JP2018527621A - 画像データの処理方法、画素データの生成方法、および表示装置 - Google Patents

Abstract

表示装置は、制御装置、および画素によって構成された液晶（ＬＣ）パネルを備える。制御装置は、主画像を示す主画像データ、および副画像を示す副画像データを受信する。制御装置は、軸上観察者が合成画像から主画像を知覚し、軸外観察者が合成画像から副画像を知覚するように、主画像および副画像を合成した合成画像データを出力する。出力画像データは、副画像データに少なくとも依存する利用可能なデータ値の複数のセットから選択された画素の利用可能な出力データ値のセットから選択されたデータ値を含む。処理対象となる画素において、出力データ値は、結果的に処理対象の画素の輝度値が目的の輝度値に最も近づくように、利用可能な出力データ値の選択されたセットから選択される。

Description

本発明は表示装置に関し、例えば、パブリック表示モードとプライベート表示モードとを切り替え可能な、ＦＦＳ（Fringe Field Switching）モードにおけるアクティブマトリクス型液晶表示装置に関する。

標準的な表示装置を超える種々のコストをかけ、使いやすく、プライバシー性能の優れた、パブリック表示モードとプライベート表示モードとを切り換えられる何種類かの表示装置が知られている。

例えば、そのような表示装置は、携帯電話、タブレット、ラップトップコンピュータ、デスクトップコンピュータ、現金自動預払機（ＡＴＭ）、および電子決済販売時点管理（ＥＰＯＳ）装置を含む。このような装置は、ある種の観察者（例えば、車の運転者や重機の操縦者）が適切な時点で適切な画像を確認できる、例えば、運転中の自動車内のテレビ画面で確認できるので、注意力が散漫になると危険な状況になる場合に便利である。

液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）において、プライバシー効果を奏する画像処理方法は存在する。当該ＬＣＤでは、プライベートモードにおいて、第２のマスキング画像に依存して画像データを操作し、修正画像が表示される際にマスキング画像を軸外の観察者に知覚させる。そのような画像処理方法の例が、GB2428152A1（Powell et al. 2007年1月17日公開）、WO2009110128A1（Broughton et al. 2009年9月11日公開）、WO2011034209（Broughton et al. 2011年3月24日公開）、およびWO201134208（Broughton et al. 2011年3月24日公開）に開示されている。これらの方法は、付加的な光学要素を必要とせず、最小限の追加コストで、申し分のないプライバシー性能で、電子的に切り替え可能なパブリック／プライベート表示を提供する。これらの方法は全て、隣接画素のグループであって、全体としてグループによって生成された同じ全体輝度が維持されているグループによって、軸上の観察者に対し生成された輝度を再分配することによって、人の視覚機能の解像度の限界を利用している。これらの方法は、「画素分割」と記載されていてもよい。しかし、これらの画像処理方法はまた、軸外-軸上輝度曲線が強く非線形になっていることに基づいているが、図２に示すように、分割された画素のペアには、同じ軸上輝度を与えるが、分割されていない画素のペアには、大きく異なる軸外輝度が与えられる。これは、例えば、液晶ディスプレイのＩＰＳ（in-plane switching）モードやＦＦＳモード、ＯＬＥＤの表示モードには当てはまらない。これは、ＬＣＤにおけるＦＦＳモードとして、図３に示されている。図３は、分割した画素のペアと非分割の画素のペアとが与える軸外輝度の違いは、良くて１０パーセントであることを示している。結果として、これらの表示装置ではプライバシーの効果は、軸外の観察者から軸上画像を隠すほど十分に強くない。

US 8368727 B2（Smith et al. 2013年2月5日公開）には、異なる視野角特性を持つ画素のグループそれぞれにおける個々の画素をエンジニアリングすることにより、切り替え可能なプライバシー効果を、線形に近い軸外−軸上輝度応答を持つこのタイプの表示装置で実現できる方法が記載されている。WO2009110128A1に記載された方法で達成できるプライバシーを守れる強力な方法が、これにより与えられる。この開示に記載された方法は、結果的に、２つの画素のタイプの視野角性能が異なるようにするために、これらのタイプのディスプレイにおける軸外−軸上の画素の輝度応答が線形に近いという本質的な均一性を修正する、レンチキュラーアレイまたは視差バリアを用いることを提案している。
２つの画素タイプの軸外−軸上輝度応答が修正されたペアの例、およびUS8368727B2に記載された切り替え可能なプライバシーを守る方法に対応する根拠は、図４に示されている。WO2009110128A1に記載された方法と比較すると、１つの方向（すなわち、画素のペアの合成輝度が、軸外−軸上輝度応答が修正された第１タイプである、ペアの第１画素に集中している）に画素分割された領域と、反対方向（画素のペアの合成輝度が、軸外−軸上輝度応答が修正された第２タイプである、ペアの第２画素に集中している）に分割された画素の領域とを比較することにより、プライバシー効果が生じていることわかる。

