JP5282787B2 - 表示装置及び表示制御プログラム - Google Patents

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）。

特開２００４−４２００号公報 特開２００４−２１９７１５号公報 特開２００２−１３９７４６号公報

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。

液晶表示素子の概略構成を示すブロック図である。 図１の表示部の構成(断面構造)を概略的に示す図である。 コレステリック液晶の表示原理を示す図である。 コレステリック液晶の電圧応答特性を示す図である。 表示部に対する表示手順を示す図である。 リセット時の電圧設定について示す図である。 階調書込み時の電圧設定を示す図である。 焼付きが生じた場合の表示部の表示状態を示す図である。 図９（ａ）は、ノイズパターン画像を模式的に示す図であり、図９（ｂ）は画像データを模式的に示す図である。 階調の異なる表示画像に応じた、焼付きの見えやすさ、見えにくさについて示す図である。 表示画像の平均反射率に対する焼付き量の関係を示す図である。 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図である。 表示画像とノイズパターンを合成して表示する処理に関するフローチャートである。 焼付き改善と粒状性度合の２項目に関する評価基準を示す図である。 主観評価の結果を示す図（その１）である。 主観評価の結果を示す図（その２）である。 カラー表示が可能な液晶表示素子を示す図である。 図１７の液晶表示素子におけるノイズパターンの合成方法について示す図である。 ブルーノイズの一例を示す図である。

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）

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）

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）

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）

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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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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