JP6884509B2 - 画像表示装置および画像表示装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、コントラスト比の改善とともに、階調表現の改良を図る画像表示装置および画像表示装置の製造方法に関する。

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、このような２枚のＬＣＤパネルを用いた画像表示装置は、階調表現能力に限界があるといった問題があり、図面を用いて、以下に説明する。

図１５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１５に示すように、ＲＧＢパネルは、ＲＧＢのカラーフィルタが貼られて、サブピクセル構造がとられている。一方、ＬＶパネルは、ＲＧＢパネルの１画素に対応した大きさで、カラーフィルタのないピクセル構造がとられている。

ＬＶパネルの下側に配置されたバックライトユニットから照射された光が、ＬＶパネルおよびＲＧＢパネルを通過して、各パネルに与えられた階調に応じた画像が表示される。入力されたＲＧＢ画像に対し、ＬＶパネルが画素単位でライトバルブ動作をすることで、黒浮きをなくし、コントラストの向上を図っている。

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ＲＧＢパネルおよびＬＶパネルの階調特性を示した図である。さらに、図１７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合成透過率を示した図である。２枚のＬＣＤパネルを用いた従来の画像表示装置は、図１６のような階調特性が設定されることで、図１７に示すように、合成階調値が、人が見た時に自然になるようになっている。

図１８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両パネルの画素値の相関関係を示した図である。ＲＧＢパネルもＬＶパネルも、それぞれ８ビットとして生成され、かつ、ＬＶパネルの画素値は、ＲＧＢパネルの画素値に基づいて生成される。このため、図１８に示すように、ＲＧＢパネルとＬＶパネルのそれぞれの画素値は、相関が高くなり、ｙ＝ｘの直線のまわりに、合成階調値が存在することになり、表現できる階調数が理論値よりも少なくなる。

すなわち、２枚のＬＣＤパネルを用いた従来の画像表示装置は、理論的には、コントラスト比を改善できるが、パネルのドライバが８ビットしかない制約のため、階調の表現能力を十分に発揮できていなかった問題があった。

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、階調表現能力を向上させることのできる画像表示装置および画像表示装置の製造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、バックライト光が後面側ＬＣＤパネル、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、前面側ＬＣＤパネルの各画素は、並列に配列されたＲＧＢ用サブピクセルで構成され、後面側ＬＣＤパネルの各画素は、ＲＧＢ用サブピクセルと直交する方向に配列された複数のＬＶ用サブピクセルで構成され、入力されたＲＧＢ画像信号に基づいて生成された１つのグレー画像信号の濃淡値に応じて、複数のＬＶ用サブピクセルに供給する点灯階調値の範囲と階調特性を個別に制御するＬＶコントローラを備えるものである。

また、本発明に係る画像表示装置の製造方法は、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、バックライト光が後面側ＬＣＤパネル、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の製造方法であって、前面側ＬＣＤパネルの各画素を、並列に配列されたＲＧＢ用サブピクセルで構成し、ＲＧＢのそれぞれの色の階調値に応じて対応するＲＧＢ用サブピクセルの液晶の透過率を個別制御できる回路を備えるようにして、前面側ＬＣＤパネルを製造する第１ステップと、後面側ＬＣＤパネルの各画素を、ＲＧＢ用サブピクセルと直交する方向に配列された複数のＬＶ用サブピクセルで構成し、ＲＧＢのそれぞれの色の階調値に応じて対応する複数のＬＶ用サブピクセルの液晶の透過率を個別制御できる回路を備えるようにして、後面側ＬＣＤパネルを製造する第２ステップと、ＲＧＢ用サブピクセルが並列配置された方向と複数のＬＶ用サブピクセルが並列配置された方向が互いに直交するように、第１ステップで製造された前面側ＬＣＤパネルと、第２ステップで製造された後面側ＬＣＤパネルとを貼り合わせる第３ステップとを有するものである。

本発明によれば、ＬＶパネルのピクセル構成をＲＧＢパネルと同様に、サブピクセル構造とするとともに、両パネルのサブピクセル構造を直交させるようにして２枚のＬＣＤパネルを用いた画像表示装置を実現している。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、階調表現能力を向上させることのできる画像表示装置および画像表示装置の製造方法を得ることができる。

