JP4839672B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像などを表示する表示装置に関する。

液晶パネルなどで構成される透過型の光像形成素子を背面から照明することにより、光像形成素子に形成されている像を可視化する方式の表示装置が知られている。表示装置の観察者は、光像形成素子を透過した光像を観察する。この方式の表示装置による表示輝度は、照明光（いわゆるバックライトによる光）を明るくすることによって高められる。特許文献１には、バックライトを冷陰極蛍光ランプと発光ダイオードアレイとで構成し、照明光を明るくすることによって高輝度表示を行う表示装置が開示されている。

特開２００３−１４０１１０号公報

光像形成素子は、表示画面の中で明るく表現したい領域の透過率を高めて高輝度領域を表現し、表示画面の中で暗く表現したい領域の透過率を低くして低輝度領域を表現する。一般に、光像形成素子の透過率は高い側も低い側もそれぞれ有限である。このため、上述したようにバックライトを明るくする場合、表示画面の中で「黒」を表現したい領域（すなわち、光像形成素子の透過率を最低にする領域）について、当該領域へ入射される照明光が完全に遮光されずにわずかに透過する現象、いわゆる黒浮きが目立ってしまう。

請求項１に記載の表示装置は、画像信号に応じて像を形成する透過型の光像形成素子と、前記光像形成素子を照明する照明手段と、前記照明手段および前記光像形成素子間に配設され、前記照明手段からの照明光量を所定領域ごとに減少させる調光手段と、を備え、前記調光手段は、表示データの輝度レベルが黒浮き抑制を必要とする所定の閾値以下の場合に前記照明光量を減少させ、前記照明手段の照明輝度の高低に応じて前記閾値を増減させることを特徴とする。
請求項２に記載の表示装置は、請求項１に記載の表示装置において、前記調光手段はモノクロ液晶パネルによって構成され、マトリクス状の領域ごとに前記照明手段からの照明光量を減少させることを特徴とする。
請求項３に記載の表示装置は、請求項２に記載の表示装置において、前記照明手段は導光板を含み、前記導光板、前記液晶パネルおよび前記光像形成素子が積層されていることを特徴とする。
請求項４に記載の表示装置は、請求項１に記載の表示装置において、所定輝度より低輝度で表示する領域より狭い範囲において前記照明光量を減少するように、前記調光手段を制御する制御手段を備えることを特徴とする。
請求項５に記載の表示装置は、請求項４に記載の表示装置において、前記制御手段は、前記照明光量を減少する領域の境界において前記照明光量の減少率を段階的に変化させるように前記調光手段を制御することを特徴とする。
請求項６に記載の表示装置は、請求項４または５に記載の表示装置において、前記制御手段は、前記画像信号によって示される輝度情報であって、前記光像形成素子上の注目画素、および当該注目画素の周囲の画素のそれぞれに対応する輝度情報に基づいて、前記照明光量を減少させる領域を決定することを特徴とする。
請求項７に記載の表示装置は、請求項４〜６のいずれか一項に記載の表示装置において、前記制御手段は、前記画像信号によって示される輝度情報であって、前記光像形成素子上の注目画素、および当該注目画素の周囲の画素のそれぞれに対応する輝度情報に基づいて、前記注目画素を照明する照明光量の減少率を決定することを特徴とする。

本発明による表示装置では、明るい表示領域の明るさを損なうことなしに黒浮きを抑えることができる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
（第一の実施形態）
図１は、本発明の第一の実施形態による表示装置の構成を説明する図であり、図１(a)は正面図、図１(b)は側面図である。図１(a)において、表示装置１００は有効表示領域１００ａ内に画像やテキストなどを表示する。

図１(b)において、表示装置１００は第１の表示モジュール１３と第２の表示モジュール１４とを積層して構成されている。積層された２つの表示モジュール１３、１４は、バックライト部材によって第１の表示モジュール１３側から照明される。バックライト部材は高輝度白色ＬＥＤ１１および導光板１２によって構成される。導光板１２は、少なくとも上記有効表示領域１００ａより広い面積を有する。導光板１２は、白色ＬＥＤ１１から発せられ、導光板１２の側面（図１(b)において下）から導光板１２内に入射された光を有効表示領域１００ａ内で輝度が均一な面照明光に変換し、この面照明光で第１の表示モジュールを照明する。

図２(a)は、表示装置１００の内部構造を説明するために図１(b)の一部を拡大した図である。図２(a)において、第１の表示モジュール１３は、たとえば、周知のＴＮ型の液晶パネル１３ｃを第１の偏光板１３ａと第２の偏光板１３ｂとで挟んだモノクロ液晶表示素子によって構成される。第２の偏光板１３ｂを通過する光の偏光方向と、第１の偏光板１３ａを通過する光の偏光方向とは９０度異なるように配設されている。

