JP6616628B2 - 画像表示装置および画像表示方法 - Google Patents

Description

本発明は、コントラスト比の改善とともに、色バランスの補正を行う画像表示装置および画像表示方法に関する。

従来のＬＣＤ１枚パネルによる画像表示装置においては、入力された画像に対し、パネルドライバーで折れ線ガンマによる補正を行うことで、目視における階調のリニアリティ特性を実現している。

しかしながら、実際には、液晶パネルをバックライトの照明が透過することで輝度表現を行っているため、特に、黒領域の階調特性が悪く、理想の輝度に比べて明るい方向に輝度が観測される、いわゆる黒浮きという現象が生じる。

この現象は、ＬＣＤパネルにおいて暗い領域を表示する際に、ＬＣＤパネルの遮光が完全でなく、バックライトの照明光が漏れるために発生するものである。従来のＣＲＴでは１００００：１程度、有機ＥＬパネルでは１００００００：１程度のコントラスト比が実現されている。しかしながら、本現象により、従来のＬＣＤ１枚パネルによる画像表示装置においては、コントラスト比が、１５００：１程度しか実現できていない。

そこで、このような１枚ＬＣＤ画像表示装置のコントラスト比改善のために、２枚のＬＣＤを使用した画像表示装置が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。いずれの画像表示装置も、ＬＣＤを２枚用いる構成とし、後ろ側のＬＣＤでバックライトの透過量を調整し、前側のＬＣＤでＲＧＢ表示を行わせることで、コントラスト比の改善を図っている。

特開平５−８８１９７号公報 国際公開第２００７／１０８１８３号

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
上述したように、ＬＣＤ１枚パネルによる画像表示装置では、コントラスト比が、１５００：１程度しか実現できない問題がある。さらに、１枚のＬＣＤでは、暗い画像での色再現性の低下や、黒の品位低下により、画像の忠実再現が実現できていないことが大きな問題としてある。

一方、特許文献１、２のような２枚のＬＣＤパネルを用いた画像表示装置は、コントラスト向上と黒浮きの防止効果はある。しかしながら、色再現性の改善については、何ら言及されていない。

図１６は、２枚のＬＣＤパネルを用いた従来の画像表示装置における問題点を説明するための図である。図１６では、後ろ側のバックライト側のＬＣＤパネルを、ＬＶパネル（Ｌｉｇｈｔ Ｖａｌｖｅ Ｐａｎｅｌ）と称し、画像を観る人間に近い側である前側のＬＣＤパネルを、ＲＧＢパネルと称している。

図１６に示すように、ＲＧＢパネルは、Ｒ、Ｇ、Ｂのサブピクセルで構成されている。その一方で、ＬＶパネルは、Ｒ、Ｇ、Ｂのサブピクセルをまとめて１画素としている。つまり、ＲＧＢパネルのサブピクセルをまとめた１画素に対して、ＬＶパネルの１画素が共通であり、１：１の対応になっている。

従って、ＬＶパネルの１画素を透過し、その後、ＲＧＢパネルのそれぞれのサブピクセルを透過して合成された画像は、ＲＧＢまとめて輝度の調整が行われることとなる。このため、以下のような第１の問題点、および第２の問題点が生じる。

第１の問題点：暗部で光漏れによる色の白色化が発生する。
例えば、ＲＧＢいずれか１つを光らせる純色の場合に、Ｒだけを光らせＧＢは光らせないとき、ＧＢの光もれで、Ｒが白色化（白っぽくなること）する問題がある。

第２の問題点：色バランスがくずれる。
例えば、ＲＧＢ全部を光らせる混色の場合に、本来のＲＧＢのそれぞれの値に見合ったＬＶ値でなく、全てのサブピクセルに共通のＬＶ値となっている。このため、ＬＶパネルとＲＧＢパネルのそれぞれの透過率の掛け算としての透過後のＲＧＢの輝度値が、元のＲＧＢに対して異なることで、色バランスがくずれて変色して見える問題がある。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、２枚のＬＣＤパネルを用い、コントラスト比を改善するとともに、色バランスを補正することで、特に暗部の色再現性を改善することのできる画像表示装置および画像表示方法を得ることを目的とする。

本発明に係る画像表示装置は、前面側ＬＣＤパネルと後面側ＬＣＤとを２枚重ねることで構成され、バックライト光が後面側ＬＣＤ、前面側ＬＣＤの順で透過することにより画像表示を行う画像表示装置であって、入力されたＲＧＢ画像信号に対してビット拡張処理を施し、ビット拡張後のＲＧＢ画像信号を生成するビット拡張回路と、バックライト光の透過量を調整するために、ビット拡張後のＲＧＢ画像信号に対して第２信号処理を施すことで第２信号処理後のグレー画像信号を生成し、第２信号処理後のグレー画像信号を後面側ＬＣＤパネルに供給する第２コントローラと、ビット拡張後のＲＧＢ画像信号に対して第１信号処理を施すことで第１信号処理後のＲＧＢ画像信号を生成し、第２コントローラから受信した第２信号処理後のグレー画像信号を用いて、第１信号処理後のＲＧＢ画像信号に対して色バランス補正処理を施すことで色バランス補正後のＲＧＢ画像信号を生成し、前面側ＬＣＤパネルに対して色バランス補正後のＲＧＢ画像信号を供給する第１コントローラとを備えるものである。

