JP5282787B2 - 表示装置及び表示制御プログラム - Google Patents
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Description
本発明は、表示装置及び表示制御プログラムに関し、特に、無電力下で表示を維持する表示部を備える表示装置及び表示部の表示を制御する表示制御プログラムに関する。
近年、各企業・大学等では、電子ペーパーの開発が盛んに進められている。電子ペーパーは、電子書籍を筆頭に、モバイル端末機器のサブディスプレイやICカードの表示部等、多用な応用方法が提案されている。電子ペーパーの表示方式の1つに、コレステリック相が形成される液晶組成物を用いるもの(コレステリック液晶)がある。このコレステリック液晶は、カイラルネマティック液晶とも呼ばれ、ネマティック液晶にキラル性の添加剤(カイラル材)を比較的多く(数十%)添加することにより、ネマティック液晶の分子が螺旋状のコレステリック相を形成する液晶である。コレステリック液晶は、半永久的に表示を保持する特性(メモリ性)、鮮やかなカラー表示特性、高コントラスト特性、及び高解像度特性等の優れた特徴を有する。
より詳細には、コレステリック液晶は双安定性(メモリ性)を備えており、液晶に印加する電界強度の調節によりプレーナ状態、フォーカルコニック状態又はプレーナ状態とフォーカルコニック状態とが混在した中間的な状態のいずれかの状態をとる。このコレステリック液晶では、一旦プレーナ状態又はフォーカルコニック状態になると、その後は無電力下でも安定してその状態を保持する。
プレーナ状態は、所定の高電圧を印加して液晶に強電界を与えた後に急激に電界をゼロにすることにより得られ、フォーカルコニック状態は、例えば、上記高電圧より低い所定電圧を印加して液晶に電界を与えた後に急激に電界をゼロにすることにより得られる。プレーナ状態とフォーカルコニック状態とが混在した中間的な状態は、例えば、フォーカルコニック状態が得られる電圧よりも低い電圧を印加して液晶に電界を与えた後、急激に電界をゼロにすることにより得られる。
コレステリック液晶を用いた液晶表示素子は、上述のように表示のメモリ性を有しているため、同一の画像を長時間メモリ表示するといった使い方に好適である。しかるに、液晶表示素子は、画像を長時間表示すると、表示中の画像を次画像に書換えたときに、前の画像がうっすらと残像として残ってしまう、いわゆる、焼付きが発生してしまうおそれがある。
この焼付きの原因としては、水分、イオン性不純物又は液晶と基板界面との相性などによる影響が要因として考えられ、焼付きを防止するためには、液晶材料の精製度や界面状態の安定性等、非常に高い安定性が要求される。このような焼付きを緩和すべく、タイマや光センサを備え、時間の経過や周辺環境の明るさを検出し、検出結果に応じて画面をスタンバイ状態(オフ表示)にして焼付きを防止する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
また、コレステリック液晶は、周辺温度が高いほど焼付度合が強いと考えられる。このため、液晶表示素子周辺の温度を取得し、単位時間当たりの温度変化が所定値以上の温度上昇を検出した場合に、画面の表示をスタンバイ状態にする、あるいは、画面の全面が真黒なフォーカルコニック状態等による焼付き防止パターンを表示することによって焼付きを抑制する方法が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
さらに、画像をメモリ表示中に一定時間毎にコレステリック液晶の配向が電圧印加方向に略平行になるような電圧をコレステリック液晶に印加し、その後、前に表示していた画像を再表示させるシーケンスを実行してリフレッシュ(再書込み)することにより、画像の焼付きを未然に防ぐ方法が提案されている(例えば、特許文献3参照)。
しかしながら、画面をスタンバイ状態にしたり、画面に焼付き防止パターンを表示したりすることにより焼付きを防ぐ方法では、これらの方法を実行する際にメモリ表示状態を一旦終了させることになる。これにより、スタンバイ状態や焼付き防止パターンの表示状態から復帰してメモリ表示していた画像を再表示するのに長い時間を要してしまう。
また、一定時間毎にメモリ表示状態を一旦中断してリフレッシュを行うことにより焼付きを防ぐ方法では、液晶表示素子はリフレッシュ動作に電力を消費してしまう。さらには、液晶表示素子の使用者が画面を見ている最中にリフレッシュ動作が実行されると、表示が中断されてしまう。