ＧＢ２４２８１５２Ａ１ ＷＯ２００９１１０１２８Ａ１ ＷＯ２０１１０３４２０９ ＷＯ２０１１３４２０８ ＵＳ８３６８７２７Ｂ２

以上のことから、パブリックモードおよびプライベートモードを実現可能な高画質の液晶ディスレプイ（ＬＣＤ）を適用することが求められる。また、液晶層または画素電極の配置を標準的なディスプレイから変更しないことが求められる。また、表示性能（明るさ、コントラスト解像度、軸上−軸外輝度応答が線形に近い等）は、パブリックモードにおいて実質的に不変であること求められる。さらに、プライベートモードにおいて、正規の観察者によって知覚される軸上の画像の品質の劣化を最小に抑える、強力なプライバシー効果を発揮することが求められる。

本発明の一態様によれば、複数の画素を有するディスプレイのための画像データの処理方法は、主画像に対応する主画像データを取得するステップと、副画像に対応する副画像データを取得するステップと、制御装置を用いて、合成画像データを生成するために上記主画像データと上記副画像データとを処理するステップと、含み、上記処理するステップには、i)上記ディスプレイの画素のタイプの関数として上記主画像データおよび上記副画像データを処理するステップ、および、ii)上記副画像における境界に関連するそれぞれの画素の位置の関数として上記主画像データおよび上記副画像データを処理するステップの少なくとも１つが含まれる。

本発明の一態様によれば、主画像および副画像によるプライベート表示モードを備える、複数の画像を有するディスプレイのための画素データを生成する方法は、上記ディスプレイの各画素の出力値を生成するために、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）を用いるステップを含み、上記ＬＵＴを用いるステップには、制御装置を用いて、上記副画像における境界に隣接する画素の入力値に対応する各画素の上記出力値を決定するステップと、上記副画像における境界に隣接する画素の入力値に対応する各画素の上位出力値を決定して、上記制御装置を介して、入力主画像データに対する同じ修正方向となる隣接画素の出力画像における外観を考慮するために非副画像境界の画素の出力値に等しい上記出力値をスケーリングするステップとが含まれる。

上述した目的および関連する目的を達成するため、本発明は以降で十分に説明し、特に特許請求の範囲で指摘されている特徴を備える。以下の説明および添付図面は、本発明のある例示的な実施形態を詳細に説明する。しかし、これらの実施形態は本発明の原理を使用することのできるいくつかの種々の方法のうち、２、３のものを示しているに過ぎない。本発明の他の目的、効果、新規な特徴は、添付図面と併せて考察するとき、本発明の以下の詳細な説明から明白になるであろう。

本発明の一態様によれば、液晶ディスプレイにおける画像データに対する強調処理によって上記の利点を奏する画像処理方法および表示装置を実現できる。本発明の一態様は、
制御装置および画素によって構成される液晶（ＬＣ）パネルを有する表示装置を含む。上記制御装置は、主画像を示す主画像データおよび副画像を示す副画像データの入力を受信する。そして、制御装置は、上記主画像と上記副画像とが合成された画像を示す画像データを出力する。プライベート表示モードでは、軸上の観察者は、合成された画像から主画像を知覚し、軸外の観察者は合成された画像から副画像を知覚する。

合成画像の出力画像データは、液晶パネルにおける画素の出力データ値を含む。画像中に与えられる画素の出力データ値は、当該画素の主画像入力データ、当該画素の対応する副画像データ、現画素データが意図している少なくとも２つの画素の何れかを示す「フラグ」パラメータ、および、現画素が副画像における特定の境界に位置するタイプかどうかを示す第２の「フラグ」パラメータのより重要なビットの合成によって決定される。この第２の「フラグ」パラメータは、画像処理方法の一部として副画像データを解析することにより算出されてもよいし、副画像データの処理と並行して入力されてもよい。出力データ値は、液晶パネルにおける画素の信号データ電圧を含む。