また、本発明に係る画像表示方法は、前面側ＬＣＤパネルと後面側ＬＣＤとを２枚重ねることで構成され、バックライト光が後面側ＬＣＤ、前面側ＬＣＤの順で透過することにより画像表示を行う画像表示装置によって実行される画像表示方法であって、入力されたＲＧＢ画像信号に対してビット拡張処理を施し、ビット拡張後のＲＧＢ画像信号を生成する第１ステップと、ビット拡張後のＲＧＢ画像信号に対して第１信号処理を施すことで第１信号処理後のＲＧＢ画像信号を生成する第２ステップと、バックライト光の透過量を調整するために、ビット拡張後のＲＧＢ画像信号に対して第２信号処理を施すことで第２信号処理後のグレー画像信号を生成する第３ステップと、第３ステップにより生成された第２信号処理後のグレー画像信号を用いて、第２ステップにより生成された第１信号処理後のＲＧＢ画像信号に対して色バランス補正処理を施すことで色バランス補正後のＲＧＢ画像信号を生成する第４ステップと、前面側ＬＣＤパネルに対して第４ステップで生成された色バランス補正後のＲＧＢ画像信号を供給する第５ステップと、後面側ＬＣＤパネルに対して第３ステップで生成された第２信号処理後のグレー画像信号を供給する第６ステップとを有するものである。

本発明によれば、ＲＧＢ画像に対しても階調変換を施すとともに、ＬＶ画像の階調変換結果を考慮して色バランスを補正したＲＧＢ画像を生成できる構成を備えている。この結果、２枚のＬＣＤパネルを用い、コントラスト比を改善するとともに、色バランスを補正することで、特に暗部の色再現性を改善することのできる画像表示装置および画像表示方法を得ることができる。

本発明の実施の形態１における画像表示装置の信号処理ブロック図である。 本発明の実施の形態１における画像表示装置に含まれるビット拡張回路、ＲＧＢコントローラ、およびＬＶコントローラによる、より詳細な信号処理ブロック図である。 本発明の実施の形態１におけるビット拡張回路によるビット拡張処理の説明図である。 本発明の実施の形態１におけるＲＧＢコントローラ内のＬＵＴによる階調変換特性を示した図である。 本発明の実施の形態１におけるＬＶコントローラ内のＬＵＴによる階調変換特性を示した図である。 本発明の実施の形態１におけるエッジホールド回路の詳細構成図である。 本発明の実施の形態１におけるエッジホールド回路による局所的エッジホールド処理に関するフローチャートである。 本発明の実施の形態１におけるエッジホールド回路による局所的エッジホールド処理の動作結果を波形で示した図である。 発明の実施の形態１における色バランスコントローラの詳細構成図である。 本発明の実施の形態１におけるＬＵＴおよび色バランスコントローラの働きによる暗部の色再現性向上の説明図である。 本発明の実施の形態１における色バランスコントローラの働きによる暗部における色バランスの調整に関する説明図である。 ２枚ＬＣＤパネルを用いた従来の処理画像例を示した図であり、ＬＶ画像のみを加工した場合の処理結果を示した図である。 ２枚ＬＣＤパネルを用いた本発明の実施の形態１における処理画像例を示した図であり、ＲＧＢ画像の加工とＬＶ画像の加工の両方を行った場合の処理結果を示した図である。 本発明の実施の形態１における画像表示装置による輝度特性と、従来の１枚ＬＣＤでの輝度特性との比較結果を示した図である。 本発明の実施の形態１における２枚のＬＣＤパネルによるディスプレイ・モジュールの概略断面図である。 ２枚のＬＣＤパネルを用いた従来の画像表示装置における問題点を説明するための図である。

以下、本発明の画像表示装置および画像表示方法の好適な実施の形態につき、図面を用いて説明する。

本発明は、２枚のＬＣＤパネルを前後に貼り合わせ、その後ろ側からバックライトの照明を行うことで、後ろ側と前側のパネルの光透過率の掛け算の効果により、コントラスト比を改善する画像表示装置および画像処理方法において、後ろ側のパネルであるＬＶパネルにおける表示データに応じて、前側のパネルであるＲＧＢパネルにおける表示データを補正する構成を備えることで、コントラスト比を改善するとともに、色バランスを補正し、特に暗部の色再現性を改善することを技術的特徴とするものである。

実施の形態１．
［全体構成］
まず始めに、全体構成から説明する。
図１は、本発明の実施の形態１における画像表示装置の信号処理ブロック図である。図１に示した本実施の形態１における画像表示装置１０は、画像表示装置本体２０とＬＣＤモジュール３０を備えて構成されている。

ここで、画像表示装置本体２０は、画像処理エンジン２１を含んで構成されている。一方、ＬＣＤモジュール３０は、Ｉ／Ｆ（インタフェース）３１、ビット拡張回路３２、ＲＧＢコントローラ３３、ＬＶ（ライトバルブ）コントローラ３４、ＲＧＢパネル３５、およびＬＶパネル３６を備えて構成されている。

画像表示装置本体２０内の画像処理エンジン２１は、ＲＧＢ画像を生成し、ＬＣＤモジュール３０に送信する。一方、ＬＣＤモジュール３０内のＩ／Ｆ３１は、画像処理エンジン２１が生成したＲＧＢ画像を受信し、ビット拡張回路３２に送信する。

図２は、本発明の実施の形態１における画像表示装置に含まれるビット拡張回路３２、ＲＧＢコントローラ３３、およびＬＶコントローラ３４による、より詳細な信号処理ブロック図である。