そこで、本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、メモリ表示状態を維持しつつ焼付きによる表示品質の低下を防ぐことのできる表示装置及び表示制御プログラムを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本明細書に記載の表示装置は、画像データを格納する画像データ格納部と、前記画像データと相関のないノイズパターン画像のデータと、前記画像データとを加算して、表示画像データを生成する表示画像データ生成部と、前記表示画像データ生成部で生成された表示画像データに基づいて画像を表示する、表示のメモリ性を有する液晶表示素子を用いた無電力下で表示を維持することが可能な表示部と、を備え、前記表示画像データ生成部は、前記画像データの各画素の画素値が、ハイライトとシャドウとの間の中間調の場合に、該各画素に対応する前記ノイズパターン画像の画素の階調値の振幅を大きくする。
本明細書に記載の表示プログラムは、コンピュータに、表示対象の画像データと、当該画像データと相関のないノイズパターン画像のデータとを加算して表示画像データを生成するステップと、生成された前記表示画像データに基づいて、表示のメモリ性を有する液晶表示素子を用いた無電力下で表示を維持することが可能な表示部に画像を表示するステップと、を実行させ、前記表示画像データを生成するステップでは、前記画像データの各画素の画素値が、ハイライトとシャドウとの間の中間調の場合に、該各画素に対応する前記ノイズパターン画像の画素の階調値の振幅を大きくする。
本明細書に開示の表示装置及び表示制御プログラムは、メモリ表示状態を維持しつつ焼付きによる表示品質の低下を防ぐことができるという効果がある。
以下、本発明の一実施形態について図1〜図16に基づいて詳細に説明する。
図1には、無電力下で画像をメモリ表示可能なコレステリック液晶を用いた、表示装置としての液晶表示素子10の概略構成がブロック図にて示されている。なお、図1の液晶表示素子10は、モノクロ画像を表示する液晶表示素子であるものとする。
液晶表示素子10は、回路ブロック10aと表示ブロック10bとを備える。回路ブロック10aは、電源12と、昇圧部14と、電源切替部16と、電源安定部18と、源振クロック20と、分周部22と、表示画像データ生成部としての表示制御部24と、画像データ格納部26と、を有している。一方、表示ブロック10bは、表示部30と、走査電極駆動回路(コモンドライバ)32と、データ電極駆動回路(セグメントドライバ)34と、を有している。
電源12は、直流3V〜5Vの電圧を出力する。昇圧部14は、例えばDC−DCコンバータを有し、電源12から入力される直流電圧(3V〜5V)を、表示部30の駆動に必要な直流10V〜40V前後の電圧に昇圧する。なお昇圧部14としては、表示部30の特性に対して変換効率の高いものが好ましい。電源切替部16は、昇圧部14で昇圧された電圧と入力電圧とを用いて、各画素の階調値や選択/非選択の別に応じて必要な複数レベルの電圧を生成する。電源安定部18は、ツェナーダイオードやオペアンプ等を有し、電源切替部16で生成された電圧を安定化させ、当該電圧を表示ブロック10bが有するコモンドライバ32及びセグメントドライバ34に供給する。電源12は、昇圧部14の他に表示制御部24、源振クロック20、分周部22にも所定の電力を供給する。分周部22は、走査速度の切換えのため、源振クロック20から入力されるクロックを、所定の分周比で分周して表示制御部24に出力する。
表示制御部24は、プロセッサ等を備え、液晶表示素子10全体を制御する。表示制御部24は、コモンドライバ32及びセグメントドライバ34を介して表示部30の走査速度や駆動電圧(駆動パルス)を切換えて画像を表示したり、表示領域のリセット処理を実行したりする。
具体的には、表示制御部24は、表示部30に略等間隔に配列された線状の電極43,44(図2参照)を順次走査する線順次駆動方式で表示部30を制御する。駆動パルスの電圧を印加する印加時間は、表示制御部24がコモンドライバ32の走査速度を制御して変更する。このとき、表示制御部24は、コモンドライバ32の走査タイミングに同期させて画像データに基づく所定の電圧を表示部30に出力するようにセグメントドライバ34を制御する。
表示制御部24は、生成した駆動データをデータ読込みクロック信号に同期させてコモンドライバ32及びセグメントドライバ34に出力する。表示制御部24は、コモンドライバ32に駆動データを出力することによって走査速度を変更する。また、表示制御部24は、スキャン/データモード信号、データ取込クロック、フレーム開始信号、パルス極性制御信号、データラッチ・スキャンシフト、ドライバ出力オフ等の制御信号をコモンドライバ32及びセグメントドライバ34に出力する。
図2は、表示部30の構成(断面構造)を概略的に示す。この表示部30は、図2に示すように、フィルム基板41、42と、ITO電極43,44と、液晶混合物45と、シール材46,47と、吸収層48と、を有する。