上述した目的および関連する目的を達成するため、本発明は以降で十分に説明し、特に特許請求の範囲で指摘されている特徴を備える。以下の説明および添付図面は、本発明のある例示的な実施形態を詳細に説明する。しかし、これらの実施形態は本発明の原理を使用することのできるいくつかの種々の方法のうち、２、３のものを示しているに過ぎない。本発明の他の目的、効果、新規な特徴は、添付図面と併せて考察するとき、本発明の以下の詳細な説明から明白になるであろう。

図１は、標準的な液晶ディスプレイ、および関連する制御装置との例を示す概略図である。 図２は、従来技術の画像処理方法を用いたときの、ＶＡ（vertically aligned）モードのディスプレイにおける選択可能な軸外−軸上輝度空間を示すグラフである。 図３は、従来技術の画像処理方法を用いたときの、ＦＦＳ（Fringe Field Switching）モードのディスプレイにおける選択可能な軸外−軸上輝度空間を示すグラフである。 図４は、従来技術の画像処理方法を用い、レンチキュラーアレイのような受動光学素子により変更されたときの、ＦＦＳ（Fringe Field Switching）モードのディスプレイにおける選択可能な軸外−軸上輝度空間を示すグラフである。 図５は、本発明の実施形態に係る、パブリックモード／プライベートモードを切り替え可能なディスプレイの概略図である。 図６は、本発明の実施形態に係るＦＦＳモードのディスプレイにおける変換列で占められた２つの画素タイプを示す図である。 図７は、本発明の画像処理方法を用いたときの、ＦＦＳ（Fringe Field Switching）モードのディスプレイにおける選択可能な軸外−軸上輝度空間を示すグラフである。 図８は、本発明の画像処理方法の結果、正規の軸上の観察者が確認できる画像アーチファクトを示す図である。 図９は、本発明の画像処理方法を示す図である。 図１０は、本発明の実施形態に係る画像処理方法を示す処理フロー図である。 図１１は、本発明の実施形態に係る画像処理方法を示す処理フロー図である。 図１２は、図８に示す画像アーチファクトを取り除くために、本発明の実施形態で用いられるＬＵＴを示す図である。 図１３は、図１２の実施形態に係る画像処理方法の処理フロー図である。

第１の実施形態において、表示装置は、単一の視野モード（パブリックモード）のみを有する標準的な液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）を備える。液晶ディスプレイは、一般的に、少なくとも以下に示すものを含むいくつかの構成要素を備える。
１．パネルに均一で幅広い角度の照明を当てるバックライトユニット。
２．デジタル画像を受信し、全ての画素の対向電極に対するタイミングパルスおよび共通電圧に加え、各画素にアナログ信号電圧を出力する制御装置。図１に、ＬＣＤの制御装置の標準的なレイアウトの概略図を示す（参照 Ilias Pappas, Stylianos Siskos and Charalambos A. Dimitriadis (2009). Active-Matrix Liquid Crystal Displays - Operation, Electronics and Analog Circuits Design, New Developments in Liquid Crystals, Georgiy V Tkachenko (Ed.), ISBN: 978-953-307-015-5, InTech, DOI: 10.5772/9686）。
３．２枚の対向するガラス基板を含む、空間光変換によって画像を表示するための液晶（ＬＣ）パネル。１枚のガラス基板上には、画素電極アレイと、制御装置から受信し画素電極へ電極信号を導くアクティブマトリクスアレイとが配置されている。他の１枚のガラス基板上には、通常、均一な共通電極とカラーフィルタアレイ膜がと配置されている。ガラス基板の間には、所定の厚さ、通常は約2-6μmの液晶層が含まれている。ガラス基板の内面に配向膜が存在することにより配向される。ガラス基板は、一般に、交差されたポリマ膜と他の光学補償フィルムとの間に配置される。液晶層の各画素領域内で電気的に誘起された配向が変化し、バックライトユニットおよび周囲環境により画像が生成される。