ビット拡張回路３２は、入力されたＲＧＢ各１０ビットの画像に対し、１２ビットへのビット拡張処理を行う。このビット拡張処理は、後段の処理でビット精度を落とさないようにするため、あらかじめビット長を精度よく拡張するものである。ビット拡張回路３２は、ビット拡張後のＲＧＢ画像を、ＲＧＢコントローラ３３およびＬＶコントローラ３４のそれぞれに送信する。

本実施の形態１におけるビット拡張回路３２では、１０ビットの画像信号を、例えば１２ビットに拡張することを想定する。本来、アナログである画像信号を１０ビットに量子化する場合には、ビット解像度以下の変化については、丸められて捨てられている。しかしながら、画像は、隣接画素間の相関が高いため、次の手法を導入することで、ある程度の復元をすることができる。

図３は、本発明の実施の形態１におけるビット拡張回路３２によるビット拡張処理の説明図である。ビット拡張回路３２は、図３に示すように、注目画素Ｘ５の周辺で隣接する８画素（Ｘ１〜Ｘ４、Ｘ６〜Ｘ９）に対し、注目画素Ｘ５が隣接するそれぞれの画素に比べて小さいときは＋１、注目画素Ｘ５が隣接するそれぞれの画素に比べて大きいときは−１の演算を行う。

さらに、ビット拡張回路３２は、その合計値を８で割った値を小数点以下の重みとして、注目画素Ｘ５に加算し、４倍して丸め処理をすることで、１０ビットから１２ビットへの拡張を行う。

一般に、画像の隣接する画素は、輝度値が似ているという性質があり、例えば、注目画素Ｘ５に対して周辺が全て大きい場合には、凹の波形になっており、真の注目画素Ｘ５のアナログ値が、１０ビットに丸められたデータよりも大きいであろうことが推定される。

一方、逆に、注目画素Ｘ５に対して周辺が全て小さい場合には、凸の波形になっており、真の注目画素Ｘ５のアナログ値が、１０ビットに丸められたデータよりも小さいであろうことが推定される。そこで、ビット拡張回路３２は、このような根拠に基づいて、上述した図３のようなビット拡張処理を行うこととなる。

なお、ビット拡張の手法については、ここで説明した方法以外の手法を導入してもかまわない。

次に、ビット拡張回路３２の後段の処理について説明する。ＲＧＢコントローラ３３は、図２に示すように、遅延回路３３１、６つのＬＵＴ（Ｌｏｏｋ Ｕｐ Ｔａｂｌｅ）を有する階調変換回路３３２、および色バランスコントローラ３３３を備えて構成されている。

一方、ＬＶコントローラ３４は、グレーコンバータ３４１、１つのＬＵＴを有する階調変換回路３４２、エッジホールド回路３４３を備えて構成されている。

ＲＧＢコントローラ３３内の遅延回路３３１は、ビット拡張回路３２からビット拡張後のＲＧＢ画像を受信し、受信したビット拡張後のＲＧＢ画像に対して、適当な遅延をかける。この「適切な遅延」とは、ＬＶコントローラ３４内でのグレーコンバータ３４１およびエッジホールド回路３４３による処理の遅延分を補償するためのものである。

次に、ＲＧＢコントローラ３３内の階調変換回路３３２は、遅延後のそれぞれの色ごとに、ＬＵＴを用いて階調変換を行う。なお、階調変換回路３３２による階調変換処理の詳細については、ＬＶコントローラ３４内の階調変換回路３４２の説明と合わせて、図面を用いて後述する。

一方、ＬＶコントローラ３４内のグレーコンバータ３４１は、ビット拡張回路３２からビット拡張後のＲＧＢ画像を受信し、受信したビット拡張後のＲＧＢ画像に対して、それぞれの画素ごとに、ＲＧＢの３つの値の中の最大値を代表値としたグレー画像に変換する。

通常、グレースケールへの変換は、乗算器と加算器を用いて色マトリクス変換を行うことで、ルミナンスを求めることが多い。本実施の形態１におけるグレーコンバータ３４１は、ＲＧＢコントローラ３３内の色バランスコントローラ３３３において、ＲＧＢの色バランス補正を容易に行えるように、各画素における、Ｒ、Ｇ、Ｂの値の最大値を検出し、これを代表値として出力することでハードウェアの簡略化も図っている。

もちろん、通常のマトリクス変換を採用した場合でも、色バランス補正処理は問題なく実行できることは言うまでもない。

次に、ＬＶコントローラ３４内の階調変換回路３４２は、グレー画像に対して、ＬＵＴを用いて階調変換を行う。なお、階調変換回路３４２による階調変換処理の詳細については、ＲＧＢコントローラ３３内の階調変換回路３３２の説明と合わせて、図面を用いて後述する。

さらに、ＬＶコントローラ３４内のエッジホールド回路３４３は、階調変換後のグレー画像に対して、視野角補正を行い、グレー画像（Ｂ／Ｗ画像）を生成する。そして、エッジホールド回路３４３による視野角補正後のグレー画像が、ＬＶパネル３５に表示されるとともに、ＲＧＢコントローラ内の色バランスコントローラ３３３に送信される。なお、エッジホールド回路３４３による視野角補正処理の詳細についても、図面を用いて後述する。

そして、ＲＧＢコントローラ３３内の色バランスコントローラ３３３は、階調変換回路３３２による階調変換後の信号と、階調変換回路３４２による階調変換後の信号に基づいて、色バランスの補正を行い、補正後のＲＧＢ画像がＲＧＢパネル３５に表示される。なお、色バランスコントローラ３３３による色バランス補正処理の詳細についても、図面を用いて後述する。