従来の液晶表示装置におけるＲＧＢパネルの画素構造とＬＶパネルの画素構造を示した図である。 本実施の形態１に係る液晶表示装置におけるＲＧＢパネルの画素構造とＬＶパネルの画素構造を示した図である。 本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置において、ＬＶパネルのサブピクセルＷ１〜Ｗ３のそれぞれに関する階調特性を示した図である。 本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置の合成透過率の特性を示す図である。 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におけるエッジ検出回路の内部構成を示した図である。 本発明の実施の形態１におけるサブピクセルコントローラの内部構成を示した図である。 本発明の実施の形態１における画像表示装置のシミュレーション結果による第１の部分の拡大画像を示した図である。 本発明の実施の形態１における画像表示装置のシミュレーション結果による第２の部分の拡大画像を示した図である。 本発明の実施の形態２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２におけるエッジ検出回路の内部構成を示した図である。 本発明の実施の形態２におけるサブピクセルコントローラの内部構成を示した図である。 本発明の実施の形態２における画像表示装置のシミュレーション結果による第１の部分の拡大画像を示した図である。 本発明の実施の形態２における画像表示装置のシミュレーション結果による第２の部分の拡大画像を示した図である。 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。 ２枚のＬＣＤパネルを用いた従来の画像表示装置におけるＲＧＢパネルおよびＬＶパネルの階調特性を示した図である。 ２枚のＬＣＤパネルを用いた従来の画像表示装置における合成透過率を示した図である。 ２枚のＬＣＤパネルを用いた従来の画像表示装置における両パネルの画素値の相関関係を示した図である。

以下、本発明の画像表示装置および画像表示装置の製造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表示装置の製造方法において、サブピクセル構造を有するＬＶパネルを採用し、ＲＧＢパネルのサブピクセル構造とＬＶパネルのサブピクセル構造とが互いに直交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、階調表現能力を向上させることを技術的特徴とするものである。

実施の形態１．
まず始めに、本願発明の特徴について、概要を説明する。
図１は、従来の液晶表示装置におけるＲＧＢパネルの画素構造とＬＶパネルの画素構造を示した図である。これに対して、図２は、本実施の形態１に係る液晶表示装置におけるＲＧＢパネルの画素構造とＬＶパネルの画素構造を示した図である。

従来は、図１に示すように、ＲＧＢパネルがＲ、Ｇ、Ｂのサブピクセル構造を有しているのに対して、ＬＶパネルは、１つの画素として構成されていた。これに対して、本実施の形態１は、図２に示すように、ＲＧＢパネルがＲ、Ｇ、Ｂのサブピクセル構造を有しているのに対して、ＬＶパネルは、ＲＧＢパネルのサブピクセル構造と直交するようなサブピクセル構造を有している。

ＲＧＢパネルは、それぞれの色の階調値に応じて、対応するＲＧＢサブピクセルの液晶の透過率が変わることで、基本的な色表現を行う。これに対して、ＬＶパネルのサブピクセルＷ１〜Ｗ３のそれぞれは、ＲＧＢの階調値に応じて、各サブピクセルの透過率を変えることで、細かな階調表現を加えるライトバルブとして動作する。なお、ＬＶパネルの各サブピクセルには、それぞれ８ビットのドライバが接続されている。

図３は、本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置において、ＬＶパネルのサブピクセルＷ１〜Ｗ３のそれぞれに関する階調特性を示した図である。図３に示すように、サブピクセルＷ１、Ｗ２、Ｗ３のそれぞれについて、点灯階調値の範囲と階調特性に応じた透過率を設定し、順次点灯させるように制御することで、先の図１に示したような単体のピクセル構造Ｗの場合に比べて、３倍の階調表現能力（すなわち、０〜７６５の階調レベル）を与えることができる。

図４は、本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置の合成透過率の特性を示す図である。先の図３のようにして、サブピクセルＷ１〜Ｗ３を点灯制御した結果として、３倍の階調表現能力が得られるとともに、１ピクセルＷとして構成されていた場合と同様に、リニアな合成透過率を実現できる。

次に、本実施の形態１に係る液晶表示装置の全体構成を説明するとともに、サブピクセル構造化されたＬＶパネルの具体的な制御方法について、図面を用いて説明する。図５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５に示した画像表示装置は、ＲＧＢコントローラ１０、およびＬＶコントローラ２０を備えて構成されている。