本発明の表示装置の例示的な実施形態は、図５に概略的に示されている。一般的に、ＬＣＤ制御装置１（本明細書では制御装置とも呼ぶ）は、液晶パネル２の電気光学特性に応じて構成されている。表示面に対し通常の方向（軸上）から観察している主観察者３にとって、表示される画像の知覚品質（すなわち、解像度、コントラスト、明るさ、応答時間等）が最適化されるように、入力された画像データに応じた信号電圧を出力するように構成されている。所定の画素の入力画像データ値と、ディスプレイから得られる観測された輝度との間の関係は、本技術分野では、「ガンマ曲線」と呼ばれ、データ値と表示ドライバの信号電圧マッピングとの合成効果、および液晶パネルの輝度応答に対する信号電圧によって決定される。本明細書では、画素とは、独立に制御可能な輝度を有するディスプレイの領域を示す。典型的なカラーディスプレイでは、それぞれの複合白色画素は、３つの異なる色（通常は赤、緑および青）を含み独立に制御可能である副画素を含み、本明細書で使用される画素に対応する。

液晶パネル２は、一般に、ガンマ曲線を、全ての視野角の軸上の応答に可能な限り近づけるように構成されている。これにより、広い視野領域４で実質的に同様の高品質な画像を提供する。ＦＦＳおよび他のＩＰＳモードのＬＣＤは特に、軸上画像の画質を軸外方向の幅広い領域で適切に維持する。

本実施形態の装置は、パブリックモードで動作するとき、１つの画像で構成する入力主画像データ７のセットが、各フレーム期間で制御装置１に入力される。次に、制御装置は、デジタル出力データ値のセット、またはアナログ出力信号データ電圧のセットを液晶パネル２に出力する。前者の場合、デジタル出力データ値は、液晶パネル２に含まれる電子機器によってアナログ信号電圧に変換される。これらの信号電圧の各々は、液晶パネルのアクティブマトリクスアレイによって対応する画素電極に向けられ、液晶層における画素の電気光学的応答の結果、画像が生成される。

制御装置は、出力画素データ、または信号電圧に対する入力画素データ値のマッピングを１つ有し (ルックアップテーブル、ＬＵＴ)、これは、全ての画素の処理に適用される。ディスプレイの赤、緑および青の副画素に異なるルックアップテーブルが使用される場合もあるが、画像内の画素データ、またはディスプレイ内の画素電極の空間位置に基づく出力電圧への入力データのマッピングのばらつきはない。実質的に同じ画像が、軸上の観察者３および軸外の観察者５によって知覚され、ディスプレイは、広範囲またはパブリックモードで動作していると言うことができる。

装置がプライベートモードで動作している場合、主画像を構成する入力主画像データ７と、副画像を構成する入力副画像データ８とを含む２つの画像データセットが、フレーム周期毎に制御装置１に入力される。
次に、制御装置は、信号データ電圧のセット（上述したように、１つは、液晶パネル内の各画素のデータ電圧）を含む出力画像を生成する。しかし、制御装置（表示制御装置）は、修正されたＬＵＴ処理を利用し、合成画像を構成する、液晶パネル内の各画素の出力データ値または信号データ電圧は、以下の何れか１つ以上に基づく利用可能な出力データ電圧のセットに基づいていて選択される。
a.)主画像における、画像内の空間位置に関する、対応する画素のデータ値
b.)副画像における、画像内の空間位置に関する、対応する画素のデータ値
c.)処理対象画素のうちの少なくとも２つの画素タイプの何れかが属するかを示す空間「フラグ」パラメータ。このフラグは、画像内の画素位置の情報（液晶パネル２における画素位置は所定のタイプである）を用いて、修正されたＬＣＤ制御装置１内で算出されてもよいし、主画像データと平行して制御装置に入力されてもよい。
d.) 副画像における特定の境界タイプに対応する処理対象画素を示す第２の「フラグ」パラメータ。このフラグは、処理の一部として副画像を分析することによって生成されてもよいし、第３の画像を有効に利用して、副画像データに加えて処理に入力されてもよい。

このようにして、標準的なＬＣＤ制御装置は、フレーム期間毎に１つの画像というよりはむしろ少なくとも２つの画像を受信し、バッファに格納するように修正され、また、少なくとも第２の副画像データのセットにある程度依存する利用可能な出力値のセットから、１画素当たり１つの出力データまたは信号電圧が選択するように修正される。