フィルム基板41,42は、いずれも透光性を有している。フィルム基板41,42の材料としては、ガラス基板を用いることができるが、これに限らず、例えば、PET(Polyethylene Terephthalate)やPC(Polycarbonate)などのフィルム基板を使用することもできる。
ITO電極43,44は、平行に配列された複数の帯状の電極から成り、ITO電極43とITO電極44とは、フィルム基板41,42に対して垂直な方向(図2の紙面上下方向)から見て互いに90°の角度で交差するように配列されている。このITO電極43,44の材料は、Indium Tin Oxide(ITO:インジウム錫酸化物)である。ただし、これに代えて、Indium Zic Oxide(IZO:インジウム亜鉛酸化物)等の透明導電膜などを用いた電極を採用することとしても良い。
なお、ITO電極43,44上には絶縁性のある薄膜が形成されている。この絶縁性薄膜が厚い場合、駆動電圧の上昇が生じてしまい、汎用STNドライバでの制御が困難となる。一方、絶縁性薄膜を設けないとリーク電流が流れてしまうため、消費電力が増大してしまう。この絶縁性薄膜は比誘電率が5前後であり、液晶よりも低いことから、絶縁性薄膜の厚みとしては概ね0.3μm以下が適している。なお、この絶縁性薄膜としては、SiO2の薄膜、あるいは配向安定化膜として公知なポリイミド樹脂やアクリル樹脂などの有機膜を用いることができる。
液晶混合物45は、室温でコレステリック相を示すコレステリック液晶組成物である。
液晶混合物45は、ネマティック液晶混合物にカイラル材を10〜40wt%添加したコレステリック液晶であるものとする。なお、カイラル材の添加量は、ネマティック液晶成分とカイラル材の合計量を100wt%としたときの値である。ネマティック液晶としては従来から知られているものを用いることができるが、誘電率異方性(Δε)が15〜35の範囲であることが好ましい。誘電率異方性が15以上であれば、駆動電圧が比較的低くなるが、35を超えると、駆動電圧自体は低いが比抵抗が小さくなり、高温時の消費電力が特に増大する。また、屈折率異方性(Δn)は、0.18〜0.24程度であることが好ましい。この範囲より小さい場合、プレーナ状態の反射率が低くなり、この範囲より大きい場合、フォーカルコニック状態での散乱反射が大きくなるほか、これに起因して粘度も高くなり、応答速度が低下することとなる。
シール材46,47は、液晶混合物45をフィルム基板41、42間に封入するためのものである。
吸収層48は、光を入射させる側(図2の紙面上側)とは反対側(図2の紙面下側)のフィルム基板42の裏面に設けられている。
なお、表示部30には、一対のフィルム基板41,42間のギャップを均一に保持するためのスペーサを設けることとしても良い。このスペーサとしては、樹脂製又は無機酸化物製の球体を用いることができる。また、スペーサとしては、表面に熱可塑性の樹脂がコーティングされた固着スペーサを用いることもできる。スペーサによって形成されるギャップは、例えば、3.5〜6μmの範囲であることが好ましい。ギャップがこの範囲よりも小さい場合には、反射率が低下して暗い表示となり、大きい場合には、駆動電圧が上昇して汎用部品による駆動が困難になるからである。
ここで、コレステリック液晶の表示原理を、図3(a)、図3(b)に基づいて説明する。図3(a)は、表示部30の液晶混合物45がプレーナ状態にある場合の液晶分子36の配向状態を示し、図3(b)は、表示部30の液晶混合物45がフォーカルコニック状態にある場合の液晶分子36の配向状態を示している。
図3(a)に示すように、プレーナ状態での液晶分子36は、厚さ方向に順次回転して螺旋構造を形成し、螺旋構造の螺旋軸は基板面にほぼ垂直になる。プレーナ状態では、液晶分子の螺旋ピッチに応じた所定波長の入射光Lが選択的に液晶層で反射される。液晶層の平均屈折率をnとし、螺旋ピッチをpとすると、反射が最大となる波長λは、次式(1)で表される。
λ=n・p …(1)
λ=n・p …(1)
従って、表示部30の液晶混合物45でプレーナ状態時に光を選択的に反射させるには、λが所定値になるように平均屈折率n及び螺旋ピッチpを決める。平均屈折率nは液晶材料及びカイラル材を選択することで調整可能であり、螺旋ピッチpは、カイラル材の含有率を調整することにより調節することができる。
一方、図3(b)に示すように、フォーカルコニック状態での液晶分子36は、基板面内方向に順次回転して螺旋構造を形成し、その螺旋軸は基板面にほぼ平行になる。この場合、表示部30は、反射波長の選択性を失い、入射光Lの殆どを透過させる。
このように、コレステリック液晶では、螺旋状に捻られた液晶分子36の配向状態で入射光Lの反射透過を制御することができる。また、この表示部30では、入射光が透過した場合、透過光は図2に示す吸収層48にて吸収されるので暗表示が実現できる。