ここで、ＲＧＢコントローラ１０は、ビット拡張回路１１、遅延回路１２、階調変換回路１３、および色バランスコントローラ１４を含んで構成され、色バランスコントローラ１４からの出力がＲＧＢパネル１に供給される。

また、ＬＶコントローラ２０は、グレーコンバータ２１、階調変換回路２２（１）、エッジ検出回路２３（１）、およびサブピクセルコントローラ２４（１）を含んで構成され、サブピクセルコントローラ２４（１）からの出力がＬＶパネル２に供給される。

次に、ＲＧＢコントローラ１０、およびＬＶコントローラ２０による信号処理について、概要を説明する。

ビット拡張回路１１は、一例として、入力されたＲＧＢ各８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１１は、ビット拡張後のＲＧＢ画像を、遅延回路１２、およびグレーコンバータ２１のそれぞれに送信する。

なお、図１に示した構成では、ビット拡張回路１１をＲＧＢコントローラ１０内に設けているが、ビット拡張回路１１をＲＧＢコントローラ１０の外部に設け、ビット拡張後のＲＧＢ画像を、ＲＧＢコントローラ１０とＬＶコントローラ２０に供給する構成とすることも可能である。

また、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といった処理が不要の場合には、ビット拡張回路１１をなくした構成を採用することも可能である。

ＲＧＢコントローラ１０内の遅延回路１２は、ビット拡張回路１１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２０内でのグレーコンバータ２１、エッジ検出回路２３（１）、およびサブピクセルコントローラ２４（１）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１０内の階調変換回路１３は、遅延後のそれぞれの色ごとに、ＬＵＴ（ルックアップテーブル）を用いて階調変換を行う。

一方、ＬＶコントローラ２０内のグレーコンバータ２１は、ビット拡張回路１１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２１は、ＲＧＢコントローラ１０内の色バランスコントローラ１４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２０内の階調変換回路２２（１）は、グレー画像に対して、ＬＵＴを用いて階調変換を行う。本実施の形態１における階調変換回路２２（１）は、先の図３で説明したような階調特性を有するように、３つのサブピクセルＷ１、Ｗ２、Ｗ３に関する８ビットの画素値を出力することとなる。

次に、ＬＶコントローラ２０内のエッジ検出回路２３（１）は、グレー画像に対して、エッジ検出処理を行い、２ビットの信号Ｓ０、Ｓ１を出力する。図６は、本発明の実施の形態１におけるエッジ検出回路２３（１）の内部構成を示した図である。本実施の形態１におけるエッジ検出回路２３（１）は、ラインメモリ２３１、差分器２３２、絶対値演算器２３３、および２つの比較器２３４、２３５を備えて構成されている。

差分器２３２は、グレーコンバータ２１から出力されたグレー画像について、注目ラインの画像データを端子Ａから読み込む。また、差分器２３２は、グレーコンバータ２１から出力されたグレー画像について、注目ラインよりも１ライン上のラインの画像データを、ラインメモリ２３１を介して端子Ｂから読み込む。そして、差分器２３２は、端子Ａのデータから端子Ｂのデータを引いた値を差分値として算出し、出力する。

比較器２３４は、差分器２３２で算出された差分値を０と比較し、信号Ｓ０を出力する。具体的には、比較器２３４は、差分値が正の場合には、画素が明→暗に変化したと判断し、Ｓ０＝０を出力する。一方、比較器２３４は、差分値が負の場合には、画素が暗→明に変化したと判断し、Ｓ０＝１を出力する。なお、差分値がゼロの場合は、０か１のいずれか一方の値を出力するように、あらかじめ決めておくことができる。

また、比較器２３５は、差分器２３２で算出された差分値の絶対値をあらかじめ決められた閾値ＴＨと比較し、信号Ｓ１を出力する。具体的には、比較器２３５は、絶対値が閾値ＴＨ未満の場合には、エッジではないと判断し、Ｓ１＝０を出力する。一方、比較器２３５は、絶対値が閾値ＴＨ以上の場合には、エッジであると判断し、Ｓ１＝１を出力する。

