JP6873786B2

JP6873786B2 - 液晶表示装置

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Publication number: JP6873786B2
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Inventors: 中西　英行; 英行中西; 神門　俊和; 俊和神門; 菊池　克浩; 克浩菊池
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Priority date: 2017-03-30
Filing date: 2017-03-30
Publication date: 2021-05-19
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Description

本発明は、液晶表示装置に関する。

従来、液晶表示装置のコントラストを向上させる技術として、２枚の表示パネルを重ね合わせて、入力画像データに基づいて、それぞれの表示パネルに画像を表示させる技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。具体的には例えば、前後に配置された２枚の表示パネルのうち前側（観察者側）の表示パネルにカラー画像を表示し、後側（バックライト側）の表示パネルに白黒画像を表示することにより、コントラストの向上を図るものである。

特開２００８−１９１２６９号公報

しかし、従来の液晶表示装置では、入力画像データのビット数が、２枚の表示パネルの駆動ビット数より多い場合、入力画像データのビット数を減らして画像を表示しなければならず、表現可能な階調数が低下する問題が生じる。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の表示パネルを重ね合わせて構成された液晶表示装置において、表現可能な階調数の低下を抑えることにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る液晶表示装置は、複数の表示パネルが重ね合わされて配置され、それぞれの前記表示パネルに画像を表示する表示装置であって、ｍビットの入力画像データに基づいて、第１画像を表示する、ｎビット（但し、ｎ＜ｍ）駆動の第１表示パネルと、前記ｍビットの入力画像データに基づいて、第２画像を表示する、前記ｎビット駆動の第２表示パネルと、前記ｍビットの前記入力画像データの階調を、前記第１表示パネルの第１ガンマ特性に基づいて、前記ｎビットの階調に変換する第１階調変換部と、前記ｍビットの前記入力画像データの階調を、前記第２表示パネルの第２ガンマ特性に基づいて、ｍ１ビット（但し、ｍ１≧ｍ）の階調に変換する第２階調変換部と、前記ｍ１ビットの階調に変換された前記入力画像データに対して、前記ｎビットで階調表現を拡張する拡張処理を実行する拡張処理部と、を含む画像処理部と、を含み、前記第１表示パネルは、前記第１階調変換部により階調が変換された前記ｎビットの前記入力画像データに基づいて、前記第１画像を表示し、前記第２表示パネルは、前記拡張処理が施された前記ｎビットの前記入力画像データに基づいて、前記第２画像を表示する、ことを特徴とする。

本発明に係る液晶表示装置では、前記第１階調変換部は、第１ガンマ値を用いて前記ｍビットの階調を前記ｎビットの階調に変換し、前記第２階調変換部は、第２ガンマ値を用いて前記ｍビットの階調を前記ｍ１ビットの階調に変換し、前記第１ガンマ値及び前記第２ガンマ値は互いに等しくてもよい。

本発明に係る液晶表示装置では、前記拡張処理は、面積方向の平均で階調を拡張するディザリング処理でもよい。

本発明に係る液晶表示装置では、前記拡張処理は、時間軸方向の平均で階調を拡張するフレームレートコントロール処理でもよい。

本発明に係る液晶表示装置では、前記拡張処理は、平均値フィルタを用いて、輝度が変化する境界を平滑化する平滑化処理でもよい。

本発明に係る液晶表示装置では、前記画像処理部は、さらに、ＲＧＢ形式の前記入力画像データの形式をＨＳＶ形式に変換する第１信号変換部と、前記ＨＳＶ形式に変換された前記入力画像データの形式を前記ＲＧＢ形式に変換する第２信号変換部と、を含み、前記第１階調変換部は、前記第１信号変換部により前記ＨＳＶ形式に変換された前記ｍビットの前記入力画像データの階調を、前記第１ガンマ特性に基づいて、前記ｎビットの階調に変換し、前記第２信号変換部は、前記第１階調変換部により前記ｎビットに変換された前記ＨＳＶ形式の前記入力画像データの形式を、前記ＲＧＢ形式に変換してもよい。

本発明に係る液晶表示装置では、前記第１ガンマ値及び前記第２ガンマ値は０．５であり、前記第１画像と前記第２画像とを合成した表示画像の合成ガンマ値は２．２でもよい。

本発明に係る液晶表示装置によれば、複数の表示パネルを重ね合わせて構成された液晶表示装置において、表現可能な階調数の低下を抑えることができる。

本実施形態に係る液晶表示装置の概略構成を示す平面図である。本実施形態に係る表示パネル１００の概略構成を示す平面図である。本実施形態に係る表示パネル２００の概略構成を示す平面図である。図２及び図３のＡ−Ａ´断面図である。本実施形態に係る液晶表示装置の画素配置の他の例を示す平面図である。本実施形態に係る画像処理部の具体的な構成を示すブロック図である。第１ガンマ値γ１及び第２ガンマ値γ２の組み合わせと、表示パネル１００及び表示パネル２００を合成した階調数とを比較した表である。第１ガンマ値γ１が０．６、第２ガンマ値γ２が０．４の場合のガンマ特性を示すグラフである。第１ガンマ値γ１及び第２ガンマ値γ２がともに０．５の場合のガンマ特性を示すグラフである。ディザリング処理の一例を示す図である。誤差拡散法によるディザリング処理の一例を示す図である。合成階調数を示す表である。フレームレートコントロール処理の一例を示す図である。ＲＧＢデータの階調を用いて第１ガンマ処理を実行した場合の画像の色を比較した表である。本実施形態に係る画像処理部の他の構成を示すブロック図である。ＨＳＶデータの階調を用いて第１ガンマ処理を実行した場合の画像の色を比較した表である。