図4(a)〜図4(c)には、コレステリック液晶の電圧応答特性が示されている。なお、コレステリック液晶は、ドットマトリクスで駆動する場合、一般の液晶と同様に、液晶材料の劣化を抑制するために駆動波形は交流とする。
図4(a)に示すように、初期状態がプレーナ状態の場合、パルス電圧をある範囲に上げるとフォーカルコニック状態への駆動帯域となり、更にパルス電圧を上げると再度プレーナ状態への駆動帯域となる。また、初期状態がフォーカルコニック状態の場合、パルス電圧を上げるにつれて次第にプレーナ状態への駆動帯域へとなる。この場合、初期状態がプレーナ状態、フォーカルコニック状態のいずれの場合にも、プレーナ状態になる電圧は、±36Vである。従って、これらの中間的な電圧では、プレーナ状態とフォーカルコニック状態が混在した中間調が得られる。
一方、図4(a)よりも電圧が低い、又は周期が小さいパルスを印加した場合、この応答性はシフトする。例えば、印加電圧が±20V又は±10V、周期が2ms又は1msのパルスであり、初期状態がプレーナ状態であるとすると、周期2ms(図4(b))の場合も、周期1ms(図4(c))の場合も、電圧が±10Vでは応答性を示さず、プレーナ状態を維持する。一方、電圧が±20Vの場合、周期が2msの場合も1msの場合も、応答性を示し、反射率が少し低下した中間調となる。この反射率の低下分は、図4(b)と図4(c)を比較すると分かるように、周期が1msの場合よりも周期が2msの場合の方が大きくなるので、周期2msの場合の方が低い階調となる。
ここで、本実施形態では、表示部30に対する表示を行う際には、図5に示すように、書換える画素を一括してプレーナ状態にリセット(白リセット)した後、フォーカルコニック状態の混在率を増やしながら、所望の描画を行うこととしている。このリセット時には、図6に示すような電圧設定を行う。この図6に示すような電圧設定を行うことで、選択されたラインには±36Vが印加され、プレーナ状態へと初期化されるようになる。また、階調書込み時には、図7に示すような電圧設定を行う。この場合、例えば、±20Vで所望の階調を書込みたい場合は、スキャン側:選択・データ側:ONとなった画素には±20V、スキャン側:選択・データ側:OFFとなった画素には±10V、スキャン側:非選択となった画素には±5Vが印加される。ここで、±10V、±5Vの画素は新たに階調は形成されないようになっている。
次に、本実施形態における、表示部30への画像の表示方法について、図8〜図13に基づいて説明する。なお、以下においては、表示部30を構成する各画素の画素値は、例えば8ビット(0〜255)の演算上のデジタル値であり、階調は色の段階数(8ビットであれば256階調であり、0が黒、255が白、その間はグレイスケール)として定義するものとする。
本実施形態では、図8(a)に示すように、文字「F」を表示部30上に長時間表示した後に、画像を切り替えた場合、図8(b)に示すように、文字「F」が焼付きとして残るのを目立たなくする表示方法を実行する。
具体的には、図1の表示制御部24が、図9(a)に示すようなノイズパターン画像を、図9(b)に示す表示すべき画像(画像データ格納部26に格納されている画像)に合成して(ノイズパターン画像のデータを、表示すべき画像のデータに加算して)、これにより生成される合成画像を表示部30に表示する。
ここで、ノイズパターン画像は、表示すべき画像と相関のない周期的なノイズパターン(市松パターン)であるものとし、ノイズパターンは高周波(0.5cycle/pixel)であるものとする。また、図9(a)では、図示の便宜上、白黒パターンとしているが、実際は最大で1階調未満〜数階調分の微弱な振幅(ノイズの階調数)であるものとする。例えば、図9(a)に示すノイズパターンのうち「黒」で示す箇所は振幅0(階調分)であり、「白」で示す箇所は、振幅1(階調分)であるものとする。なお、振幅は、上記0、1以外でも良く、−1、0や−1、1など、を用いることも可能である。また、2値(バイナリ)でなくても良く、3値や4値の組合せから成るノイズパターンを用いても良い。
なお、ノイズパターンを合成しても、当該ノイズパターンは微弱であるので、視認性に影響を与えるほどの画像の乱れ(ガンマ特性の乱れ)は生じない。
ここで、焼付きの見えやすさ、見えにくさは、表示させる画像の階調に依存する。より具体的には、図10のような白黒パターンを、表示部30に、意図的に数日程度表示させたままにしておき、数日後、白、グレイ、黒のべたパターンを表示部30に表示すると白黒パターンが焼付いて見えるが、焼付きの見え方(焼付き量)は、べたパターンの階調に応じて異なる。この焼付きの見え方(焼付き量)を、明るい部分と暗い部分の差分で表すと、図11に示すような、結果を得ることができる。なお、図11では、焼付き量を、明るい部分と暗い部分の差分を全階調数(256)で除して100を乗じた百分率(%)にて示している。