このようにして、エッジ検出回路２３（１）は、グレーコンバータ２１から出力されたグレー画像に基づいて、ライン間差分の正負の情報を信号Ｓ０として出力し、エッジの有無の情報を信号Ｓ１として出力することができる。

次に、図５の構成に戻って、サブピクセルコントローラ２４（１）は、階調変換回路２２（１）から出力された３つのサブピクセルＷ１、Ｗ２、Ｗ３に関する８ビットの画素値と、エッジ検出回路２３（１）から出力された信号Ｓ０、Ｓ１に基づいて、ＬＶパネル２および色バランスコントローラ１４に供給するための３つの８ビット信号Ｗ１’、Ｗ２’、Ｗ３’を生成する。

図７は、本発明の実施の形態１におけるサブピクセルコントローラ２４（１）の内部構成を示した図である。本実施の形態１におけるサブピクセルコントローラ２４（１）は、平均演算器２４１、および３つの選択器２４２〜２４４を備えて構成されている。

平均演算器２４１は、階調変換回路２２（１）から出力された３つのサブピクセルＷ１、Ｗ２、Ｗ３に関する８ビットの画素値の平均値を演算する。そして、この平均値は、３つの選択器２４２〜２４４の端子Ａおよび端子Ｂにそれぞれ入力される。

選択器２４２は、サブピクセルＷ１に関する８ビットの画素値を端子Ｃから読み取り、サブピクセルＷ３に関する８ビットの画素値を端子Ｄから読み取る。選択器２４３は、サブピクセルＷ２に関する８ビットの画素値を端子Ｃおよび端Ｄから読み取る。また、選択器２４４は、サブピクセルＷ３に関する８ビットの画素値を端子Ｃから読み取り、サブピクセルＷ１に関する８ビットの画素値を端子Ｄから読み取る。

そして、それぞれの選択器２４２〜２４４は、図７の右下に示したテーブルに従って、信号Ｓ０、Ｓ１の組合せに応じて、端子Ａ〜端子Ｄのいずれかを選択してＷ１’〜Ｗ３’として出力する。

このようにして、サブピクセルコントローラ２４（１）は、信号Ｓ０、Ｓ１によって表現されるエッジの状況に応じて、Ｗ１〜Ｗ３、あるは平均値（Ｗ１＋Ｗ２＋Ｗ３）／３のいずれかを選択して出力することで、先の図３に示したような３倍の階調表現能力を実現することができる。

次に、本実施の形態１における画像表示装置による垂直方向の階調表現能力（すなわち、垂直解像度）の向上について、シミュレーション結果を用いて説明する。図８は、本発明の実施の形態１における画像表示装置のシミュレーション結果による第１の部分の拡大画像を示した図である。同様に、図９は、本発明の実施の形態１における画像表示装置のシミュレーション結果による第２の部分の拡大画像を示した図である。

図８において、（ａ）〜（ｄ）は、以下の内容を示したものである。
図８（ａ）：オリジナルの入力画像、ＲＧＢパネルに表示される画像、ＬＶパネルに表示される画像、合成画像、のそれぞれを全画面について示したもの。
図８（ｂ）：第１の部分に関して、ＲＧＢパネルに表示された画像を拡大したもの。
図８（ｃ）：第１に部分に関して、サブピクセル化されていないＬＶパネルに表示された画像、およびその結果得られる合成画像を拡大したもの。
図８（ｄ）：第１に部分に関して、サブピクセル化されたＬＶパネルに表示された画像、およびその結果得られる合成画像を拡大したもの。

同様に、図９において、（ａ）〜（ｄ）は、以下の内容を示したものである。
図９（ａ）：オリジナルの入力画像、ＲＧＢパネルに表示される画像、ＬＶパネルに表示される画像、合成画像、のそれぞれを全画面について示したもの。
図９（ｂ）：第２の部分に関して、ＲＧＢパネルに表示された画像を拡大したもの。
図９（ｃ）：第２に部分に関して、サブピクセル化されていないＬＶパネルに表示された画像、およびその結果得られる合成画像を拡大したもの。
図９（ｄ）：第２に部分に関して、サブピクセル化されたＬＶパネルに表示された画像、およびその結果得られる合成画像を拡大したもの。