本発明の実施形態について、図面を用いて以下に説明する。本実施形態に係る液晶表示装置は、画像を表示する複数の表示パネルと、それぞれの表示パネルを駆動する複数の駆動回路（複数のソースドライバ、複数のゲートドライバ）と、それぞれの駆動回路を制御する複数のタイミングコントローラと、外部から入力される入力画像データに対して画像処理を行い、それぞれのタイミングコントローラに画像データを出力する画像処理部と、複数の表示パネルに背面側から光を照射するバックライトと、を含んでいる。表示パネルの数は限定されず２枚以上であればよい。また複数の表示パネルは、観察者側から見て前後方向に互いに重ね合わされて配置されており、それぞれが画像を表示する。以下では、２枚の表示パネルを備える液晶表示装置１０を例に挙げて説明する。

図１は、本実施形態に係る液晶表示装置１０の概略構成を示す平面図である。図１に示すように、液晶表示装置１０は、観察者に近い位置（前側）に配置された表示パネル１００と、表示パネル１００より観察者から遠い位置（後側）に配置された表示パネル２００と、表示パネル１００に設けられた第１ソースドライバ１２０及び第１ゲートドライバ１３０と、第１ソースドライバ１２０及び第１ゲートドライバ１３０を制御する第１タイミングコントローラ１４０と、表示パネル２００に設けられた第２ソースドライバ２２０及び第２ゲートドライバ２３０と、第２ソースドライバ２２０及び第２ゲートドライバ２３０を制御する第２タイミングコントローラ２４０と、第１タイミングコントローラ１４０及び第２タイミングコントローラ２４０に画像データを出力する画像処理部３００と、を含んでいる。表示パネル１００は入力画像データに応じたカラー画像を第１画像表示領域１１０に表示し、表示パネル２００は入力画像データに応じた白黒画像を第２画像表示領域２１０に表示する。画像処理部３００は、外部のシステム（図示せず）から送信された入力画像データＤｉｎを受信し、後述する画像処理を実行した後、第１タイミングコントローラ１４０に第１画像データＤＡＴ１を出力し、第２タイミングコントローラ２４０に第２画像データＤＡＴ２を出力する。また画像処理部３００は、第１タイミングコントローラ１４０及び第２タイミングコントローラ２４０に同期信号等の制御信号（図１では省略）を出力する。第１画像データＤＡＴ１はカラー画像表示用の画像データであり、第２画像データＤＡＴ２は白黒画像表示用の画像データである。バックライト（図１では省略）は、表示パネル２００の背面側に配置されている。画像処理部３００の具体的な構成は後述する。

図２は表示パネル１００の概略構成を示す平面図であり、図３は表示パネル２００の概略構成を示す平面図である。図４は、図２及び図３のＡ−Ａ´断面図である。

図２及び図４を用いて、表示パネル１００の構成について説明する。図４に示すように、表示パネル１００は、バックライト４００側に配置された薄膜トランジスタ基板１０１と、観察者側に配置され、薄膜トランジスタ基板１０１に対向する対向基板１０２と、薄膜トランジスタ基板１０１及び対向基板１０２の間に配置された液晶層１０３と、を含んでいる。表示パネル１００のバックライト４００側には偏光板１０４が配置されており、観察者側には偏光板１０５が配置されている。

薄膜トランジスタ基板１０１には、図２に示すように、第１方向（例えば列方向）に延在する複数のデータ線１１１（ソース線）と、第１方向とは異なる第２方向（例えば行方向）に延在する複数のゲート線１１２とが形成され、複数のデータ線１１１と複数のゲート線１１２とのそれぞれの交差部近傍に薄膜トランジスタ１１３（ＴＦＴ）が形成されている。表示パネル１００を平面的に見て、隣り合う２本のデータ線１１１と隣り合う２本のゲート線１１２とにより囲まれる領域が１つのサブ画素１１４として規定され、該サブ画素１１４がマトリクス状（行方向及び列方向）に複数配置されている。複数のデータ線１１１は、行方向に等間隔で配置されており、複数のゲート線１１２は、列方向に等間隔で配置されている。薄膜トランジスタ基板１０１には、サブ画素１１４ごとに画素電極１１５が形成されており、複数のサブ画素１１４に共通する１つの共通電極（図示せず）が形成されている。薄膜トランジスタ１１３を構成するドレイン電極はデータ線１１１に電気的に接続され、ソース電極は画素電極１１５に電気的に接続され、ゲート電極はゲート線１１２に電気的に接続されている。