次に、階調変換回路３３２、階調変換回路３４２によるＬＵＴを用いた階調変換処理の詳細、エッジホールド回路３４３による視野角補正処理の詳細、および色バランスコントローラ３３３による色バランス補正処理の詳細、の順で、以下に説明する。

［階調変換回路３３２、階調変換回路３４２による階調変換処理の詳細］
従来技術において、１枚のＬＣＤパネルでは、入力画素値にガンマ変換を行うことで人の目に対してリニアな階調特性を実現するが、実測で暗い領域の輝度が持ち上がり、黒浮きが起こっていることを説明した。

これに対して、２枚ＬＣＤパネルを使用する従来からの方法では、ＲＧＢパネル３５用には階調変換しないＲＧＢ画像を使用し、ＬＶパネル３６用にグレー画像を階調変換して作成したＢ／Ｗ画像を使用することで、コントラスト比の向上と、黒浮きの改善を実現できる。

しかしながら、従来技術の問題点で指摘したように、この手法では、１つの画素を構成するＲＧＢそれぞれのサブピクセルに対して、ＬＶ値が同一であるため、純色の白色化という第１の問題点、あるいは混色で色バランスが崩れるという第２の問題点が残っている。

そこで、本実施の形態１では、後段における色バランス制御を容易にするために、ＲＧＢパネル３５用にも、階調変換回路３３２を用いて階調変換したＲＧＢ画像を使用するとともに、ＬＶパネル３６用の画像についても、ある値域の範囲で上限にクリップされないように、全ての値域で連続的に使用できるような階調変換を行うことを技術的特徴としている。

図４は、本発明の実施の形態１におけるＲＧＢコントローラ３３内の階調変換回路３３２による階調変換特性を示した図である。また、図５は、本発明の実施の形態１におけるＬＶコントローラ３４内の階調変換回路３４２による階調変換特性を示した図である。

実験の結果、これら図４、図５に示すような階調変換特性を採用することで、暗部の黒表現および純色の色再現性が向上することが分かった。まずは、これで、第１の問題点が解決できる。

図４に示したＲＧＢ用の階調変換回路３３２が有するＬＵＴの階調変換特性は、例えば、γ＝０．５のガンマカーブ（Ｙ＝Ｘ^γ）で実現される。これに対して、図５に示したＬＶ用の階調変換回路３４２が有するＬＵＴの階調変換特性は、ＲＧＢの値に対し、ＬＶの値を変化させながら２枚のＬＣＤの透過光を実測して、最終的な合成結果が人の視覚特性に見合うγ＝２．２になるよう、ＬＶの入出力特性を決めたものである。

［エッジホールド回路３４３による視野角補正処理の詳細］
エッジホールド回路３４３は、画像のエッジ領域の局所的な拡大処理を行う。２枚のＬＣＤパネルに対して、正面視では問題ないが、斜め方向から見たときには、パネルの厚みに起因して、前側と後ろ側の表示画像の位置が角度に応じてずれることで、２重像や色ずれが見える問題がある。この問題を解決するために、エッジホールド回路３４３は、ＬＶ画像に対して視野角補正を実施する役割を果たしている。

図６は、本発明の実施の形態１におけるエッジホールド回路３４３の詳細構成図である。また、図７は、本発明の実施の形態１におけるエッジホールド回路３４３による局所的エッジホールド処理に関するフローチャートである。

図６、図７の例では、水平５タップの局所的エッジホールド処理を示している。水平のライン方向に入力された階調変換後のＬＶ画像の各画素は、順次、Ｘ１からＸ５のレジスタに蓄積される。

そして、エッジホールド回路３４３は、センターのＸ３の画素が、ライジング・エッジであることを検出した場合には、Ｘ３の左側の画素をＸ３の画素で置き換える処理を行う。また、エッジホールド回路３４３は、センターのＸ３の画素が、フォーリング・エッジであることを検出した場合には、Ｘ３の右側の画素をＸ３の画素で置き換える処理を行う。

ただし、その処理は、Ｘ３が閾値３以上であり、かつエッジの大きさ（（Ｘ３−Ｘ２）または（Ｘ３−Ｘ４））が閾値４以上の場合に制限する。つまり、エッジホールド回路３４３は、輝度差がある程度以上ある場合に、局所的エッジホールド処理を行う。

図６の下段に示したＹ１からＹ５のレジスタ、および選択１から選択５は、上述した置き換えの動作を行い、さらに、一旦前の動作期間で置き換えられた画素がＸ３に対して小さい場合には、Ｘ３で置き換える動作を行っている。

以上の置き換えのための制御信号は、図６中のＳ１からＳ５であり、エッジホールド回路３４３は、制御信号が０のときには置き換えを行わないが、制御信号が１のときには置き換えを行う。

図８は、本発明の実施の形態１におけるエッジホールド回路３４３による局所的エッジホールド処理の動作結果を波形で示した図である。図８中のそれぞれの白い丸は、階調変換回路３４２からの出力画像における各画素の輝度値に相当する。一方、図８中の黒い丸は、エッジホールド処理された画素の輝度値に相当する。

図８に示すように、局所的エッジホールド処理が実行されることにより、エッジ画素の値で、その前あるいは後の画素が置き換えられていることが分かる。このように、隣接する画素の輝度を上げる補正を施すことで、斜め方向から見た際に、画像が暗くなってしまうことを防止することができる。