図11のグラフによると、表示する画像の画素値が中間調(グレイ)であるほど焼付き量は大きく、白(ハイライト)あるいは黒(シャドウ)であるほど、焼付き量は小さくなる傾向がある。したがって、本実施形態では、画像の各画素において、中間調であるほど、ノイズパターンの階調値の振幅を大きくし、ハイライトあるいはシャドウであるほどノイズパターンの階調値の振幅を小さくすることが好ましい。
図12は、表示画像の画素値(8ビット(256階調))と、画素値に対応するノイズ強度の関係を示す。この図12のグラフに示すように、図11に示した焼付き量に基づき、中間調で、ノイズパターンの階調値の振幅をピークとし、画素値が白(255)あるいは黒(0)に近づくにつれて、ノイズパターンの階調値の振幅を小さくする。
ここで、図12の関係を利用した、ノイズパターンと表示する画像との合成方法について説明する。
表示する画像データをImg_org[x,y]、ノイズパターン画像のデータをNoise_pattern[x,y](バイナリ)とすると、ノイズパターンの階調値の振幅(Noise_amp[x,y])は、次式(2)より求めることができる。
Noise_amp[x,y]=abs[abs(Img_org[x,y]−128)−128]×Const …(2)
Noise_amp[x,y]=abs[abs(Img_org[x,y]−128)−128]×Const …(2)
ここで、absは絶対値、Constは定数を意味する。この式(2)によれば、Img_org[x,y]が128に近ければ近いほど、Noise_amp[x,y]の値が大きくなるようになっており、また、ノイズの階調値の大きさが定数Constによって定まるようになっている。
また、最終的に用いるノイズパターン画像(階調値の振幅が最終決定されたノイズパターン画像)のデータ(Noise_final[x,y])は、次式(3)にて求めることができる。
Noise_final[x,y]=Noise_amp[x,y]×Noise_pattern[x,y] …(3)
Noise_final[x,y]=Noise_amp[x,y]×Noise_pattern[x,y] …(3)
更に、ノイズパターン画像のデータを表示する画像データに加算した(合成した)合成画像のデータ(Img_final[x,y])は、次式(4)にて表すことができる。
Img_final[x,y]=Img_org[x,y]+Noise_final[x,y] …(4)
Img_final[x,y]=Img_org[x,y]+Noise_final[x,y] …(4)
ここで、ノイズパターン(Noise_pattern[x,y])はメモリ上に展開する必要はなく、周期的パターンであればその数式を、ランダムパターンであればその乱数を発生させる関数を用いることが可能である。
また、ノイズパターン自体が表示部30に焼付くことを防止するため、画面を書換える都度又は画面を所定回数書き換えるたびに、ノイズパターンの位相をずらすこととしても良い。
図13には、表示する画像とノイズパターン画像を合成して合成画像を生成し、当該合成画像を表示する処理に関するフローチャートが示されている。このフローチャートは、表示制御部24が実行するものである。
まず、表示制御部24は、ステップS10において、垂直画素数を示す変数xを1に設定するとともに、水平画素数を示す変数yを1に設定する。
次いで、表示制御部24は、ステップS12において、画面更新回数を示す変数nを1に設定する。
次いで、表示制御部24は、ステップS14において、画像表示用のコマンドが外部から入力されるまで待機する。そして画像表示用のコマンドが入力されると、次のステップS16において、画像データ格納部26から、コマンドに対応した画像を取得する。
次いで、表示制御部24は、ステップS18において、表示する画像のデータImg_org[x,y](ここでは、Img_org[1,1])を取得する。
次いで、表示制御部24は、ステップS20において、上式(2)に基づいて、Img_org[x,y](ここでは、Img_org[1,1])からノイズパターンの階調値の振幅Noise_amp[x,y](ここでは、Noise_amp[1,1])を決定する。
次いで、表示制御部24は、ステップS22において、上式(3)に基づいて、ノイズパターンの階調値の振幅Noise_amp[x,y](ここでは、Noise_amp[1,1])と、ノイズパターン画像のデータNoise_pattern[x,y](ここでは、Noise_pattern[1,1])とから、最終的なノイズパターンのデータNoise_final[x,y](ここでは、Noise_final[1,1])を生成する。