図４に示すように、対向基板１０２には、各サブ画素１１４に対応して複数のカラーフィルタ１０２ａ（着色層）が形成されている。各カラーフィルタ１０２ａは、光の透過を遮断するブラックマトリクス１０２ｂで囲まれており、例えば矩形状に形成されている。また、複数のカラーフィルタ１０２ａは、赤色（Ｒ色）の材料で形成され、赤色の光を透過する赤色カラーフィルタと、緑色（Ｇ色）の材料で形成され、緑色の光を透過する緑色カラーフィルタと、青色（Ｂ色）の材料で形成され、青色の光を透過する青色カラーフィルタと、を含んでいる。赤色カラーフィルタ、緑色カラーフィルタ、及び青色カラーフィルタは、行方向にこの順に繰り返し配列され、同一色のカラーフィルタが列方向に配列され、行方向及び列方向に隣り合うカラーフィルタ１０２ａの境界部分にブラックマトリクス１０２ｂが形成されている。各カラーフィルタ１０２ａに対応して、複数のサブ画素１１４は、図２に示すように、赤色カラーフィルタに対応する赤色サブ画素１１４Ｒと、緑色カラーフィルタに対応する緑色サブ画素１１４Ｇと、青色カラーフィルタに対応する青色サブ画素１１４Ｂと、を含んでいる。尚、表示パネル１００では、１つの赤色サブ画素１１４Ｒ、１つの緑色サブ画素１１４Ｇ及び１つの青色サブ画素１１４Ｂを含んで１つの画素１２４を構成し、複数の画素１２４がマトリクス状に配置されている。

第１タイミングコントローラ１４０は、周知の構成を備えている。例えば第１タイミングコントローラ１４０は、画像処理部３００から出力される第１画像データＤＡＴ１と第１制御信号ＣＳ１（クロック信号、垂直同期信号、水平同期信号等）とに基づいて、第１画像データＤＡ１と、第１ソースドライバ１２０及び第１ゲートドライバ１３０の駆動を制御するための各種タイミング信号（データスタートパルスＤＳＰ１、データクロックＤＣＫ１、ゲートスタートパルスＧＳＰ１、ゲートクロックＧＣＫ１）とを生成する（図２参照）。第１タイミングコントローラ１４０は、第１画像データＤＡ１と、データスタートパルスＤＳＰ１と、データクロックＤＣＫ１とを第１ソースドライバ１２０に出力し、ゲートスタートパルスＧＳＰ１とゲートクロックＧＣＫ１とを第１ゲートドライバ１３０に出力する。

第１ソースドライバ１２０は、ｎビット（以下では、ｎ＝１０とする。）で駆動するドライバであり、データスタートパルスＤＳＰ１及びデータクロックＤＣＫ１に基づいて、第１画像データＤＡ１に応じたデータ信号（データ電圧）をデータ線１１１に出力する。第１ゲートドライバ１３０は、ｎビット（ｎ＝１０）で駆動するドライバであり、ゲートスタートパルスＧＳＰ１及びゲートクロックＧＣＫ１に基づいて、ゲート信号（ゲート電圧）をゲート線１１２に出力する。

各データ線１１１には、第１ソースドライバ１２０からデータ電圧が供給され、各ゲート線１１２には、第１ゲートドライバ１３０からゲート電圧が供給される。共通電極には、コモンドライバ（図示せず）から共通電圧Ｖｃｏｍが供給される。ゲート電圧（ゲートオン電圧）がゲート線１１２に供給されると、ゲート線１１２に接続された薄膜トランジスタ１１３がオンし、薄膜トランジスタ１１３に接続されたデータ線１１１を介して、データ電圧が画素電極１１５に供給される。画素電極１１５に供給されたデータ電圧と、共通電極に供給された共通電圧Ｖｃｏｍとの差により電界が生じる。この電界により液晶を駆動してバックライト４００の光の透過率を制御することによって画像表示を行う。表示パネル１００では、赤色サブ画素１１４Ｒ、緑色サブ画素１１４Ｇ、青色サブ画素１１４Ｂそれぞれの画素電極１１５に接続されたデータ線１１１に、所望のデータ電圧を供給することにより、カラー画像表示が行われる。尚、表示パネル１００は、周知の構成を適用することができる。

次に、図３及び図４を用いて、表示パネル２００の構成について説明する。図４に示すように、表示パネル２００は、バックライト４００側に配置された薄膜トランジスタ基板２０１と、観察者側に配置され、薄膜トランジスタ基板２０１に対向する対向基板２０２と、薄膜トランジスタ基板２０１及び対向基板２０２の間に配置された液晶層２０３と、を含んでいる。表示パネル２００のバックライト４００側には偏光板２０４が配置されており、観察者側には偏光板２０５が配置されている。表示パネル１００の偏光板１０４と、表示パネル２００の偏光板２０５との間には、拡散シート３０１又は接着シートが配置されている。