［色バランスコントローラ３３３による色バランス補正処理の詳細］
本回路では、ＲＧＢ用の階調変換回路３３２でＬＵＴ（Ｒ）、ＬＵＴ（Ｇ）、ＬＵＴ（Ｂ）を用いて階調変換された変換ＲＧＢ画像に対し、画素ごとに補正係数を用いて色バランスを調整する。図９は、本発明の実施の形態１における色バランスコントローラ３３３の詳細構成図である。

本実施の形態１における色バランスコントローラ３３３は、３個の乗算器（ＭＰＹ）３３３１Ｒ、３３３１Ｇ、３３３１Ｂ、および３個の除算器（ＬＲ／Ｌｗ等）３３３２Ｒ、３３３２Ｇ、３３３２Ｂを含んで構成されている。

図９に示した色バランスコントローラ３３３は、以下の３種の信号が入力される。
（第１の入力信号）先の図２における６つのＬＵＴのうち、ＲＧＢ用のＬＵＴ（Ｒ）、ＬＵＴ（Ｇ）、ＬＵＴ（Ｂ）で階調変換された各変換ＲＧＢ（Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２）
（第２の入力信号）先の図２における６つのＬＵＴのうち、ＬＶ用の３つのＬＵＴ（Ｌ_Ｒ）、ＬＵＴ（Ｌ_Ｇ）、ＬＵＴ（Ｌ_Ｂ）で階調変換された各変換ＲＧＢ（Ｌ_Ｒ、Ｌ_Ｇ、Ｌ_Ｂ）
（第３の入力信号）ＬＶコントローラ３４で生成された信号Ｌ_Ｗ

そして、３つの除算器（ＬＲ／Ｌｗ等）３３３２Ｒ、３３３２Ｇ、３３３２Ｂは、第２の入力信号を第３の入力信号で除算することで、補正係数を算出する。さらに、３個の乗算器３３３１Ｒ、３３３１Ｇ、３３３１Ｂは、下式（１）〜（３）に従って、第１の入力信号に対して補正係数を乗算することで、色バランス補正後のＲＧＢ（Ｒ３、Ｇ３、Ｂ３）を生成し、後段のＲＧＢパネル３５へ出力する。
Ｒ３＝Ｒ２×（Ｌ_Ｒ／Ｌ_Ｗ） （１）
Ｇ３＝Ｇ２×（Ｌ_Ｇ／Ｌ_Ｗ） （２）
Ｂ３＝Ｂ２×（Ｌ_Ｂ／Ｌ_Ｗ） （３）

次に、階調変換回路３３２、および色バランスコントローラ３３３による上式（１）〜（３）の働きにより、上述した第１の問題点と第２の問題点を解決できることを、図面を用いて、以下に詳細に説明する。

［第１の問題点の原因および解決方法の説明］
図１０は、本発明の実施の形態１における階調変換回路３３２および色バランスコントローラ３３３の働きによる暗部の色再現性向上の説明図である。すなわち、第１の問題点の原因および解決方法の原理図に相当する。

図１０（ａ）に示すように、Ｒの値が１６、ＧおよびＢの値が０であるような暗い赤を表現する画像の場合を例に、暗部の色再現性向上方法について説明する。従来のように、ＬＶ画像の値のみでコントラスト比を改善する方法では、グレーの値を、例えば２１８に設定する必要があったとする。

この場合、図１０（ａ）に示すように、合成透過後のＲの輝度は、所望の値になる。しかしながら、本来０であるはずのＧおよびＢの輝度は、バックライトからＬＶパネルを通過する光量が大きく、ＲＧＢパネル３５のＧおよびＢの光漏れのために、ＧおよびＢが発光し、全体として白っぽい（灰色がかった）赤を示すことになる。

そこで、図１０（ｂ）に示すように、Ｒの値を本来よりも大きい値（例えば２１８）にし、ＬＶ画像の値を１６という小さい値にしている。これにより、ＬＶパネルを通過する光量を小さくすることで、合成透過後のＲは、所望の輝度を示した上で、ＧおよびＢは、光漏れがごく小さくなって、純粋な暗い赤を示すことになる。

この現象を積極的に利用し、階調変換回路３３２内のＬＵＴのうち、ＲＧＢ用のＬＵＴ（Ｒ）、ＬＵＴ（Ｇ）、ＬＵＴ（Ｂ）を特に暗部において、リニアな特性から上に持ち上げるようにし、それに対応して、階調変換回路３４２内のＬＶ用のＬＵＴ（Ｌ_Ｗ）を、従来よりも下に落とすように決めたものが、先の図４、図５に示した階調変換特性に相当する。

［第２の問題点の原因および解決方法の説明］
図１１は、本発明の実施の形態１における色バランスコントローラ３３３の働きによる暗部における色バランスの調整に関する説明図である。すなわち、第２の問題点の原因および解決方法の原理図に相当する。

図１１（ａ）に示すように、ＲＧＢがそれぞれ０でない混色（Ｒ＞Ｇ＞Ｂ）を表現する場合を例にして説明する。ＲＧＢ画像に対し、グレー画像は、画素ごとのＲＧＢの最大値で代表されるように生成される。このため、最大値のＲに対応する値をＬＶ用のＬＵＴで階調変換したＬＶ画像が生成されることとなる。

第１の問題を解決するためには、図１１（ｂ）に示すように、ＲＧＢを持上げ、ＬＶを下げることとなる。しかしながら、このような階調変換を行ったとしても、合成透過後のＲは、所望の輝度が得られるが、ＧおよびＢは、輝度が大きくなるため、色バランスが崩れてしまうことになる。