そして、制御装置１からの出力電圧は、液晶パネル２に、主観察者３により観察されたときに主画像として知覚されると同時に、軸外の観察者５に対する、液晶パネルのガンマ曲線特性が異なっていることにより、軸外の観察者５により最も目立つ副画像として知覚される合成画像を表示させる。知覚された副画像は、主画像を不明瞭および/または劣化させ、ディスプレイの法線を中心とする円錐状に広がる制限された領域６内の観察者に対する主画像情報を保護する。実際には、軸上の観察者６が２つの画像が混合されたものを見るが、元の主画像が有効となるように知覚することができる。軸外の観察者５もまた２つの画像が混合されたものを見るが、主画像の内容を有効に観察できないように、主に副画像を見る。

例示的な実施形態では、ＬＣＤは、液晶パネル２内で列ごとに変換された２つの画素タイプを有するＦＦＳタイプのＬＣＤである。現代のＦＦＳタイプのディスプレイでは、スマートフォンおよびタブレットのような典型的な製品で現在使用されている画素解像度が増大しているために、個々の画素はもはやマルチドメイン化されない。ＦＦＳタイプのディスプレイの以前の世代では、異なる画素電極の配置となる２つの別個の領域を含む画素を利用していた。各画素は、指電極が液晶配向方向に対して略５°に位置合わせされた領域と、液晶配向方向に対して略-５°に位置合わせされた領域と、を含む。指電極と共通電極との間に電圧が印加されたとき、液晶ディレクタは、液晶セルの平面内で、１つの画素領域（ドメイン）内で時計回りに回転し、他の画素領域内では反時計方向に回転する。このように、最良の可能な視野角性能は、全画素にわたって平均化された異なる視野角での各画素ドメインからの軸上−軸外の輝度応答における非対称性として達成され、その結果、この応答は、図３に示すようになる。

しかし、図６に示すように、本実施形態の非マルチドメイン表示では、各画素は、液晶配向方向に対して＋または−５°に位置合わせされた指電極を備えた単一のドメインのみから構成され、変換される画素列は、１つのタイプまたは他のタイプの画素のみからなる。これは、２つのドメインタイプの独立した電気的制御を可能にし、奇数または偶数の画素列のみをアドレス指定することにより、視野角性能の非対称性の平均化を防止することができる。図７に、このようなディスプレイの個々の奇数列および偶数列の軸外−軸上輝度応答を示す。画素タイプ間の差は、図４に示す異なる視野角性能を有する理想化されたピクセルほど大きくないことがわかる。プライバシー効果に基づく「画素分割」は、奇数列（画素分割１）または偶数列（画素分割２）のみにより、最大値の３０％の軸上輝度が合成されたディスプレイの領域間に与えられた２：１のコントラスト比で達成される。

本実施形態における切り替え可能なプライバシー効果を実現するために、ディスプレイ制御装置１は、パブリックモードおよびプライベートモード毎に異なるＬＵＴを設けている。パブリックモードでは、主画像データは、典型的には画素当たり８ビットであり、アナログ信号電圧、または信号パイプラインにおいて後に信号電圧に変換される修正されたデジタル出力値の何れかを出力するＬＵＴに入力される。いずれの場合も、ＬＵＴの目的は、入力画像データが、ディスプレイの各画素において、データが意図する輝度となることを確実にするために、ディスプレイの特定の電圧−輝度特性を考慮することである。

しかし、プライベートモードでは、入力主画像および入力副画像の両方に依存することを可能にするように、ＬＵＴは修正される。１つの奇数列および１つの偶数列の画素を含む画素のペアの合成された輝度を選択的に集中させ、高い副画像画素値の奇数列の画素、および低い副画像画素値の偶数列の画素とする。また、奇数列と偶数列とで生成される軸外輝度の差が大きい主画像輝度を出力するように、主画像データ値の全範囲によって生成される輝度値の範囲を圧縮するように変更することもできる。これにより、より強いプライバシー効果を得ることができる。