薄膜トランジスタ基板２０１には、図３に示すように、列方向に延在する複数のデータ線２１１（ソース線）と、行方向に延在する複数のゲート線２１２とが形成され、複数のデータ線２１１と複数のゲート線２１２とのそれぞれの交差部近傍に薄膜トランジスタ２１３が形成されている。表示パネル２００を平面的に見て、隣り合う２本のデータ線２１１と隣り合う２本のゲート線２１２とにより囲まれる領域が１つの画素２１４として規定され、該画素２１４がマトリクス状（行方向及び列方向）に複数配置されている。複数のデータ線２１１は、行方向に等間隔で配置されており、複数のゲート線２１２は、列方向に等間隔で配置されている。薄膜トランジスタ基板２０１には、画素２１４ごとに画素電極２１５が形成されており、複数の画素２１４に共通する１つの共通電極（図示せず）が形成されている。薄膜トランジスタ２１３を構成するドレイン電極はデータ線２１１に電気的に接続され、ソース電極は画素電極２１５に電気的に接続され、ゲート電極はゲート線２１２に電気的に接続されている。表示パネル１００の各画素１２４と、表示パネル２００の各画素２１４とが、平面視で互いに重なっている。例えば、図５に示すように、赤色サブ画素１１４Ｒ、緑色サブ画素１１４Ｇ及び青色サブ画素１１４Ｂを含む１個の画素１２４（図５（ａ）参照）と、１個の画素２１４（図５（ｂ）参照）とが平面視で互いに重なっている。尚、表示パネル１００の各サブ画素１１４と、表示パネル２００の各画素２１４とが、互いに１対１の関係で配置されてもよい。

図４に示すように、対向基板２０２には、各画素２１４の境界部分に対応する位置に、光の透過を遮断するブラックマトリクス２０２ｂが形成されている。ブラックマトリクス２０２ｂで囲まれた領域２０２ａには、カラーフィルタは形成されておらず、例えばオーバーコート膜が形成されている。

第２タイミングコントローラ２４０は、周知の構成を備えている。例えば第２タイミングコントローラ２４０は、画像処理部３００から出力される第２画像データＤＡＴ２と第２制御信号ＣＳ２（クロック信号、垂直同期信号、水平同期信号等）とに基づいて、第２画像データＤＡ２と、第２ソースドライバ２２０及び第２ゲートドライバ２３０の駆動を制御するための各種タイミング信号（データスタートパルスＤＳＰ２、データクロックＤＣＫ２、ゲートスタートパルスＧＳＰ２、ゲートクロックＧＣＫ２）とを生成する（図３参照）。第２タイミングコントローラ２４０は、第２画像データＤＡ２と、データスタートパルスＤＳＰ２と、データクロックＤＣＫ２とを第２ソースドライバ２２０に出力し、ゲートスタートパルスＧＳＰ２とゲートクロックＧＣＫ２とを第２ゲートドライバ２３０に出力する。

第２ソースドライバ２２０は、ｎビット（ｎ＝１０）で駆動するドライバであり、データスタートパルスＤＳＰ２及びデータクロックＤＣＫ２に基づいて、第２画像データＤＡ２に応じたデータ電圧をデータ線２１１に出力する。第２ゲートドライバ２３０は、ｎビット（ｎ＝１０）で駆動するドライバであり、ゲートスタートパルスＧＳＰ２及びゲートクロックＧＣＫ２に基づいて、ゲート電圧をゲート線２１２に出力する。

各データ線２１１には、第２ソースドライバ２２０からデータ電圧が供給され、各ゲート線２１２には、第２ゲートドライバ２３０からゲート電圧が供給される。共通電極には、コモンドライバから共通電圧Ｖｃｏｍが供給される。ゲート電圧（ゲートオン電圧）がゲート線２１２に供給されると、ゲート線２１２に接続された薄膜トランジスタ２１３がオンし、薄膜トランジスタ２１３に接続されたデータ線２１１を介して、データ電圧が画素電極２１５に供給される。画素電極２１５に供給されたデータ電圧と、共通電極に供給された共通電圧Ｖｃｏｍとの差により電界が生じる。この電界により液晶を駆動してバックライト４００の光の透過率を制御することによって画像表示を行う。表示パネル２００では、白黒画像表示が行われる。尚、表示パネル２００は、周知の構成を適用することができる。

図６は、画像処理部３００の具体的な構成を示すブロック図である。画像処理部３００は、第１ガンマ処理部３１１（第１階調変換部）と、第１階調ルックアップテーブル（ＬＵＴ）３１２と、第１画像出力部３１３と、第２画像データ生成部３２１と、第２ガンマ処理部３２２（第２階調変換部）と、第２階調ルックアップテーブル（ＬＵＴ）３２３と、平均値フィルタ処理部３２４と、ディザリング処理部３２５（拡張処理部）と、第２画像出力部３２６と、を含んでいる。画像処理部３００は、ｍビット（以下では、ｍ＝１２とする。）の入力画像データＤｉｎに基づいて後述する画像処理を行い、例えば、表示パネル１００用のｎビット（ｎ＝１０）のカラー画像の第１画像データＤＡＴ１と、表示パネル２００用のｎビット（ｎ＝１０）の白黒画像の第２画像データＤＡＴ２とを生成する。また、画像処理部３００は、カラー画像と白黒画像とを合成した表示画像（合成階調）の合成ガンマ値（γ値）が所望の値（以下では、γ＝２．２とする。）になるように、第１画像データＤＡＴ１の階調（第１階調）と、第２画像データＤＡＴ２の階調（第２階調）とを決定する。