図８、図９いずれの場合も、暗から明に変化する画像のエッジ部分に関して、ＬＶパネルのサブピクセルにより、１画素内の濃淡レベルを細分化することで、結果としてられる合成画像の垂直解像度が改善されていることが確認できた。

以上のように、実施の形態１によれば、ＬＶパネルの画素をサブピクセル構造とするとともに、ＲＧＢパネルとＬＶパネルのサブピクセル構造を互いに直交させる構成を備えている。この結果、従来の８ビットの液晶ドライバで実現していた階調に対し、さらに高階調の表現能力を実現することができる。

また、２枚の液晶パネルのサブピクセル構造において、入力された画像のエッジの存在位置に応じて、ＬＶパネル内のサブピクセルの点灯制御を行うことで、垂直解像度を向上させ、より映像を鮮鋭化することができる。

実施の形態２．
本実施の形態２に係る液晶表示装置は、ＬＶパネル２のサブピクセル構造については、先の実施の形態１と同じであるが、ＬＶコントローラ２０による具体的な制御内容が先の実施の形態１とは異なっている。そこで、先の実施の形態１との相違点を中心に、本実施の形態２に係る液晶表示装置について、図面を用いて説明する。

図１０は、本発明の実施の形態２における画像表示装置の信号処理ブロック図である。図１０に示した画像表示装置は、ＲＧＢコントローラ１０、およびＬＶコントローラ２０を備えて構成されている。

ここで、ＲＧＢコントローラ１０は、ビット拡張回路１１、遅延回路１２、階調変換回路１３、および色バランスコントローラ１４を含んで構成され、色バランスコントローラ１４からの出力がＲＧＢパネル１に供給される。ＲＧＢコントローラ１０の構成および機能は、先の実施の形態１と同様であり、説明を省略する。

一方、ＬＶコントローラ２０は、グレーコンバータ２１、階調変換回路２２（２）、エッジ検出回路２３（２）、およびサブピクセルコントローラ２４（２）を含んで構成され、サブピクセルコントローラ２４（２）からの出力がＬＶパネル２に供給される。先の実施の形態１と比較すると、グレーコンバータ２１の機能は同一であるが、階調変換回路２２（２）、エッジ検出回路２３（２）、およびサブピクセルコントローラ２４（２）の具体的な信号処理に関しては、先の実施の形態１と異なっており、以下に、相違点を中心に説明する。

ＬＶコントローラ２０内の階調変換回路２２（２）は、グレー画像に対して、ＬＵＴを用いて階調変換を行う。本実施の形態２における階調変換回路２２（２）は、３つのサブピクセルＷ１、Ｗ２、Ｗ３に関して共通の８ビットの画素値を出力する。

次に、ＬＶコントローラ２０内のエッジ検出回路２３（２）は、グレー画像に対して、エッジ検出処理を行い、２ビットの信号ＳＬ、ＳＵを出力する。図１１は、本発明の実施の形態２におけるエッジ検出回路２３（２）の内部構成を示した図である。本実施の形態２におけるエッジ検出回路２３（２）は、２つのラインメモリ２３６ａ、２３６ｂ、２つの差分器２３７ａ、２３７ｂ、２つの絶対値演算器２３８ａ、２３８ｂ、および２つの比較器２３９ａ、２３９ｂを備えて構成されている。

差分器２３７ａは、グレーコンバータ２１から出力されたグレー画像について、注目ラインよりも１ライン下の画像データを端子Ａから読み込む。また、差分器２３７ａは、グレーコンバータ２１から出力されたグレー画像について、注目ラインの画像データを、ラインメモリ２３６ａを介して端子Ｂから読み込む。そして、差分器２３７ａは、端子Ａのデータから端子Ｂのデータを引いた値を差分値として算出し、出力する。

絶対値演算器２３８ａは、差分器２３７ａで算出された差分値の絶対値を算出する。そして、比較器２３９ａは、絶対値演算器２３８ａで算出された差分値の絶対値を、あらかじめ決められた閾値ＴＨと比較し、信号ＳＬを出力する。具体的には、比較器２３９ａは、絶対値が閾値ＴＨ未満の場合には、注目ラインから下のラインに向けて、エッジが存在しないと判断し、ＳＬ＝０を出力する。一方、比較器２３９ａは、絶対値が閾値ＴＨ以上の場合には、注目ラインから下のラインに向けて、エッジが存在すると判断し、ＳＬ＝１を出力する。

