1の値より大きい第5の値に変更されるように前記第2の画像信号を補正する請求項4記載の表示装置。 - 前記第5の値に対応する輝度は前記第3の値に対応する輝度の95%以上であり、前記第4の値に対応する輝度と前記第2の値に対応する輝度との差は0.25以内である請求項6記載の表示装置。
- 前記第1の画像信号の第1のフレームにおいて、前記第1の画素の階調値が最大値であり、前記第2の画素の階調値が最小値であり、前記第1の画像信号の第2のフレームにおいて、前記第1の画素の階調値が前記最小値であり、前記第2の画素の階調値が前記最大値である場合、
前記表示制御部は、
前記第1のフレームにおいて、前記第1の副画素、前記第2の副画素及び前記第3の副画素の階調値が前記最大値より小さい第1の値であり、前記第4の副画素の階調値が前記最小値より大きい第2の値であり、
前記第2のフレームにおいて、前記第1の副画素、前記第2の副画素及び前記第3の副画素の階調値が前記第2の値であり、前記第4の副画素の階調値が前記第1の値であるような前記第2の画像信号を生成する請求項4記載の表示装置。 - 前記第1の値に対応する輝度は前記最大値に対応する輝度の95%以上であり、前記第2の値に対応する輝度と前記最小値に対応する輝度との差は0.25以内である請求項8記載の表示装置。
- 前記表示部はそれぞれが第1の色成分の光を発する第1の副画素、第2の色成分の光を発する第2の副画素及び第3の色成分の光を発する第3の副画素を含む第1の画素と第2の画素を備え、
前記表示制御部は、
前記第1の画像信号の階調値が第1の値以下かつ前第2画像信号の階調値が0の場合、前記第1の画素の階調値が第1の画像信号の階調値であり、前記第2の画素の階調値が0であり、
前記第1の画像信号の階調値が前記第1の値以下ではなくかつ第2画像信号の階調が0の場合、前記第1の画素の階調値が前記第1の値であり、前記第2の画素の階調値が前記第1の画素と前記第2の画素の輝度値になるように前記第2の画像信号を生成する請求項1記載の表示装置。 - 前記表示部はフリンジ・シールド・スイッチングモードの液晶表示部である請求項1乃至請求項10のいずれか一項記載の表示装置。
- 第1の色成分の光を発する第1の副画素、第2の色成分の光を発する第2の副画素及び第3の色成分の光を発する第3の副画素を含む画素を備える表示部を用いる表示方法であって、
前記第1の色成分の階調値、前記第2の色成分の階調値及び前記第3の色成分の階調値を示す第1の画像信号に基づいて、少なくとも前記第1の副画素の階調値、前記第2の副画素の階調値及び前記第3の副画素の階調値を示す第2の画像信号であって、前記第1の色成分、前記第2の色成分及び前記第3の色成分の少なくとも1つの色成分の最大階調値が前記最大階調値より小さい第1の階調値となるような第2画像信号を生成し、
前記第2の画像信号を前記表示部に供給する表示方法。
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