液晶パネル１３ｃは、不図示の透明電極から電圧が印加されない状態では、液晶層内の液晶分子の配列（配向）によって液晶層の中に入射された光の偏光方向を９０度回転させる。これにより、第１の偏光板１３ａを介して液晶パネル１３ｃ内に入射された偏光光は、液晶層内で９０度回転された後に第２の偏光板１３ｂを通過して第１の表示モジュール１３から射出され、第２の表示モジュール１４へ照明光として入射される。

一方、不図示の透明電極から電圧が印加された液晶パネル１３ｃは、液晶層内の液晶分子の配列が変わり、入射光の偏光方向を９０度回転させなくなる。これにより、第１の偏光板１３ａを介して液晶パネル１３ｃ内に入射された偏光光は、第２の偏光板１３ｂを通過できないために第１の表示モジュール１３から射出される透過光量が小さくなる。液晶分子の配列変化が印加電圧に比例することから、液晶層を進行する光の偏光方向の回転比率も印加電圧に比例する。したがって、第１の表示モジュール１３を透過して第２の表示モジュール１４へ入射される照明光量は、液晶パネル１３ｃに対する印加電圧の増加に伴って減少する。

液晶パネル１３ｃは、画像信号に基づいて後述する表示制御回路から入力される駆動信号に応じた任意の電圧を、マトリクス状に分割された所定領域（画素）ごとに印加可能に構成されている。これにより、第２の表示モジュール１４へ入射される照明光量を画素単位で増減することができる。

第２の表示モジュール１４は、たとえば、液晶パネル１４ｃと偏光板１４ｂとの間にカラーフィルタ１４ａを挟んだ周知のＴＦＴカラー液晶表示素子によって構成される。液晶パネル１４ｃは、その入射面側（第１の表示モジュール１３側）の配向方向を、上記第２の偏光板１３ｂを通過する光の偏光方向と合わせるように配設されている。偏光板１４ｂを通過する光の偏光方向は、上記第２の偏光板１３ｂを通過する光の偏光方向に対して９０度異なるように配設される。

液晶パネル１４ｃは、不図示の透明電極から電圧が印加されない状態では、液晶層内の液晶分子の配向によって液晶層の中に入射された光の偏光方向を９０度回転させる。これにより、第１の表示モジュール１３を介して液晶パネル１４ｃ内に入射された偏光光は、液晶層内で９０度回転された後にカラーフィルタ１４ａおよび偏光板１４ｂを通過して第２の表示モジュール１４から射出される。

一方、不図示の透明電極から電圧が印加された液晶パネル１４ｃは、液晶層内の液晶分子の配向を変え、入射光の偏光方向を９０度回転させない。これにより、液晶パネル１４ｃ内に入射された偏光光は、カラーフィルタ１４ａを通過後に偏光板１４ｂを通過できないため、第２の表示モジュール１４から射出される透過光量が小さくなる。

カラーフィルタ１４ａは、たとえば、ＲＧＢ各色の色フィルタが交互に配列されたものである。液晶パネル１４ｃは、画像信号に基づいて後述する表示制御回路から入力される駆動信号に応じた任意の電圧を、マトリクス状に分割された所定領域（色フィルタのサブピクセル）ごとに印加可能に構成されている。これにより、第２の表示モジュール１４から射出される透過光量を色単位で増減することができる。

図２(b)および(c)は、それぞれ液晶パネル１３ｃおよび液晶パネル１４ｃにおいてマトリクス状に分割された所定領域を説明する図である。図２(b)において、液晶パネル１３ｃの画素は、略正方形状に構成される。第２の表示モジュール１４へ入射される照明光量は、この略正方形状ごとに調節可能である。

図２(c)において、液晶パネル１４ｃのサブピクセルは、ＲＧＢ１組が図２(b)の１画素（略正方形状）に対応するように構成される。つまり、第２の表示モジュール１４へ入射される照明光量は、ＲＧＢのサブピクセル１組ごとに調節可能である。

表示装置１００の有効表示領域１００ａは、第２の表示モジュール１４による有効表示領域に対応し、第１の表示モジュール１３の有効表示領域は、少なくとも有効表示領域１００ａより広くするように構成される。以上説明した導光板１２、第１の表示モジュール１３および第２の表示モジュール１４は、略密着するように重ね合わされ、表示装置１００を構成する。