本来のＧおよびＢの輝度を得るためには、図１１（ｃ）に示したように、ＬＶ画像をＲＧＢのそれぞれの色ごとに変える必要がある。しかしながら、ＬＶパネルの１画素は、ＲＧＢパネルのサブピクセル３個をまとめた大きさであるため、ＬＶ画像をＲＧＢのそれぞれの色ごとに変えることはできない。従って、全ての色で所望の合成透過率を得るためには、ＲＧＢ側の階調の調整を実施する必要がある。

そこで、図１１（ｄ）に示すように、合成透過率の考え方を導入し、調整前後の合成透過率が等しくなるように、ＲＧＢ側の階調を調整する補正係数を求めると、図１１（ｅ）に示すような式、すなわち、上述した式（１）〜（３）で補正すればよいことがわかる。結果として、図１１（ｆ）に示すように、Ｒ３、Ｇ３、Ｂ３が、ＲＧＢパネル３５に表示されることとなり、Ｗ（＝ＬＷ）がＬＶパネル３６に表示され、色バランスの調整が可能となる。

この原理による色バランス制御方法を実装した具体的な構成が、先の図２および図９であり、混色部においても本来の色を表示することができ、色再現性の改善を図ることが可能となる。この効果は、暗い領域はもちろんのこと、明るい領域でも発揮されることは言うまでもない。

以上の内容を整理する、本実施の形態１における「２枚のＬＣＤパネルで構成する画像表示装置」は、以下のような回路構成および動作に技術的特徴を有している。
・入力されたＲＧＢ画像をビット拡張回路３２によりビット拡張した後、ＲＧＢコントローラ３３およびＬＶコントローラ３４に供給している。
・ＬＶコントローラ３４は、ビット拡張後のＲＧＢ画像から、それぞれ画素ごとのＲＧＢの最大値から１枚のグレー画像を生成し、ＬＶ用ＬＵＴを用いて階調変換後、エッジホールド処理によって視野角補正処理を行ったＬＶ画像を生成し、ＬＶパネルに表示している。
・ＲＧＢコントローラは、ＲＧＢ用ＬＵＴを用いて階調変換した後、ＬＶ画像のデータも参照した上で、色バランス補正することでＲＧＢ画像を生成し、ＲＧＢパネルに表示している。

この結果、コントラスト比の改善、黒表現能力の向上、ならびに暗部での色再現性の改善を実現することができる。

次に、具体的な改善効果について、図面を用いて説明する。図１２は、２枚ＬＣＤパネルを用いた従来の処理画像例を示した図であり、ＬＶ画像のみを加工した場合の処理結果を示したものである。

一方、図１３は、２枚ＬＣＤパネルを用いた本発明の実施の形態１における処理画像例を示した図であり、ＲＧＢ画像の加工とＬＶ画像の加工の両方を行った場合の処理結果を示したものである。

図１２と図１３の比較から、本実施の形態１における画像表示装置は、コントラスト比を改善するとともに、色バランスを補正し、特に暗部の色再現性を改善することができることがわかる。

図１４は、本発明の実施の形態１における画像表示装置による輝度特性と、従来の１枚ＬＣＤでの輝度特性との比較結果を示した図である。より具体的には、試作したパネルを用いて、正面視でそれぞれの色ごとの輝度特性を測定した結果を、本発明と従来の１枚ＬＣＤ技術とで対比しているものである。

両者の輝度特性の比較結果、および目視での確認結果から、コントラスト比、黒の沈み、暗部色再現性、視野角特性の全てに関して、本願発明に係る画像表示装置が１枚ＬＣＤの従来装置よりも優れていることが実証できた。特に、暗部におけるリニアリティおよび色再現性の改善が顕著である。

図１５は、本発明の実施の形態１における２枚のＬＣＤパネルによるディスプレイ・モジュールの概略断面図である。図１５に示したディスプレイ・モジュールは、ＲＧＢパネル３５、ＬＶパネル３６、バックライトユニット３７、およびＲＧＢパネル３５とＬＶパネル３６を接合するラミネーション３８を含んで構成されている。

ＲＧＢパネル３５は、偏光フィルム３５ａ、カラーフィルタ基板３５ｂ、ＴＦＴ基板３５ｃ、駆動ＩＣ３５ｄを備えている。偏光フィルム３５ａは、バックライトユニット３７から照射される光を偏光させる。カラーフィルタ基板３５ｂは、ブラックマトリクスやＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィルタを配列し、共通電極などが形成された基板である。

ＴＦＴ基板３５ｃは、液晶側にＴＦＴや電極などを形成した基板である。駆動ＩＣ３５ｄは、ＲＧＢコントローラ３３によって処理されたＲＧＢ画像を、ＴＦＴ基板３５ｃを駆動させることによってＲＧＢパネル３５に表示する。

一方、ＬＶパネル３６は、ガラス基板３６ａ、ＴＦＴ基板３６ｂ、偏光フィルム３６ｃ、駆動ＩＣ３６ｄを備えている。ガラス基板３６ａは、ＲＧＢパネル３５におけるカラーフィルタ基板３５ｂに対応するものであるが、カラーフィルタ基板３５ｂとは異なり、ブラックマトリクスやカラーフィルタを有さない。これは、ＬＶパネル３６が、ＬＶ画像、つまり白から黒までの明暗だけで表現された、グレースケールの画像を表示することに基づくものである。