次いで、表示制御部24は、ステップS24において、nが、予め定められているnの最大値Nであるか否かを判断する。ここではn=1であるので、判断は否定され、ステップS28に移行する。なお、n=Nであった場合には、ステップS24の判断は肯定されるので、ステップS26において、表示制御部24が、ノイズパターンの位相をずらした後、ステップS28に移行する。
次いで、表示制御部24は、ステップS28において、上式(4)に基づいて、表示する画像データImg_org[x,y](ここでは、Img_org[1,1])と、Noise_final[x,y](ここでは、Noise_final[1,1])とから、最終的な表示画像(合成画像)のデータImg_final[x,y](ここでは、Img_final[1,1])を生成する。
次いで、表示制御部24は、ステップS30において、xが、予め定められているxの最大値Xであるか否かを判断する。ここで、最大値Xは、表示部30の垂直方向に並ぶ全画素数を意味している。ここでの判断が否定された場合には、ステップS32に移行し、表示制御部24は、xを1インクリメントして、ステップS18に戻る。その後は、ステップS18〜ステップS28を実行して、Img_org[2,1]からImg_final[2,1]を生成する。そして、ステップS30において再度判断が否定されると、ステップS32において、再度xを1インクリメントして、ステップS18に戻る。その後は、Img_final[3,1]〜Img_final[X,1]を取得するまで、上記処理が繰り返され、ステップS32の判断が肯定された段階で、ステップS34に移行する。表示制御部24は、ステップS34において、xを1に戻し、次のステップS36では、yが、予め定められているyの最大値Yであるか否かを判断する。ここで、最大値Yは、表示部30の水平方向に並ぶ全画素数を意味している。ここでの判断が否定された場合には、ステップS38に移行し、表示制御部24は、yを1インクリメントして、ステップS18に戻る。その後は、ステップS18〜ステップS32を繰り返すことにより、Img_final[1,2]〜Img_final[X,2]を取得する。
その後、上記処理を繰り返し、表示制御部24が、Img_final[X,Y]まで取得すると、ステップS36の判断が肯定され、ステップS40に移行する。次のステップS40では、表示制御部24がyを1に戻す。そして、表示制御部24は、次のステップS42において、これまでに取得したImg_final[1,1]〜Img_final[X,Y]を用いて、階調変換処理を行うとともに、ステップS44において、表示部30に対する描画を実行する。
その後、ステップS46では、nがNであるか否かを判断する。ここでの判断が否定されると、ステップS48において、nが1インクリメントされた後に、ステップS14に戻る。一方、nがNであった場合には、ステップS48の判断が肯定され、ステップS12に戻る。
以上のような処理を、表示制御部24が行うことにより、表示対象の画像に、当該画像に応じて階調値の振幅が変更されたノイズパターン画像を合成した画像(合成画像)を生成し、その生成された画像を表示部30に表示することができる。
なお、上記においては、Noise_amp[x,y]を、式(2)を用いて算出する場合について説明したが、これに限られるものではない。例えば、表示制御部24が、Img_org[x,y]の値とこれに対応するNoise_amp[x,y]の値を関連付けるテーブルを予めもっておき、これを用いてNoise_amp[x,y]を決定することとしても良い。このようにすることで、画像表示処理の速度を向上することが可能である。
ここで、上記のような表示を実行することによる効果について検証した結果について説明する。
本実施形態では、効果を定量的に検証するために、人による主観評価を行った。この主観評価の評価項目を、(i)焼付き改善と、(ii)粒状性度合の2項目とし、各項目について、5段階評価を行うこととした。この場合の評価基準が、図14(a)、図14(b)に示されている。図14(a)は、焼付き改善に関する評価基準であり、数字が大きいほど焼付きが改善されていることを意味する。また図14(b)は、粒状性度合に関する評価基準であり、数字が大きいほど、粒状性が高い(画像のザラツキが小さい)ことを意味する。
評価画像は、「中間調のべた画像1」、「中間調のべた画像2」、「人物画像1(べた部分が多い画像)」、「人物画像2(べた部分が少ない画像)」、「アニメ画像(べた部分が少ない画像)」の5種類とした。また、評価においては、表示部30の表示領域を2等分し、両方の領域に、同一画像(例えば図8(a)に示すアルファベット「F」の画像)を長時間表示した後、一方の領域には評価画像を表示し、他方の領域には評価画像とノイズパターンを合成した画像を表示して、見比べるようにした。