画像処理部３００は、外部のシステムから送信された１２ビットの入力画像データＤｉｎを受信すると、入力画像データＤｉｎを、第１ガンマ処理部３１１と第２画像データ生成部３２１とに転送する。尚、入力画像データＤｉｎは、例えば輝度情報（階調情報）と色情報とを含んでいる。色情報は、色を指定するための情報であり、例えば、入力画像データＤｉｎが１２ビットの場合、Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色を含む複数色それぞれの色を０〜４０９５の値で表すことができる。上記複数色には、少なくともＲ色、Ｇ色及びＢ色を含み、さらにＷ（白）色及び／又はＹ（黄）色が含まれてもよい。上記複数色がＲ色、Ｇ色及びＢ色である場合、入力画像データＤｉｎの色情報は、「ＲＧＢ値」（［Ｒ値，Ｇ値，Ｂ値］）で表される。例えば、入力画像データＤｉｎに対応する色が「白」の場合、「ＲＧＢ値」は［４０９５，４０９５，４０９５］で表され、入力画像データＤｉｎに対応する色が「赤」の場合、「ＲＧＢ値」は［４０９５，０，０］で表され、入力画像データＤｉｎに対応する色が「黒」の場合、「ＲＧＢ値」は［０，０，０］で表される。

第２画像データ生成部３２１は、１２ビットの入力画像データＤｉｎを取得すると、入力画像データＤｉｎの色情報を示す各色の値（ここではＲＧＢ値：［Ｒ値，Ｇ値，Ｂ値］）のうち最大値（Ｒ値、Ｇ値又はＢ値）を用いて白黒画像に対応する白黒画像データを生成する。具体的には、第２画像データ生成部３２１は、注目画素２１４に対応するＲＧＢ値において、該ＲＧＢ値のうち最大値を注目画素２１４の値に設定することにより白黒画像データを生成する。第２画像データ生成部３２１は、生成した白黒画像データを第２ガンマ処理部３２２に出力する。

第２ガンマ処理部３２２は、第２画像データ生成部３２１により生成された１２ビットの白黒画像データを取得すると、第２階調ＬＵＴ３２３を参照して、１４ビットの白黒画像データに対応する階調（第２階調）を決定する（第２ガンマ処理）。例えば、第２ガンマ処理部３２２は、表示パネル２００用のガンマ特性（第２ガンマ特性）に基づいて設定されたガンマ値（第２ガンマ値γ２）を用いて、１２ビットの白黒画像データの階調を、１４ビットの白黒画像データの階調に変換する。第２ガンマ処理部３２２は、上記第２ガンマ処理を施した白黒画像データを、平均値フィルタ処理部３２４に出力する。

第１ガンマ処理部３１１は、外部のシステムから１２ビットの入力画像データＤｉｎを取得すると、第１階調ＬＵＴ３１２を参照して、１０ビットのカラー画像データに対応する階調（第１階調）を決定する（第１ガンマ処理）。例えば、第１ガンマ処理部３１１は、表示パネル１００用のガンマ特性（第１ガンマ特性）に基づいて設定されたガンマ値（第１ガンマ値γ１）を用いて、１２ビットのカラー画像データの階調を、１０ビットのカラー画像データの階調に変換する。第１ガンマ処理部３１１は、上記第１ガンマ処理を施したカラー画像データを第１画像出力部３１３に出力する。尚、第１ガンマ処理部３１１は、第２ガンマ処理部３２２により上記第２ガンマ処理が施された白黒画像データの第２階調に基づいて第１階調を決定してもよい。

ここで、第１ガンマ値γ１及び第２ガンマ値γ２の設定方法について説明する。例えば、第１ガンマ値γ１及び第２ガンマ値γ２は、カラー画像と白黒画像とを合成した合成画像（表示画像）の合成ガンマ値が２．２になるように設定される。例えば、表示パネル１００の第１ガンマ特性及び表示パネル２００の第２ガンマ特性がともに、ガンマ値２．２の場合、表示パネル１００の輝度をＬｍ、表示パネル２００の輝度をＬｓとすると、合成輝度はＬｍ×Ｌｓで表される。この合成輝度Ｌｍ×Ｌｓを、入力信号Ｄｉｎ、第１ガンマ値γ１、第２ガンマ値γ２で表すと、以下の式となる。
Ｌｍ×Ｌｓ＝(Ｄｉｎ＾γ１)＾２．２×(Ｄｉｎ＾γ２)＾２．２
＝Ｄｉｎ＾(γ１×２．２)×Ｄｉｎ＾(γ２×２．２)
＝Ｄｉｎ＾（γ１×２．２＋γ２×２．２)
よって、（γ１×２．２＋γ２×２．２)＝２．２となるように、第１ガンマ値γ１及び第２ガンマ値γ２を設定すればよい。