表示装置１００は、供給される画像信号に応じて第２の表示モジュール１４が白色ＬＥＤ１１からの光を変調することにより、ＲＧＢ各色の光像を生成する。第２の表示モジュール１４を構成する液晶パネル１４ｃの駆動は、液晶表示素子に対する周知の駆動方式と同様に行われるため、その説明を省略する。観察者は、第２の表示モジュール１４から射出されるＲＧＢ色の透過光によって合成されるフルカラー像を観察する。

一方、表示装置１００は、供給される画像信号に応じて第１の表示モジュール１３が白色ＬＥＤ１１からの光を減衰させることにより、観察される画像の低輝度領域の黒浮きを抑制する。第１の表示モジュール１３を構成する液晶パネル１３ｃの駆動は、以下のように行われる。

図３は、供給される画像信号（第２の表示モジュール１４で表示されるデータ）によって示される輝度と第１の表示モジュール１３で行う照明光の調光率（照明光の透過率）との関係を説明する図である。図３において、横軸はデータ輝度を表し、表示装置１００の入力信号の最大値（フルスケール）入力に対する百分率で表す。縦軸は照明光の透過率を表し、液晶パネル１３ｃの電極に電圧を印加しない状態（便宜上透過率１００％とする）に対する百分率で表す。

図３によれば、画像信号のデータの輝度レベル（ＲＧＢのうち少なくとも１色の輝度）があらかじめ定められる閾値（たとえば、フルスケールの５％）を超える場合、この画像信号に対応する液晶パネル１３ｃのマトリクス領域には電圧が印加されない。すなわち、輝度レベルがフルスケールの５％を超える領域については第１の表示モジュール１３による照明光量の透過率を最大にし、第２の表示モジュール１４へ入射される照明光量を最大にする。

また、画像信号のデータの輝度レベル（ＲＧＢ全ての輝度）がフルスケールの５％以下の場合、この画像信号に対応する液晶パネル１３ｃのマトリクス領域には、輝度レベルの大きさに比例した透過率となるよう、各画素毎に電圧が印加される。すなわち、輝度レベルがフルスケールの５％に相当する領域については第１の表示モジュール１３による照明光量の透過率を最大にし、第２の表示モジュール１４へ入射される照明光量を大きくする。また、輝度レベルがフルスケールの５％未満に相当する領域については第１の表示モジュール１３による照明光量の透過率を徐々に低下させ、第２の表示モジュール１４へ入射される照明光量を徐々に減少させる。さらにまた、輝度レベルがフルスケールの０％に相当する領域については第１の表示モジュール１３による照明光量の透過率を最小にし、第２の表示モジュール１４へ入射される照明光量を略０にする。

これにより、表示画面の中で暗く表現したい領域（すなわち、第２の表示モジュール１４を構成する液晶パネル１４ｃの透過率が最低にされる領域）を照明する照明光量が小さく絞られるので、液晶パネル１４ｃによって完全な遮光状態が得られない場合であっても、この領域の液晶パネル１４ｃを透過するＲＧＢ色の透過光は、その絶対レベルが小さく抑えられる。この結果、観察者が観察画像の中で黒浮きを観察することがなくなる。また、黒浮きを小さくできる分、光源の輝度を上げることが可能で、その結果、表示画像のダイナミックレンジを大きくすることが可能となる。

フルスケールの５％の輝度レベルは、たとえば、画像信号が８ビットフルスケールで表現されている場合、１２．５ＬＳＢに対応する。また、画像信号が１２ビットフルスケールで表現されている場合には、２０４ＬＳＢに対応する。

以上説明した第一の実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）第１の表示モジュール１３の液晶パネル１３ｃおよび第２の表示モジュール１４の液晶パネル１４ｃ間で偏光板１３ｂを共用したので、両液晶パネルの両側にそれぞれ偏光板を設ける場合に比べて、偏光板を１枚削減することができる。

（２）第１の表示モジュール１３を透過させた照明光で第２の表示モジュール１４を照明するとともに、照明光を所定領域単位（上記の例ではＲＧＢのサブピクセル１組ごと）で調光（照明光量を調節）可能に構成したので、表示画面の中で暗く表現したい領域のみを選択的に暗く表現できる。明るく表現したい領域の明るさを損なうことなく暗い部分の黒浮きが抑えられる結果、高画質の表示を行うことができる。とくに、コンピュータグラフィック画像などのダイナミックレンジの広い表現が必要な場合（階調数が大きい）に有効である。