ＴＦＴ基板３６ｂ、偏光フィルム３６ｃは、ＲＧＢパネル３５のＴＦＴ基板３５ｃ、偏光フィルム３５ａと同様のものである。駆動ＩＣ３６ｄは、ＬＶコントローラ３４によって処理されたＬＶ画像を、ＴＦＴ基板３６ｂを駆動させることによってＬＶパネル３６に表示する。

ＲＧＢパネル３５とＬＶパネル３６は、正面から見た場合に、対応する画素が重なって表示されるように、互いに重ねて配置される。

バックライトユニット３７は、光ガイドパネル３７ａと光源３７ｂを備える。光源３７ｂは、光ガイドパネル３７ａに対し光を照射する。光ガイドパネル３７ａは、光源３７ｂから照射された光を屈折させて、ＬＶパネル３６に照射する。光ガイドパネル３７ａから照射された光は、重ねられたＬＶパネル３６、およびＲＧＢパネル３５を順に通過して、画像表示装置を視聴する人間の眼に届く。

ＲＧＢパネル３５およびＬＶパネル３６のそれぞれのコントラスト比は、従来の１枚ＬＣＤと同様に、１５００：１である。しかしながら、図１５に示すような２枚ＬＣＤ構造とすることで、コントラスト比が２，２５０，０００：１に改善される。

さらに、本願発明は、ＲＧＢコントローラ３３とＬＶコントローラ３４が協調して、階調変換および色バランス制御を行うことで、特に黒領域の階調特性が改善され、いわゆるＬＣＤパネルの黒浮き現象をなくし、締まった黒の表現が実現でき、低輝度（暗部）での色再現性を改善することができる。

以上のように、実施の形態１によれば、ＲＧＢ画像に対しても階調変換を施すとともに、ＬＶ画像の階調変換結果を考慮して色バランスを補正したＲＧＢ画像を生成できる構成を備えている。この結果、以下のような顕著な効果を実現できる。
（効果１）従来の１枚ＬＣＤを使用した画像表示装置に比べて、コントラスト比の向上および黒表現能力の改善を図ることができる。
（効果２）低輝度（暗部）でのリニアリティおよび色再現性が改善できる。
（効果３）簡単な回路構成で実現でき、付加される回路規模が小さいため、高いコストパフォーマンス効果がある。

１０ 画像表示装置、２０ 画像表示装置本体、２１ 画像処理エンジン、３０ ＬＣＤモジュール、３１ Ｉ／Ｆ、３２ ビット拡張回路、３３ ＲＧＢコントローラ（第１コントローラ）、３３１ 遅延回路、３３２ 階調変換回路（ＲＧＢ階調変換回路）、３３３ 色バランスコントローラ、３３３１Ｒ、３３３１Ｇ、３３３１Ｂ 乗算器、３３３２Ｒ、３３３２Ｇ、３３３２Ｂ 除算器、３４ ＬＶコントローラ（第２コントローラ）、３４１ グレーコンバータ、３４２ 階調変換回路（グレー階調変換回路）、３４３ エッジホールド回路、３５ ＲＧＢパネル、３５ａ 偏光フィルム、３５ｂ カラーフィルタ基板、３５ｃ ＴＦＴ基板、３５ｄ 駆動ＩＣ、３６ ＬＶパネル、３６ａ ガラス基板、３６ｂ ＴＦＴ基板、３６ｃ 偏光フィルム、３７ バックライトユニット、３７ａ 光ガイドパネル、３７ｂ 光源、３８ ラミネーション、ＬＵＴ（Ｒ）、ＬＵＴ（Ｇ）、ＬＵＴ（Ｂ）第１ルックアップテーブル、ＬＵＴ（Ｌ_Ｒ）、ＬＵＴ（Ｌ_Ｇ）、ＬＵＴ（Ｌ_Ｂ） 第２ルックアップテーブル、ＬＵＴ（Ｌ_Ｗ） 第３ルックアップテーブル。

Claims (7)