また、液晶表示装置１０が表現可能な階調数は、第１ガンマ値γ１及び第２ガンマ値γ２の組み合わせにより変化するため、階調数が最も多くなる第１ガンマ値γ１及び第２ガンマ値γ２の組み合わせを選択することが好ましい。図７は、第１ガンマ値γ１及び第２ガンマ値γ２の組み合わせと、表示パネル１００及び表示パネル２００を合成した階調数とを比較した表である。尚、図７は、第１階調ＬＵＴ３１２及び第２階調ＬＵＴ３２３の何れもが、１２ビットの画像データ（入力画像データ）の階調を１０ビットの画像データ（出力画像データ）の階調に変換する場合において、第１ガンマ値γ１及び第２ガンマ値γ２の組み合わせを変化させたときの階調数の比較を示している。図８は、図７に示す組み合わせの一例として、第１ガンマ値γ１が０．６、第２ガンマ値γ２が０．４の場合のガンマ特性を示すグラフであり、図９は、第１ガンマ値γ１及び第２ガンマ値γ２がともに０．５の場合のガンマ特性を示すグラフである。図７の表に示すように、階調数は、第１ガンマ値γ１及び第２ガンマ値γ２がともに０．５のときが最も多くなる。そこで、本実施形態では、第１ガンマ値γ１及び第２ガンマ値γ２を、ともに０．５に設定する。

尚、図７に示す階調は以下の式により算出される。入力画像データをＤｉｎ（０〜４０９５）、第１ガンマ値γ１及び第２ガンマ値γ２を、ともに０．５とする。
カラー画像データの階調＝ｉｎｔ（（（Ｄｉｎ／４０９５）＾０．５）×１０２３）
白黒画像データの階調＝ｉｎｔ（（（Ｄｉｎ／４０９５）＾０．５）×１０２３＋０．５）
例えば、入力画像データＤｉｎの階調が２１３〜２１７の場合、入力階調は以下のように変換される。
（１）入力画像データＤｉｎ＝２１３階調の場合
カラー画像データの計算値＝２３３．３１、白黒画像データの計算値＝２３３．８１
カラー画像データの変換後階調＝２３３階調、白黒画像データの変換後階調＝２３４階調
（２）入力画像データＤｉｎ＝２１４階調の場合
カラー画像データの計算値＝２３３．８５、白黒画像データの計算値＝２３４．３５
カラー画像データの変換後階調＝２３４階調、白黒画像データの変換後階調＝２３４階調
（３）入力画像データＤｉｎ＝２１５階調の場合
カラー画像データの計算値＝２３４．４０、白黒画像データの計算値＝２３４．９０
カラー画像データの変換後階調＝２３４階調、白黒画像データの変換後階調＝２３５階調
（４）入力画像データＤｉｎ＝２１６階調の場合
カラー画像データの計算値＝２３４．９５、白黒画像データの計算値＝２３５．４５
カラー画像データの変換後階調＝２３５階調、白黒画像データの変換後階調＝２３５階調
（５）入力画像データＤｉｎ＝２１７階調の場合
カラー画像データの計算値＝２３５．４９、白黒画像データの計算値＝２３５．９９
カラー画像データの変換後階調＝２３５階調、白黒画像データの変換後階調＝２３６階調

平均値フィルタ処理部３２４は、上記第２ガンマ処理が施された１４ビットの白黒画像データを取得すると、該白黒画像データに対して、各フレームにおいて全ての画素２１４に共通の平均値フィルタを用いて平滑化処理を実行する。例えば、平均値フィルタ処理部３２４は、各画素２１４（注目画素）について、周囲の上下左右１１個の画素からなる１１×１１画素領域をフィルタサイズとして、このフィルタサイズ内の輝度の平均値をその画素２１４（注目画素）の輝度とする処理を実行する。フィルタサイズは、１１×１１画素領域に限定されないが、各フレームにおいて全ての画素２１４に対して共通のフィルタサイズに設定される。またフィルタ形状は、正方形に限定されず円形でもよい。上記平滑化処理によれば、高周波成分が削除されるため輝度変化を滑らかにすることができる。平均値フィルタ処理部３２４は、上記平滑化処理を施した１４ビットの白黒画像データを、ディザリング処理部３２５に出力する。

ディザリング処理部３２５は、上記平滑化処理が施された１４ビットの白黒画像データを取得すると、該白黒画像データに対して、階調表現を拡張する拡張処理（ディザリング処理）を実行する。例えば、ディザリング処理部３２５は、１４ビットの白黒画像データを１０ビットの白黒画像データに変換するとともに、所定のディザパターンを用いて面積方向の平均で階調を拡張する。上記ディザリング処理により、入力画像データＤｉｎの１２ビットの階調を１０ビットで疑似的に表現することが可能となる。図１０は、ディザリング処理の一例を示す図である。図１０では、１０ビットの階調データを８ビットの階調データに変換する場合を示している。上記ディザリング処理は、誤差拡散法を用いてもよい。図１１は、誤差拡散法によるディザリング処理の一例を示す図である。誤差拡散法によれば、８ビットの階調データへの変換処理によって生じた誤差を周辺の画素に拡散させるフィードバック処理を行うことにより、画像の品質を向上させることができる。ディザリング処理及び誤差拡散法は、周知の技術を適用することができる。ディザリング処理部３２５は、上記拡張処理を施した１０ビットの白黒画像データを、第２画像出力部３２６に出力する。