（３）導光板１２を含むバックライト部材、液晶パネル１３ｃを含む第１の表示モジュール１３、および液晶パネル１４ｃ、カラーフィルタ１４ａを含む第２の表示モジュール１４を積層し、これらを略密着させたので、表示装置１００の小型化および画素単位の調光制御を実現できる。

上述したように第１の表示モジュール１３による照明光量の透過率を変化させる閾値は、５％に限らず、３％でも１５％でも適宜変更してよい。

また、上述した閾値について、バックライト部材１１、１２による照明光の輝度に応じて変化させる構成にしてもよい。図４は、バックライト部材１１、１２による照明光の輝度（光源輝度）と閾値（スレッショルド）との関係を説明する図である。図４において、横軸は光源輝度を表し、縦軸は閾値を表す。

図４によれば、光源輝度の増加とともに閾値が高く変更され、たとえば、光源輝度の増加に比例させて閾値をフルスケールの約５％〜約１０％の範囲で変更する。これにより、表示画面の中で暗く表現したい領域（すなわち、第２の表示モジュール１４を構成する液晶パネル１４ｃの透過率が最低にされる領域）を透過するＲＧＢ色の透過光は、光源輝度が高い場合においても、その絶対レベルを小さく抑えることができる。この結果、観察者が観察画像の中で黒浮きを観察することがなくなる。

上述した閾値の変更は、バックライト部材１１、１２による照明光の輝度が可変に構成される場合には設定される照明光の輝度に応じて変更し、バックライト部材１１、１２による照明光の輝度が固定（変更不可）の場合には、表示装置１００の調整・保守時などに、搭載されているバックライト部材１１、１２による照明光の輝度に応じた値に設定すればよい。

また、表示装置１００へ供給される画像信号の階調数（階調表現のビット長）に応じて、制御を切り替える構成にしてもよい。この場合、たとえば、画像信号の階調数が８ビット表現されている場合、有効表示領域１００ａの全域で第１の表示モジュール１３による照明光量の透過率を最大にし、第２の表示モジュール１４へ入射される照明光量を最大にする。一方、画像信号の階調数が１２ビットや１６ビット表現されている場合には、上述したように、第１の表示モジュール１３を透過して第２の表示モジュール１４を照明する照明光量の透過率を、供給される画像信号に応じて所定領域単位（上記の例ではＲＧＢのサブピクセル１組ごと）で調光する。

（変形例１）
第２の表示モジュール１４へ入射される照明光量を、ＲＧＢ各色のサブピクセルごとに調節可能に構成してもよい。図５(a)は、この場合の表示装置１００の内部構造を説明するための拡大図である。図５(a)において、第１の表示モジュール１３は、たとえば、周知のＴＮ液晶パネル１３ｄを第１の偏光板１３ａと第２の偏光板１３ｂとで挟んだモノクロ液晶表示素子によって構成される。第２の偏光板１３ｂおよび第１の偏光板１３ａ間の偏光方向が９０度異なるように配設される点は、上述した実施形態と同様である。

図５(b)および図５(c)は、図５(a)のＴＮ液晶パネル１３ｄおよび液晶パネル１４ｃにおいてマトリクス状に分割された所定領域を説明する図である。図５(b)において、ＴＮ液晶パネル１３ｄの画素は、第２の表示モジュール１４側のサブピクセルごとに構成される。第２の表示モジュール１４へ入射される照明光量は、このサブピクセルごとに調節可能である。

図５(c)において、液晶パネル１４ｃのサブピクセルは、ＲＧＢそれぞれの色が図５(b)の１画素に対応するように構成される。つまり、第２の表示モジュール１４へ入射される照明光量は、ＲＧＢ各色のサブピクセルごとに調節可能である。このように構成することにより、高精細の黒浮き抑制制御を行うことができる。

第１の表示モジュール１３においてマトリクス状に分割される領域と、第２の表示モジュール１４においてマトリクス状に分割される領域との対応は、上述した実施形態の１：３（ＲＧＢのサブピクセル１組）や、変形例で示した１：１（サブピクセルごと）に限らず、ＲＧＢのサブピクセル４組分の領域に対応させて調光する１：１２や、ＲＧＢのサブピクセル９組分の領域に対応させて調光する１：２７としてもよい。

（第二の実施形態）
第１の表示モジュール１３（液晶パネル１３ｃ）のマトリクス領域の透過率を変化させる場合、第２の表示モジュール１４上のＲＧＢサブピクセルの組、および当該サブピクセルの組の周辺に位置するサブピクセルの組の輝度レベルに基づき、当該サブピクセルの組へ照明光を透過する第１の表示モジュール１３（液晶パネル１３ｃ）のマトリクス領域の透過率を決定するようにしてもよい。輝度レベルは、表示装置１００へ供給される画像信号によって示される。