1. 前面側ＬＣＤパネルと後面側ＬＣＤパネルとを２枚重ねることで構成され、バックライト光が前記後面側ＬＣＤパネル、前記前面側ＬＣＤパネルの順で透過することにより画像表示を行う画像表示装置であって、
   入力されたＲＧＢ画像信号に対してビット拡張処理を施し、ビット拡張後のＲＧＢ画像信号を生成するビット拡張回路と、
   前記バックライト光の透過量を調整するために、前記ビット拡張後のＲＧＢ画像信号に対して第２信号処理を施すことで第２信号処理後のグレー画像信号を生成し、前記第２信号処理後のグレー画像信号を前記後面側ＬＣＤパネルに供給する第２コントローラと、
   前記ビット拡張後のＲＧＢ画像信号に対して第１信号処理を施すことで第１信号処理後のＲＧＢ画像信号を生成し、前記第２コントローラから受信した前記第２信号処理後のグレー画像信号を用いて、前記第１信号処理後のＲＧＢ画像信号に対して色バランス補正処理を施すことで色バランス補正後のＲＧＢ画像信号を生成し、前記前面側ＬＣＤパネルに対して前記色バランス補正後のＲＧＢ画像信号を供給する第１コントローラと
   を備え、
   前記第１コントローラは、
   ＲＧＢ画像信号に対して第１階調変換を行う第１ルックアップテーブルと、ＲＧＢ画像信号に対して第２階調変換を行う第２ルックアップテーブルとを、ＲＧＢのそれぞれの色ごとに個別に記憶しており、前記ビット拡張後のＲＧＢ画像信号に対して前記第１ルックアップテーブルを適用して前記第１階調変換を行うことで第１階調変換後のＲＧＢ画像信号を生成するとともに、前記ビット拡張後のＲＧＢ画像信号に対して前記第２ルックアップテーブルを適用して前記第２階調変換を行うことで第２階調変換後の色バランス補正用画像信号を生成するＲＧＢ階調変換回路と、
   前記ＲＧＢ階調変換回路で生成された前記第１階調変換後のＲＧＢ画像信号に対して、前記ＲＧＢ階調変換回路で生成された前記第２階調変換後の色バランス補正用画像信号および前記第２コントローラから受信した前記第２信号処理後のグレー画像信号を使用して前記色バランス補正処理を実行し、前記色バランス補正後のＲＧＢ画像信号を前記前面側ＬＣＤパネルに供給する色バランスコントローラと
   を有する画像表示装置。
2. 前記第１ルックアップテーブルは、階調特性がガンマカーブで実現され、入力値が所定値よりも低い暗い領域で、リニアな特性よりも出力値が高くなるように変換値が形成されている
   請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記色バランスコントローラは、ＲＧＢ個別に前記ＲＧＢ階調変換回路で生成された前記第２階調変換後の色バランス補正用画像信号のそれぞれを、前記第２コントローラから受信した前記第２信号処理後のグレー画像信号により除算することで、ＲＧＢ個別の補正係数を算出し、前記ＲＧＢ階調変換回路で生成された前記第１階調変換後のＲＧＢ画像信号に対して、前記ＲＧＢ個別の補正係数を乗算することで前記色バランス補正処理を実行する
   請求項１または２に記載の画像表示装置。
4. 前記第２コントローラは、
   前記ビット拡張後のＲＧＢ画像信号に基づいて１つのグレースケール画像信号を生成するグレーコンバータと、
   グレースケール画像信号に対して第３階調変換を行う第３ルックアップテーブルを記憶しており、前記グレーコンバータにより変換された前記グレースケール画像信号に対して前記第３ルックアップテーブルを適用して前記第３階調変換を行うことで第３階調変換後のグレー画像信号を生成するグレー階調変換回路と、
   前記グレー階調変換回路により生成された前記第３階調変換後のグレー画像信号に対して局所的エッジホールド処理を施すことで第２信号処理後のグレー画像信号を生成し、前記第２信号処理後のグレー画像信号を前記後面側ＬＣＤパネルおよび前記第１コントローラに供給するエッジホールド回路と
   を有する請求項１から３のいずれか１項に記載の画像表示装置。
5. 前記第３ルックアップテーブルは、前記第１ルックアップテーブルによる前記第１階調変換と同時に使用されることで、前記前面側ＬＣＤパネルと前記後面側ＬＣＤパネルの合成透過光が人の目にリニアな変化となるように形成されている
   請求項４に記載の画像表示装置。
6. 前記グレーコンバータは、前記ビット拡張後のＲＧＢ画像信号に対して、それぞれの画素についてＲＧＢの各値の最大値を代表値とすることで前記１つのグレースケール画像信号を生成する
   請求項４または５に記載の画像表示装置。
7. 前面側ＬＣＤパネルと後面側ＬＣＤパネルとを２枚重ねることで構成され、バックライト光が前記後面側ＬＣＤパネル、前記前面側ＬＣＤパネルの順で透過することにより画像表示を行う画像表示装置によって実行される画像表示方法であって、
   入力されたＲＧＢ画像信号に対してビット拡張処理を施し、ビット拡張後のＲＧＢ画像信号を生成する第１ステップと、
   前記ビット拡張後のＲＧＢ画像信号に対して第１信号処理を施すことで第１信号処理後のＲＧＢ画像信号を生成する第２ステップと、
   前記バックライト光の透過量を調整するために、前記ビット拡張後のＲＧＢ画像信号に対して第２信号処理を施すことで第２信号処理後のグレー画像信号を生成する第３ステップと、
   前記第３ステップにより生成された前記第２信号処理後のグレー画像信号を用いて、前記第２ステップにより生成された前記第１信号処理後のＲＧＢ画像信号に対して色バランス補正処理を施すことで色バランス補正後のＲＧＢ画像信号を生成する第４ステップと、
   前記前面側ＬＣＤパネルに対して前記第４ステップで生成された前記色バランス補正後のＲＧＢ画像信号を供給する第５ステップと、
   前記後面側ＬＣＤパネルに対して前記第３ステップで生成された前記第２信号処理後のグレー画像信号を供給する第６ステップと
   を有し、
   前記第２ステップは、
   ＲＧＢ画像信号に対して第１階調変換を行う第１ルックアップテーブルと、ＲＧＢ画像信号に対して第２階調変換を行う第２ルックアップテーブルとを、ＲＧＢのそれぞれの色ごとに個別に用いて、前記ビット拡張後のＲＧＢ画像信号に対して前記第１ルックアップテーブルを適用して前記第１階調変換を行うことで第１階調変換後のＲＧＢ画像信号を生成すること、及び
   前記ビット拡張後のＲＧＢ画像信号に対して前記第２ルックアップテーブルを適用して前記第２階調変換を行うことで第２階調変換後の色バランス補正用画像信号を生成することを含み、
   前記第４ステップは、前記第１階調変換後のＲＧＢ画像信号に対して、前記第２階調変換後の色バランス補正用画像信号および前記第２信号処理後のグレー画像信号を使用することにより、前記色バランス補正処理を実行することを含む画像表示方法。

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