同様に、差分器２３７ｂは、ラインメモリ２３６ａから出力された注目ラインの画像データを端子Ａから読み込む。また、差分器２３７ｂは、ラインメモリ２３６ａから出力された注目ラインの画像データよりも１つ上のラインの画像データを、ラインメモリ２３６ｂを介して端子Ｂから読み込む。そして、差分器２３７ｂは、端子Ａのデータから端子Ｂのデータを引いた値を差分値として算出し、出力する。

絶対値演算器２３８ｂは、差分器２３７ｂで算出された差分値の絶対値を算出する。そして、比較器２３９ｂは、絶対値演算器２３８ｂで算出された差分値の絶対値を、あらかじめ決められた閾値ＴＨと比較し、信号ＳＵを出力する。具体的には、比較器２３９ｂは、絶対値が閾値ＴＨ未満の場合には、注目ラインよりも上のラインから注目ラインに向けて、エッジが存在しないと判断し、ＳＵ＝０を出力する。一方、比較器２３９ｂは、絶対値が閾値ＴＨ以上の場合には、注目ラインよりも上のラインから注目ラインに向けて、エッジが存在すると判断し、ＳＵ＝１を出力する。

このようにして、エッジ検出回路２３（２）は、グレーコンバータ２１から出力されたグレー画像に基づいて、注目ラインから下のラインへのエッジの有無の情報を信号ＳＬとして出力し、注目ラインよりも上のラインから注目ラインへのエッジの有無の情報を信号ＳＵとして出力することができる。

次に、図１０の構成に戻って、サブピクセルコントローラ２４（２）は、階調変換回路２２（２）から出力された３つのサブピクセルＷ１、Ｗ２、Ｗ３に共通の８ビットの画素値と、エッジ検出回路２３（２）から出力された信号ＳＵ、ＳＬに基づいて、ＬＶパネル２および色バランスコントローラ１４に供給するための３つの８ビット信号Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３を生成する。

図１２は、本発明の実施の形態２におけるサブピクセルコントローラ２４（２）の内部構成を示した図である。本実施の形態２におけるサブピクセルコントローラ２４（２）は、２つのラインメモリ２４５ａ、２４５ｂ、２つの加重平均演算器２４６ａ、２４６ｂ、および２つの選択器２４７ａ、２４７ｂを備えて構成されている。

サブピクセルコントローラ２４（２）には、階調変換回路２２（２）から出力された８ビットの画素値が順次読み込まれる。また、ラインメモリ２４５ａは、注目ラインよりも下のラインＷＬの画像データを入力として、注目ラインＷＣの画素データを出力する。さらに、ラインメモリ２４５ｂは、注目ラインＷＣの画像データを入力として、注目ラインよりも上のラインＷＵの画素データを出力する。

加重平均演算器２４６ａは、ＷＬ、ＷＣから、（ＷＬ＋２×ＷＣ）／３による加重平均値を算出する。一方、加重平均演算器２４６ｂは、ＷＣ、ＷＵから、（ＷＵ＋２×ＷＣ）／３による加重平均値を算出する。

選択器２４７ａは、注目ラインＷＣの画素値を端子Ａから読み取り、加重平均演算器２４６ａで算出された値を端子Ｂから読み取る。一方、選択器２４７ｂは、注目ラインＷＣの画素値を端子Ａから読み取り、加重平均演算器２４６ｂで算出された値を端子Ｂから読み取る。

そして、それぞれの選択器２４７ａ、２４７ｂは、図１２の右下に示したテーブルに従って、信号ＳＬ、ＳＵに応じて、端子Ａまたは端子Ｂのいずれかを選択してＷ１〜Ｗ３として出力する。

このようにして、サブピクセルコントローラ２４（２）は、信号ＳＬ、ＳＵによって表現される、注目ラインとその上下のラインとのエッジの有無に応じて、Ｗ１〜Ｗ３を選択出力することで、先の図３に示したような３倍の階調表現能力を実現することができる。