図６(a)および(b)は、それぞれ液晶パネル１４ｃおよび液晶パネル１３ｃにおいてマトリクス状に分割された所定領域を説明する図である。

図６(b)において、液晶パネル１３ｃの画素は、略正方形状に構成される。第２の表示モジュール１４へ入射される照明光量は、この略正方形状ごとに調節可能である。図６(a)において、液晶パネル１４ｃのサブピクセルは、ＲＧＢ１組が図６(b)の１画素（略正方形状）に対応するように構成される。つまり、第２の表示モジュール１４へ入射される照明光量は、ＲＧＢのサブピクセル１組単位で調節可能である。

表示装置１００は、第一の実施形態と同様に、供給される画像信号に応じて第２の表示モジュール１４が白色ＬＥＤ１１からの光を変調することにより、ＲＧＢ各色の光像を生成する。観察者は、第２の表示モジュール１４から射出されるＲＧＢ色の透過光によって合成されるフルカラー像を観察する。図６(a)の例では、ＲＧＢサブピクセルの組を１画素とすると、全４９画素のうち２３画素で白が表示され、２６画素で黒が表示されている。

一方、表示装置１００は、供給される画像信号に応じて第１の表示モジュール１３が白色ＬＥＤ１１からの光を以下のように減衰させることにより、観察される画像の低輝度領域の黒浮きを抑制する。

図６(a)の２行目Ｄ列に位置する画素（＝ＲＧＢサブピクセルの組）に注目すると、表示装置１００は、当該画素を中心とする横３画素×縦３画素の全９画素について、これら９画素内に含まれる画像信号の全データ（ＲＧＢ３色×９組）の輝度レベルの平均値を算出する。本例では、白を表示する画素が４画素、黒を表示する画素が５画素であるため、白の輝度を１とする場合の輝度平均値は(１（白）×４＋０（黒）×５)／９＝０．４４となる。この場合、所定閾値（たとえば、フルスケールの１２％とする）を超えるので、注目画素（＝２行目Ｄ列）に対応する液晶パネル１３ｃのマトリクス領域（注目画素へ照明光を透過する領域）には電圧を印加しない。すなわち、注目画素およびその周辺画素の輝度レベルの平均値がフルスケールの１２％を超える場合は、注目画素に対応する領域の第１の表示モジュール１３による照明光量の透過率を最大にし、第２の表示モジュール１４へ入射される照明光量を最大にする。

図６(a)の３行目Ｄ列に位置する画素（＝ＲＧＢサブピクセルの組）に注目すると、表示装置１００は、当該画素を中心とする横３画素×縦３画素の全９画素について、これら９画素内に含まれる画像信号の全データ（ＲＧＢ３色×９組）の輝度レベルの平均値を算出する。本例では、白を表示する画素が１画素、黒を表示する画素が８画素であるため、輝度平均値は(１（白）×１＋０（黒）×８)／９＝０．１１となる。このように、注目画素およびその周辺画素の輝度レベルの平均値がフルスケールの１２％未満に相当する場合は、注目画素（＝３行目Ｄ列）へ透過する照明光量の透過率を上記輝度レベルの平均値に応じて徐々に低下させるように、液晶パネル１３ｃのマトリクス領域に電圧を印加する。

図６(a)の４行目Ｄ列に位置する画素（＝ＲＧＢサブピクセルの組）に注目すると、表示装置１００は、当該画素を中心とする横３画素×縦３画素の全９画素について、これら９画素内に含まれる画像信号の全データ（ＲＧＢ３色×９組）の輝度レベルの平均値を算出する。本例では、白を表示する画素が０画素、黒を表示する画素が９画素であるため、輝度平均値は(１（白）×０＋０（黒）×９)／９＝０となる。このように、注目画素およびその周辺画素の輝度レベルの平均値が０に相当する場合は、注目画素（＝４行目Ｄ列）へ透過する照明光量の透過率を最小にし、第２の表示モジュール１４へ入射される照明光量を略０にするように、液晶パネル１３ｃのマトリクス領域に電圧を印加する。

フルスケールの１２％の輝度レベルは、たとえば、画像信号が８ビットフルスケールで表現されている場合、３０ＬＳＢに対応する。また、画像信号が１２ビットフルスケールで表現されている場合には、４９１ＬＳＢに対応する。