また、画像データに加算するノイズパターンは市松模様の固定パターンであるものとし、強度(ピーク値)は、0.5/16階調(=2/64階調、8/256階調)、1/16階調(=4/64階調、16/256階調)、1.5/16階調(=6/64階調、24/256階調)の3種類とした。
なお、表示色数の変換手順は、元画像(256階調)+ノイズパターン(256階調)→階調変換→描画画像(16階調)→駆動回路向けデータ(バイナリ)とした。この場合、256階調から16階調への変換アルゴリズムとしては、組織的ディザや誤差拡散法を用いても良いが、今回の評価では、ノイズ付加の効果のみを抽出するために、単純で計算量が少ない間引き処理とした。
図15、図16には、この主観評価の結果が示されている。なお、「人物画像2(べた部分が少ない画像)」、「アニメ画像(べた部分が少ない画像)」においては、絵柄自体に階調の変化が大きく、焼付きがあまり目立たなかったため、主観評価の結果からは除外することとした。
図15は、ノイズパターンが高周波(最大)の場合(0.5cycle/pixel)を示し、図16は、ノイズパターンがやや低周波の場合(0.25cycle/pixel)を示している。
図15では、0.5/16階調ほどの微弱なノイズパターンを付加した場合でも、焼付きの改善効果を確認することができた。また、焼付き改善のトレードオフ要素である粒状性は、ノイズパターンを付加しない場合より若干評価は下がるものの、評価点が4(わかるが気にならない)以上であるため、実用上問題ないことが確認できた。
更に、ノイズ強度を1/16階調、1.5/16階調と強くすると、焼付き改善の評価点は更に向上したことが確認できた。この場合、粒状性の評価点は若干低下するが、0.5/16階調のときと大きな相違はないことが確認できた。
一方、図16では、焼付き改善の評価点は図15の場合とほとんど変わらない一方で、粒状性の評価点は大きく低下したことが確認できた。このことは、ノイズパターンを低周波とすると、画像のザラツキが比較的目に付きやすくなったことを意味している。従って、これらの結果から、ノイズパターンは高周波であることが望ましいことが確認できた。
なお、上記階調の変換アルゴリズムにおいて組織的ディザや誤差拡散を用いると、その出力パターンによるノイズ成分が生じるが、この場合でも、本実施形態のようにノイズパターンを合成することは有効である。例えば、4096色や26万色の表示となると、組織的ディザや誤差拡散によるノイズ成分はかなり小さくなるため、そのノイズ成分に焼付きを視覚的に見えにくくする効果は発現しないからである。
以上、詳細に説明したように、本実施形態によると、表示制御部24が、画像データ格納部26に格納された画像と、この画像データと相関のないノイズパターンとを合成して、表示する画像(合成画像)を生成し、無電力下で表示を維持可能な表示部30が当該合成画像を表示するので、前の画像を長時間表示した場合でも、ノイズパターンの視覚効果によって、焼付き画像を目立たなく(視認しにくく)することができる。これにより、メモリ表示状態を維持しつつ焼付きによる表示品質の低下を防ぐことができる。
また、本実施形態によると、表示制御部24が、ノイズパターンの階調値の振幅を、表示する画像の画素値に基づいて変更するので、焼付きが見えやすい画素値の部分ほどノイズパターンの階調値の振幅を大きくするなどすることで、ノイズパターンの視覚効果を高めて、焼付き画像をより目立たなく(視認しにくく)することが可能である。
また、本実施形態によると、表示制御部24は、表示画像の生成回数に応じて、ノイズパターンの位相を変更することとしているので、ノイズパターン自体が表示部30に焼付くのを抑制することができる。
なお、上記実施形態においては、液晶表示素子10が、モノクロ画像を表示する液晶表示素子である場合について説明したが、これに限らず、液晶表示素子10が、カラー表示が可能な液晶表示素子であっても良い。この場合、図17に示すように、液晶表示素子の表示部30’は、青(B)表示部130B、緑(G)表示部130G、赤(R)表示部130Rとが積層されて構成される。なお、表示部30’では、RGB各画素に与える画像データは異なることから、セグメントドライバ34はRGBそれぞれ独立させる必要がある。
この場合、図18(a)に示すように、表示制御部24が、各表示部130B,130G,130Rに対応した、Blue用ノイズパターン131B、Green用ノイズパターン131G、Red用ノイズパターン131Rを用意しておき、これらを合成した画像を、各表示部に表示することができる。この場合、視感度の高い色ほどノイズ強度を強くすることが好ましく、図17の表示部30’であれば、ノイズ強度を「パターン131G≧パターン131R≧パターン131B」とすると効果が大きくなる。