次に、本実施の形態２における画像表示装置による垂直方向の階調表現能力（すなわち、垂直解像度）の向上について、シミュレーション結果を用いて説明する。図１３は、本発明の実施の形態２における画像表示装置のシミュレーション結果による第１の部分の拡大画像を示した図である。同様に、図１４は、本発明の実施の形態２における画像表示装置のシミュレーション結果による第２の部分の拡大画像を示した図である。

図１３において、（ａ）〜（ｄ）は、以下の内容を示したものである。
図１３（ａ）：オリジナルの入力画像、ＲＧＢパネルに表示される画像、ＬＶパネルに表示される画像、合成画像、のそれぞれを全画面について示したもの。
図１３（ｂ）：第１の部分に関して、ＲＧＢパネルに表示された画像を拡大したもの。
図１３（ｃ）：第１に部分に関して、サブピクセル化されていないＬＶパネルに表示された画像、およびその結果得られる合成画像を拡大したもの。
図１３（ｄ）：第１に部分に関して、サブピクセル化されたＬＶパネルに表示された画像、およびその結果得られる合成画像を拡大したもの。

同様に、図１４において、（ａ）〜（ｄ）は、以下の内容を示したものである。
図１４（ａ）：オリジナルの入力画像、ＲＧＢパネルに表示される画像、ＬＶパネルに表示される画像、合成画像、のそれぞれを全画面について示したもの。
図１４（ｂ）：第２の部分に関して、ＲＧＢパネルに表示された画像を拡大したもの。
図１４（ｃ）：第２に部分に関して、サブピクセル化されていないＬＶパネルに表示された画像、およびその結果得られる合成画像を拡大したもの。
図１４（ｄ）：第２に部分に関して、サブピクセル化されたＬＶパネルに表示された画像、およびその結果得られる合成画像を拡大したもの。

図１３、図１４いずれの場合も、画像のエッジ部分に関して、ＬＶパネルのサブピクセルにより、１画素内の濃淡レベルを細分化することで、結果としてられる合成画像の垂直解像度が改善されていることが確認できた。先の実施の形態１によるシミュレーション結果と比較すると、エッジ強調の度合いが緩和されているが、垂直解像度は、同様に向上している。

以上のように、実施の形態２によれば、ＬＶパネルの画素をサブピクセル構造とするとともに、ＲＧＢパネルとＬＶパネルのサブピクセル構造を互いに直交させる構成を備えている。この結果、従来の８ビットの液晶ドライバで実現していた階調に対し、さらに高階調の表現能力を実現することができる。

また、２枚の液晶パネルのサブピクセル構造において、入力された画像のエッジの存在位置に応じて、ＬＶパネル内のサブピクセルの点灯制御を行うことで、垂直解像度を向上させ、より映像を鮮鋭化することができる。

なお、上述した実施の形態１、２では、ＬＶパネル側の１画素を３つのサブピクセルで構成する場合について説明したが、４つ以上のサブピクセルで構成することも可能であり、さびピクセル数が増えるほど、より高い階調表現が可能となる。

１ ＲＧＢパネル、２ ＬＶパネル、１０ ＲＧＢコントローラ、１１ ビット拡張回路、１２ 遅延回路、１３ 階調変換回路、１４ 色バランスコントローラ、２０ ＬＶコントローラ、２１ グレーコンバータ、２２（１）、２２（２） 階調変換回路、２３（１）、２３（２） エッジ検出回路、２３１ ラインメモリ、２３２ 差分器、２３３ 絶対値演算器、２３４、２３５ 比較器、２３６ａ、２３６ｂ ラインメモリ、２３７ａ、２３７ｂ 差分器、２３８ａ、２３８ｂ 絶対値演算器、２３９ａ、２３９ｂ 比較器、２４（１）、２４（２） サブピクセルコントローラ、２４１ 平均演算器、２４２、２４３、２４４ 選択器、２４５ａ、２４５ｂ ラインメモリ、２４６ａ、２４６ｂ 加重平均演算器、２４７ａ、２４７ｂ 選択器。