第二の実施形態によれば、第一の実施形態の作用効果に加えて次の作用効果が得られる。
（１）第２の表示モジュール１４の表示画面の中で、注目画素および注目画素と縦横に連続する画素がともに黒く表示される（上記９画素分の輝度平均値が０）場合に、第２の表示モジュール１４の注目画素を照明する照明光量を小さく絞るようにした。これにより、黒表示（所定輝度以下の表示）を行う画素領域より狭い範囲で黒浮き発生を抑えることができる。

（２）第２の表示モジュール１４の表示画面の中で、注目画素および注目画素と縦横に連続する画素で黒く表示される画素が少ない（上記９画素分の輝度平均値が０より大きく、かつ所定閾値以下）場合は、これらの画素の表示輝度平均値に応じて第２の表示モジュール１４の注目画素を照明する照明光量を段階的に絞るようにした。これにより、表示画像の明暗の境界を形成する領域については徐々に照明光量が変化するから、観察者にとって観察像の明暗の境界が違和感なく自然に感じられる。

（３）表示画像の明暗の境界を形成する領域に対する照明光量を絞ることで、明るく照明される領域の光が照明光量を減少すべき領域へ漏れたとしても目立ちにくくなるから、第１の表示モジュール１３および第２の表示モジュール１４の重ね合わせ時における組立要求精度（画素位置合わせ精度）を低くすることができる。

（４）第２の表示モジュール１４の表示画面の中で、注目画素および注目画素と縦横に連続する画素で黒く表示される画素がさらに少ない（上記９画素分の輝度平均値が所定閾値を超える）場合は、第２の表示モジュール１４の注目画素を照明する照明光量を絞らないようにした。これにより、表示画像の明るい領域およびその境界に位置する画素が明るく照明される。この結果、明るく表現する領域（所定輝度を超える表示領域）の明るさを損なうことがない。

上述したように第１の表示モジュール１３による照明光量の透過率を変化させる閾値は、１２％に限らず、１０％でも１８％でも適宜変更してよい。

（変形例２）
第２の表示モジュール１４へ入射される照明光量を、ＲＧＢ各色のサブピクセルごとに調節可能に構成してもよい。図７は、この場合の液晶パネル１３ｃにおいてマトリクス状に分割された所定領域を説明する図である。図７において、液晶パネル１３ｃの画素は、図６(a)に例示した第２の表示モジュール１４側のサブピクセルに対応するように構成される。第２の表示モジュール１４へ入射される照明光量は、このサブピクセル単位で調節可能である。

この場合の表示装置１００は、供給される画像信号に応じて第１の表示モジュール１３が白色ＬＥＤ１１からの光を以下のように減衰させることにより、観察される画像の低輝度領域の黒浮きを抑制する。

図６(a)の２行目Ｄ列Ｒ画素について注目すると、表示装置１００は、当該画素を中心とする横３画素×縦３画素の全９画素について、これら９画素内に含まれる画像信号の全データの輝度レベルの平均値を算出する。本例では、明るく発色する（Ｒ、Ｇ、Ｂいずれかを発色する）画素が４画素、非発色の画素が５画素であるため、発色部の輝度を１とする場合の輝度平均値は(１（発色）×４＋０（非発色）×５)／９＝０．４４となる。この場合、所定閾値（たとえば、フルスケールの１２％）を超えるので、注目画素（２行目Ｄ列Ｒ画素）に対応する液晶パネル１３ｃのマトリクス領域（注目画素へ照明光を透過する領域）には電圧を印加しない。すなわち、注目画素およびその周辺画素の輝度レベルの平均値がフルスケールの１２％を超える場合は、注目画素に対応する領域の第１の表示モジュール１３による照明光量の透過率を最大にし、第２の表示モジュール１４へ入射される照明光量を最大にする。

図６(a)の３行目Ｄ列Ｒ画素に注目すると、表示装置１００は、当該画素を中心とする横３画素×縦３画素の全９画素について、これら９画素内に含まれる画像信号の全データの輝度レベルの平均値を算出する。本例では、明るく発色する（Ｒ、Ｇ、Ｂいずれかを発色する）画素が１画素、非発色の画素が８画素であるため、発色部の輝度を１とする場合の輝度平均値は(１（発色）×１＋０（非発色）×８)／９＝０．１１となる。このように、注目画素およびその周辺画素の輝度レベルの平均値がフルスケールの１２％未満に相当する場合は、注目画素（３行目Ｄ列Ｒ画素）へ透過する照明光量の透過率を上記輝度レベルの平均値に応じて徐々に低下させるように、液晶パネル１３ｃのマトリクス領域に電圧を印加する。