また、これに代えて、図18(b)に示すように、表示制御部24が、各表示部130B,130G,130Rに共通のノイズパターン131を用意しておき、このノイズパターンを合成した画像を各表示部に表示することとしても良い。さらには、図18(c)に示すように、表示制御部24が、最も視感度が高いGreenのノイズパターン131Gのみを用意しておき、G表示部130Gに対してのみ、ノイズパターン131Gを合成するようにしても良い。この場合、図18(c)→図18(b)→図18(a)の順に、焼付き低減の効果が大きくなるが、図18(c)→図18(b)→図18(a)の順に必要な処理能力も大きくなる。
なお、上記実施形態では、ノイズパターンとして、周期的なパターンを用いる場合について説明したが、これに限られるものではない。例えば、ランダムノイズパターンを用いることも可能である。このようなランダムノイズパターンを用いても、周期的なパターンと同様の効果が得られるが、粒状性の観点からは、周期的なパターンを用いたほうが有効である。
また、視覚特性の観点からは、周期的なパターンであれば市松パターン、ランダムパターンであれば、図19に示すような、空間周波数の高周波側に重きを持たせたブルーノイズが、粒状感による不快感を感じにくいことが確認されている。
なお、上記実施形態では、図11のように、画像の階調値が中間調であるほど、焼付きが大きくなる場合を例にとって説明したが、これに限らず、画像の階調値が中間調よりもハイライト(白)やシャドウ(黒)に近い階調のほうが焼付きが大きくなるパネル構造の液晶表示素子を用いる場合には、ハイライトやシャドウに付加するノイズパターンの階調値の振幅を高くするように制御すれば良い。
なお、上記実施形態では、表示する画像の画素値に応じて、ノイズパターンの階調値の振幅を変更する場合について説明したが、これに限らず、振幅は固定値であっても良い。また、上記実施形態では、画像の更新回数に応じて、ノイズパターンの位相を変化させる場合について説明したが、これに限らず、位相を変化させないこととしても良い。
なお、上記実施形態では、本発明をコレステリック液晶に適用した場合について説明したが、これに限らず、無電力下で表示を維持することが可能な表示装置、例えば、電気泳動方式や電子粉流体など、種々の表示装置に適用することが可能である。
なお、上記実施形態では、ノイズパターンと画像とを合成する機能を有する表示制御部24を含む表示装置としての液晶表示素子10により本発明が実現された場合について説明したが、これに限らず、本発明は、計算機システムにインストールされて、計算機システムに図13の処理を実行させる表示制御プログラムによっても実現可能である。
上述した各実施形態は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
Claims (5)
- 画像データを格納する画像データ格納部と、
前記画像データと相関のないノイズパターン画像のデータと、前記画像データとを加算して、表示画像データを生成する表示画像データ生成部と、
前記表示画像データ生成部で生成された表示画像データに基づいて画像を表示する、表示のメモリ性を有する液晶表示素子を用いた無電力下で表示を維持することが可能な表示部と、を備え、
前記表示画像データ生成部は、前記画像データの各画素の画素値が、ハイライトとシャドウとの間の中間調の場合に、該各画素に対応する前記ノイズパターン画像の画素の階調値の振幅を大きくすることを特徴とする表示装置。 - 前記表示部は、カラー表示可能であり、前記ノイズパターン画像の階調値の振幅は、視感度の高い色ほど相対的に大きくすることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
- 前記表示部は、コレステリック相を形成する液晶を用いていることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
- 前記表示画像データ生成部は、前記表示画像データの生成回数に応じて、前記ノイズパターン画像の位相を変更することを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
- コンピュータに、
表示対象の画像データと、当該画像データと相関のないノイズパターン画像のデータとを加算して表示画像データを生成するステップと、
生成された前記表示画像データに基づいて、表示のメモリ性を有する液晶表示素子を用いた無電力下で表示を維持することが可能な表示部に画像を表示するステップと、を実行させ、
前記表示画像データを生成するステップでは、前記画像データの各画素の画素値が、ハイライトとシャドウとの間の中間調の場合に、該各画素に対応する前記ノイズパターン画像の画素の階調値の振幅を大きくすることを特徴とする表示制御プログラム。
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