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、
   前記前面側ＬＣＤパネルの各画素は、並列に配列されたＲＧＢ用サブピクセルで構成され、
   前記後面側ＬＣＤパネルの各画素は、前記ＲＧＢ用サブピクセルと直交する方向に配列された複数のＬＶ用サブピクセルで構成され、
   前記画像表示装置は前記ＲＧＢ用サブピクセルを制御するＲＧＢコントローラと前記複数のＬＶ用サブピクセルを制御するＬＶコントローラとを備え、前記ＬＶコントローラは、前記ＲＧＢコントローラから入力されたＲＧＢ画像信号に基づいてグレー画像信号を生成し、前記グレー画像信号の濃淡値に応じて、前記複数のＬＶ用サブピクセルのそれぞれの透過率を個別に制御し、
   前記ＬＶコントローラは、少なくとも１つの差分器と少なくとも２つの比較器を含むエッジ検出回路を備え、
   前記少なくとも１つの差分器は、前記グレー画像信号における注目ラインと前記注目ラインよりも１ライン上のラインとの差分値を計算し、
   前記少なくとも２つの比較器は、前記差分値から、前記複数のＬＶ用サブピクセルのそれぞれのエッジを検出し、エッジ検出信号を生成する
   画像表示装置。
2. 前記ＬＶコントローラは、並列に配列された前記複数のＬＶ用サブピクセルの長手方向を水平方向とした場合に、前記水平方向に延びるエッジの垂直方向の輝度変化状況に応じて、前記複数のＬＶ用サブピクセルのそれぞれの透過率を個別制御する
   請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記複数のＬＶ用サブピクセルは、３以上の整数であるＮ個で構成され、
   前記ＬＶコントローラは、前記透過率を個別制御することで、前記後面側ＬＣＤパネルの各画素がサブピクセル化されていない場合の階調表現を１倍とした場合に、Ｎ倍の階調表現を行う
   請求項２に記載の画像表示装置。
4. 前記ＬＶコントローラは、
   ＬＵＴを用いて前記グレー画像信号から８ビットの値を出力する階調変換回路と、
   前記８ビットの値および前記エッジ検出信号から８ビット信号を出力するサブピクセルコントローラとを備える
   請求項１に記載の画像表示装置。
5. 前記エッジ検出回路は、注目ラインおよび前記注目ラインよりも１ライン上のラインの前記グレー画像信号から第１および第２のエッジ検出信号（Ｓ０、Ｓ１）を出力する
   請求項４に記載の画像表示装置。
6. 前記エッジ検出回路は、注目ライン、前記注目ラインよりも１ライン下のライン、および前記注目ラインよりも１ライン上のラインの前記グレー画像信号から第１および第２のエッジ検出信号（ＳＬ，ＳＵ）を出力する
   請求項４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の製造方法であって、
   前記前面側ＬＣＤパネルの各画素を、並列に配列されたＲＧＢ用サブピクセルで構成し、ＲＧＢのそれぞれの色の階調値に応じて対応する前記ＲＧＢ用サブピクセルの液晶の透過率を個別制御できる回路を備えるようにして、前記前面側ＬＣＤパネルを製造する第１ステップと、
   前記後面側ＬＣＤパネルの各画素を、前記ＲＧＢ用サブピクセルと直交する方向に配列された複数のＬＶ用サブピクセルで構成し、前記前面側ＬＣＤパネルに備えられた回路から入力されたＲＧＢ画像信号に基づいてグレー画像信号を生成し、前記グレー画像信号の濃淡値に応じて前記複数のＬＶ用サブピクセルのそれぞれと対応する前記液晶の透過率を個別制御でき、少なくとも１つの差分器と少なくとも２つの比較器を含む回路を備えるようにして、前記後面側ＬＣＤパネルを製造する第２ステップと、
   前記ＲＧＢ用サブピクセルが並列配置された方向と前記複数のＬＶ用サブピクセルが並列配置された方向が互いに直交するように、前記第１ステップで製造された前記前面側ＬＣＤパネルと、前記第２ステップで製造された前記後面側ＬＣＤパネルとを貼り合わせる第３ステップと
   を有し、
   前記少なくとも１つの差分器は、前記グレー画像信号における注目ラインと前記注目ラインよりも１ライン上のラインとの差分値を計算し、
   前記少なくとも２つの比較器は、前記差分値から、前記複数のＬＶ用サブピクセルのそれぞれのエッジを検出し、エッジ検出信号を生成する画像表示装置の製造方法。

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