図６(a)の４行目Ｄ列Ｒ画素に注目すると、表示装置１００は、当該画素を中心とする横３画素×縦３画素の全９画素について、これら９画素内に含まれる画像信号の全データの輝度レベルの平均値を算出する。本例では、明るく発色する（Ｒ、Ｇ、Ｂいずれかを発色する）画素が０画素、非発色の画素が９画素であるため、発色部の輝度を１とする場合の輝度平均値は(１（発色）×０＋０（非発色）×９)／９＝０となる。このように、注目画素およびその周辺画素の輝度レベルの平均値が０に相当する場合は、注目画素（４行目Ｄ列Ｒ画素）へ透過する照明光量の透過率を最小にし、第２の表示モジュール１４へ入射される照明光量を略０にするように、液晶パネル１３ｃのマトリクス領域に電圧を印加する。

以上説明した変形例２のように構成することにより、以下のように高精細の黒浮き抑制制御を行うことができる。
（１）第２の表示モジュール１４の表示画面の中で、注目画素および注目画素と縦横に連続する画素がともに非発色にされる（上記９画素分の輝度平均値が０）場合に、第２の表示モジュール１４の注目画素を照明する照明光量を小さく絞ったので、非発色にする（所定輝度以下にする）画素領域より狭い範囲について黒浮き発生を抑えることができる。

（２）第２の表示モジュール１４の表示画面の中で、注目画素および注目画素と縦横に連続する画素で非発色にされる画素が少ない（上記９画素分の輝度平均値が０より大きく、かつ所定閾値以下）場合は、これらの画素の表示輝度平均値に応じて第２の表示モジュール１４の注目画素を照明する照明光量を段階的に絞ったので、観察者にとって観察像の明暗の境界が違和感なく自然に感じられる。

（３）表示画像の明暗の境界を形成する画素に対する照明光量を絞ることで、明るく照明される領域の光が照明光量を減少すべき領域へ漏れたとしても目立ちにくくなるから、第１の表示モジュール１３および第２の表示モジュール１４の重ね合わせ時における組立要求精度（画素位置合わせ精度）を低くすることができる。

（４）第２の表示モジュール１４の表示画面の中で、注目画素および注目画素と縦横に連続する画素で非発色にされる画素がさらに少ない（上記９画素分の輝度平均値が所定閾値を超える）場合は、第２の表示モジュール１４の注目画素を照明する照明光量を絞らないので、明るく表現する領域（所定輝度を超える領域）の明るさを損なうことがない。

以上の説明では、注目画素および注目画素の周囲の画素の輝度値の平均値に基づいて、注目画素を照明する照明光量の透過率を決定した。輝度平均値を算出する範囲は適宜変更してよい。また、上記例のように輝度の単純平均を算出する代わりに、重み付け平均を算出するようにしてもよい。

図８は、上述した表示装置１００を搭載する電子機器の例としてフォトビューワを説明する図である。フォトビューワは、画像データによる再生画像を表示装置１００に表示させる。表示画像は、メモリカード５３に記録されている所定の画像（たとえば、操作部材５４からの操作信号によってあらかじめ指定されている画像）や、ＣＰＵ５１がメモリカード５３に記録されている画像から選択した画像、あるいは、外部インターフェイス５２を介して外部の装置から供給される画像データによる画像である。

ＣＰＵ５１は、制御プログラムに基づいて、フォトビューワ内の各部から入力される信号を用いて所定の演算を行うなどして、フォトビューワの各部に対する制御信号を送出することにより、画像表示動作を制御する。なお、制御プログラムはＣＰＵ５１内の不図示の不揮発性メモリに格納されている。

操作部材５４は、使用者による操作に応じた操作信号をＣＰＵ５１へ出力する。メモリカード５３はフラッシュメモリなどの不揮発性メモリによって構成され、ＣＰＵ５１の指令によりデータの書き込み、保存および読み出しが可能である。

表示制御回路１５は、ＣＰＵ５１から出力される画像信号に応じて第２の表示モジュール１４および第１の表示モジュール１３をそれぞれ駆動する信号を生成し、生成した駆動信号で第２の表示モジュール１４および第１の表示モジュール１３をそれぞれ駆動する。

表示制御回路１５はさらに、ＣＰＵ５１から出力される点灯指示に応じてバックライト１１を指示された輝度で点灯させる。点灯したバックライト１１は、第１の表示モジュール１３を介して第２の表示モジュール１４を照明する。