第１画像出力部３１３は、１０ビットのカラー画像データ（第１階調）を第１画像データＤＡＴ１として第１タイミングコントローラ１４０に出力し、第２画像出力部３２６は、１０ビットの白黒画像データ（第２階調）を第２画像データＤＡＴ２として第２タイミングコントローラ２４０に出力する。また画像処理部３００は、第１タイミングコントローラ１４０に第１制御信号ＣＳ１を出力し、第２タイミングコントローラ２４０に第２制御信号ＣＳ２を出力する（図２及び図３）。尚、画像処理部３００は、上記処理に加えて、第２画像データ生成部３２１から出力された白黒画像データに対して高輝度領域を拡張する拡張フィルタ処理や、第２ガンマ処理部３２２から出力された白黒画像データに対して、輝度が大きく変化する境界（エッジ）を検出（強調）する微分フィルタ処理を実行してもよい。

以上のように、本実施形態に係る画像処理部３００は、第１ガンマ値γ１（＝０．５）に基づいて１２ビットの入力画像データＤｉｎを１０ビットの階調データ（カラー画像データ）に変換するとともに、第２ガンマ値γ２（＝０．５）に基づいて１２ビットの入力画像データＤｉｎを１４ビットの階調データ（白黒画像データ）に変換した後、ディザリング処理を施して１４ビットの階調データを１０ビットの階調データに変換する。これにより、図１２の表に示すように、合成階調数が、１２ビットの入力画像データＤｉｎで表現可能な階調数と同じ階調数（４０９５）となる。尚、図１２は、第１ガンマ値γ１及び第２ガンマ値γ２を０．５に設定し、第１階調ＬＵＴ３１２及び第２階調ＬＵＴ３２３への入力画像データを１２ビットに設定した場合において、第１階調ＬＵＴ３１２の出力画像データのビット数と、第２階調ＬＵＴ３２３の出力画像データのビット数との組み合わせを変化させたときの階調数の比較を示している。

画像処理部３００は、上記構成に限定されない。例えば、画像処理部３００の第２ガンマ処理部３２２が、第２ガンマ値γ２（＝０．５）を用いて１２ビットの入力画像データＤｉｎの階調を１２ビットの白黒画像データの階調に変換し、ディザリング処理部３２５が、１２ビットの白黒画像データの階調を１０ビットの白黒画像データの階調に変換してもよい。この構成によれば、図１２の表に示すように、合成階調数は２７０５となる。

このように、画像処理部３００は、ｍビットの入力画像データＤｉｎの階調を、表示パネル１００の第１ガンマ特性（ガンマ値２．２）に基づいて、ｎ（但し、ｎ＜ｍ）ビットの階調に変換して第１画像データＤＡＴ１を生成するとともに、ｍビットの入力画像データＤｉｎの階調を、表示パネル２００の第２ガンマ特性（ガンマ値２．２）に基づいて、ｍ１ビット（但し、ｍ１≧ｍ）の階調に変換し、ｍ１ビットの階調に変換された入力画像データＤｉｎに対して、ｎビットで階調表現を拡張する拡張処理を実行して第２画像データＤＡＴ２を生成する。これにより、入力画像データＤｉｎのビット数（ｍビット）が、表示パネル１００及び表示パネル２００の駆動ビット数（ｎビット）より多い場合でも、表現可能な階調数（上記の例では２７０５又は４０９５）を、表示パネル１００及び表示パネル２００の駆動ビット数に応じた階調数（上記の例では１７９１）より増加させることができる。

尚、階調表現を拡張する拡張処理は、ディザリング処理に限定されず、例えば、フレームレートコントロール処理（ＦＲＣ）であってもよい。図１３は、フレームレートコントロール処理の一例を示す図である。例えば、６５階調を表す１０ビットの画像データを８ビットの画像データで表現する場合、時間軸方向（例えば４フレーム分）で平均化して６５階調を表現する。フレームレートコントロール処理は周知の方法を適用することができる。

ここで、入力画像データＤｉｎがＲＧＢ形式の場合に、第１ガンマ処理部３１１がＲＧＢデータの階調を用いて第１ガンマ処理を実行した場合、色ずれが生じる問題がある。図１４は、ＲＧＢデータの階調を用いて第１ガンマ処理を実行した場合の画像の色を比較した表である。図１４では、一例として、８ビット（２５６階調）の入力画像データＤｉｎにおいて、「ＲＧＢ値」が［６７，２５，５］の場合を示している。この場合、合成画像のＧ階調及びＢ階調が、入力画像データＤｉｎに対応するＧ階調及びＢ階調と異なり、色ずれが生じることが分かる。

そこで、本実施形態に係る画像処理部３００は、図１５に示すように、第１ガンマ処理部３１１の前段に、ＲＧＢ形式をＨＳＶ形式（色相(Hue)、彩度(Saturation)、明度(Value)）に変換するＨＳＶ変換部３１４（第１信号変換部）を設け、第１ガンマ処理部３１１の後段に、ＨＳＶ形式をＲＧＢ形式に変換するＲＧＢ変換部３１５（第２信号変換部）と、を設けることが好ましい。図１６は、ＨＳＶデータの階調を用いて第１ガンマ処理を実行した場合の画像の色を比較した表である。図１５の構成によれば、図１６に示すように、合成画像の各階調が入力画像データＤｉｎに対応する階調と一致し、色ずれを防止できることが分かる。上記構成は、ＨＳＶデータの階調を用いてガンマ処理を実行した例を示したが、これに限定されない。例えば、ＨＳＶ（ＨＳＬ、ＨＳＩなどとも呼ばれる）データの階調を用いてガンマ処理を行った場合も上記と同様の効果を得ることができる。

画像処理部３００は、上記構成に限定されない。図６に示す構成において、ディザリング処理部３２５が省略されてもよい。この場合、平均値フィルタ処理部３２４が、平均値フィルタを用いて平滑化処理を実行することで階調表現を拡張する。すなわち、平均値フィルタ処理部３２４は、階調表現を拡張する拡張処理を実行する拡張処理部として機能する。尚、この構成は、入力画像が、階調差を有する画像である場合に有効である。

尚、本実施形態に係る液晶表示装置１０では、表示パネル１００が、観察者から遠い位置（後側）に配置され、表示パネル２００が、観察者に近い位置（前側）に配置されてもよい。また、表示パネル１００及び表示パネル２００が、ともに白黒画像を表示する構成であってもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で上記各実施形態から当業者が適宜変更した形態も本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでもない。

１０液晶表示装置、１００，２００表示パネル、１２０第１ソースドライバ、１３０第１ゲートドライバ、１４０第１タイミングコントローラ、２２０第２ソースドライバ、２３０第２ゲートドライバ、２４０第２タイミングコントローラ、３００画像処理部、３１１第１ガンマ処理部、３１２第１階調ＬＵＴ、３１３第１画像出力部、３１４ＨＳＶ変換部、３１５ＲＧＢ変換部、３２１第２画像データ生成部、３２２第２ガンマ処理部、３２３第２階調ＬＵＴ、３２４平均値フィルタ処理部、３２５ディザリング処理部、３２６第２画像出力部。

Claims

複数の表示パネルが重ね合わされて配置され、それぞれの前記表示パネルに画像を表示する表示装置であって、
ｍビットの入力画像データに基づいて、第１画像を表示する、ｎビット（但し、ｎ＜ｍ）駆動の第１表示パネルと、
前記ｍビットの入力画像データに基づいて、第２画像を表示する、前記ｎビット駆動の第２表示パネルと、
前記ｍビットの前記入力画像データの階調を、前記第１表示パネルの第１ガンマ特性に基づいて、前記ｎビットの階調に変換する第１階調変換部と、前記ｍビットの前記入力画像データの階調を、前記第２表示パネルの第２ガンマ特性に基づいて、ｍ１ビット（但し、ｍ１≧ｍ）の階調に変換する第２階調変換部と、前記ｍ１ビットの階調に変換された前記入力画像データを前記ｎビットに変換するとともに階調表現を拡張する拡張処理を実行する拡張処理部と、を含む画像処理部と、
を含み、
前記第１表示パネルは、前記第１階調変換部により階調が変換された前記ｎビットの前記入力画像データに基づいて、前記第１画像を表示し、
前記第２表示パネルは、前記拡張処理が施された前記ｎビットの前記入力画像データに基づいて、前記第２画像を表示する、
ことを特徴とする液晶表示装置。
前記第１階調変換部は、第１ガンマ値を用いて前記ｍビットの階調を前記ｎビットの階調に変換し、
前記第２階調変換部は、第２ガンマ値を用いて前記ｍビットの階調を前記ｍ１ビットの階調に変換し、
前記第１ガンマ値及び前記第２ガンマ値は互いに等しい、
ことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
前記拡張処理は、面積方向の平均で階調を拡張するディザリング処理である、
ことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
前記拡張処理は、時間軸方向の平均で階調を拡張するフレームレートコントロール処理である、
ことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
前記拡張処理は、平均値フィルタを用いて、輝度が変化する境界を平滑化する平滑化処理である、
ことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
前記画像処理部は、さらに、ＲＧＢ形式の前記入力画像データの形式をＨＳＶ形式に変換する第１信号変換部と、前記ＨＳＶ形式に変換された前記入力画像データの形式を前記ＲＧＢ形式に変換する第２信号変換部と、を含み、
前記第１階調変換部は、前記第１信号変換部により前記ＨＳＶ形式に変換された前記ｍビットの前記入力画像データの階調を、前記第１ガンマ特性に基づいて、前記ｎビットの階調に変換し、
前記第２信号変換部は、前記第１階調変換部により前記ｎビットに変換された前記ＨＳＶ形式の前記入力画像データの形式を、前記ＲＧＢ形式に変換する、
ことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
前記第１ガンマ値及び前記第２ガンマ値は０．５であり、前記第１画像と前記第２画像とを合成した表示画像の合成ガンマ値は２．２である、
ことを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。