以上のフォトビューワにおいて、メモリカード５３に記録されている画像データによる再生画像を表示装置１００に表示させるには、ＣＰＵ５１がメモリカード５３から画像データを読み出し、読み出した画像データを用いて表示装置１００の表示ピクセル数に応じた表示データを生成し、生成した表示データを画像信号として表示制御回路１５へ送る。また、バックライト点灯指示を表示制御回路１５へ送る。表示データは、第２の表示モジュール１４における各ピクセルの輝度レベル情報を含む。表示制御回路１５は、表示データが有する輝度レベル情報を用いて第１の表示モジュール１３による照明光量の透過率、すなわち、照明光量の減少率を決定し、照明光量の制御を行う。

以上の説明では、有効表示領域１００ａ内の所定領域ごとに透過光量を調節する調光素子としてＴＮ型の液晶パネル１３ｃ（１３ｄ）を使用したが、このようなモノクロ液晶表示素子の代わりに、ポリマーネットワーク液晶やエレクトロクロミック素子なども用いて構成してもよい。

表示装置１００は、デジタルカメラ、電子書籍ビューワ、フォトビューワ、コンピュータ用モニタ、ビデオ用モニタ、テレビジョンセットなどの表示画面を備える電子機器に使用される。

(a)本発明の第一の実施形態による表示装置の構成を説明する正面図である。(b)側面図である。 (a)一部を拡大した図である。(b)ＴＮ液晶パネルにおいてマトリクス状に分割された所定領域を示す図である。(c)液晶パネルにおいてマトリクス状に分割された所定領域を示す図である。 データ輝度と調光率との関係を説明する図である。 照明光の輝度と閾値との関係を説明する図である。 (a)変形例１を説明する拡大図である。(b)ＴＮ液晶パネルにおいてマトリクス状に分割された所定領域を示す図である。(c)液晶パネルにおいてマトリクス状に分割された所定領域を示す図である。 (a)本発明の第二の実施形態による液晶パネルにおいてマトリクス状に分割された所定領域を示す図である。(b)ＴＮ液晶パネルにおいてマトリクス状に分割された所定領域を示す図である。 変形例２によるＴＮ液晶パネルにおいてマトリクス状に分割された所定領域を示す図である。 表示装置を搭載するフォトビューワを説明する図である。

符号の説明

１１…白色ＬＥＤ
１２…導光板
１３…第１の表示モジュール
１３ａ，１３ｂ，１４ｂ…偏光板
１３ｃ（１３ｄ）…液晶パネル
１４…第２の表示モジュール
１４ａ…カラーフィルタ
１４ｂ…液晶パネル
１５…表示制御回路
１００…表示装置

Claims (7)

1. 画像信号に応じて像を形成する透過型の光像形成素子と、
   前記光像形成素子を照明する照明手段と、
   前記照明手段および前記光像形成素子間に配設され、前記照明手段からの照明光量を所定領域ごとに減少させる調光手段と、を備え、
   前記調光手段は、表示データの輝度レベルが黒浮き抑制を必要とする所定の閾値以下の場合に前記照明光量を減少させ、前記照明手段の照明輝度の高低に応じて前記閾値を増減させることを特徴とする表示装置。
2. 請求項１に記載の表示装置において、
   前記調光手段はモノクロ液晶パネルによって構成され、マトリクス状の領域ごとに前記照明手段からの照明光量を減少させることを特徴とする表示装置。
3. 請求項２に記載の表示装置において、
   前記照明手段は導光板を含み、
   前記導光板、前記液晶パネルおよび前記光像形成素子が積層されていることを特徴とする表示装置。
4. 請求項１に記載の表示装置において、
   所定輝度より低輝度で表示する領域より狭い範囲において前記照明光量を減少するように、前記調光手段を制御する制御手段を備えることを特徴とする表示装置。
5. 請求項４に記載の表示装置において、
   前記制御手段は、前記照明光量を減少する領域の境界において前記照明光量の減少率を段階的に変化させるように前記調光手段を制御することを特徴とする表示装置。
6. 請求項４または５に記載の表示装置において、
   前記制御手段は、前記画像信号によって示される輝度情報であって、前記光像形成素子上の注目画素、および当該注目画素の周囲の画素のそれぞれに対応する輝度情報に基づいて、前記照明光量を減少させる領域を決定することを特徴とする表示装置。
7. 請求項４〜６のいずれか一項に記載の表示装置において、
   前記制御手段は、前記画像信号によって示される輝度情報であって、前記光像形成素子上の注目画素、および当該注目画素の周囲の画素のそれぞれに対応する輝度情報に基づいて、前記注目画素を照明する照明光量の減少率を決定することを特徴とする表示装置。
   

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