図８に、均一なグレーの入力画像の領域、および黒／白のチェックの副画像の対応する領域に対する結果として得られる出力画像の一例を示す。出力画像は、副画像が暗いところは、明るい奇数列と暗い偶数列からなり、副画像が明るいところは、暗い奇数列と、明るい偶数列からなることが分かる。これにより、副画像が１つの列から次の列に変化するという問題が生じる。すなわち、同じ明るさまたは暗さを持つ隣接する行のペアが生成され、結果的に、正規の軸上の観察者に見えるアーチファクトが生じることになる。このアーチファクトは、画像処理方法が上記影響を考慮するように調整されることにより防ぐことができる。これは、各画素に主画像および副画像データへの入力に加えて、ＬＵＴへの入力、処理対象画素が奇数列または偶数列のものであるか否かを示すフラグ、および、対象画素の上側または下側のエッジにおける副画像の水平方向の境界の存在を示す第２のフラグにより達成することができる。この情報を含むことにより、ＬＵＴ出力値は、出力データが暗い列（すなわち、暗い副画像データの偶数列、または明るい副画像データの奇数列）を生成する場合、出力データ値を拡大して、より明るい結果（例えば、黒よりもグレー）を生成する。同様に、出力データが明るい列（すなわち、明るい副画像データの偶数列、または暗い副画像データの奇数列）を生成する場合、出力データ値を縮小して、より暗い結果（例えば、白よりもライトグレー）を生成する。このようにして、軸上の観察者に対する局所的平均的な結果としての輝度は、副画像データが変更されているにもかかわらず、均一な主画像領域として一定の値に維持され、副画像は、正規の軸上の観察者３には効果的に見えないままである。

また、「画素分割１」および「画素分割２」における奇数列-偶数列画素のペアによって生成された軸上輝度のいかなる差も考慮するようにＬＵＴを修正してもよい。この例示的な実施形態で説明するとともに、図７の表に示されているように、２つのデータ値が、各画素タイプの１つからなる画素のペアに出力される場合、データ値がどの画素に受信されたかにかかわらず、ペアによって生成される全体的な軸上の輝度は同一であると予測される。これは、画素が互いに対称的にミラーコピーされるとともに、液晶配向方向および偏光板の伝送軸と同一の角度で配置されるように共有されているためである。よって、軸上データ値は、輝度応答（ガンマ曲線）と、同一であると予測される。しかし、液晶の配向方向および偏光板の軸の小さなズレが、製造において生じる可能性があり、これにより、所定のデータ値が２つの画素タイプのうちの1つの方向に偏って送信される可能性がある。
この効果は、所定のパネルまたはパネルのバッチについて測定されてもよく、ＬＵＴの中で考慮されてもよい。２つの分割状態は、全ての入力主画像データ値に対して同一の全体的な軸上輝度を生成し、副画像は、軸上観察者３に対して効果的に見えないままである。

図９に、本実施形態の処理によって使用され得る例示的なＬＵＴを示す。各画素の合成入力値は、画素ごとに、「奇数−偶数」フラグ、副画像境界フラグ、入力副画像データ値、および主画像入力データ値の最上位５ビットから生成されてもよい。この合成入力値は、図９に示すＬＵＴに入力される。図９に示すＬＵＴにおける出力データ値のグラフの例から、非副画像境界画素において、副画像値＝１における奇数列および副画像値が０の偶数列の全出力値はゼロであることが分かる。これにより、プライバシー効果に必要な交互の暗明画素列パターンが作成される。

残りの非副画像境界画素についても、適切なプライバシー効果を確保することができるように、主画像の輝度を０−３５％の範囲（表示ガンマ値２．２と仮定）に効果的に圧縮するために、出力値は最大１６０にスケーリングされることが分かる。

また、明るい（奇数列で副画像値＝０、または偶数列で副画像値＝１）副画像境界画素における出力値は、この場合に隣接する明るい２つの列を考慮するように、さらに低減された範囲（典型的には、主画像の最大輝度の７５％）にスケーリングされるということが分かる。

また、黒の（奇数列で副画像値＝１、または偶数列で副画像値＝０）副画像境界画素における出力値は、この場合に隣接する暗い２つの列を考慮するように、さらに低減された範囲（典型的には、主画像の最大輝度の２５％）にスケーリングされるということが分かる。

同じ主画像入力データ値であるが反対側の画像データ値を有する領域の全体的な明るさを確実にするために、２つの明るい非副画像境界画素のうちの１つの範囲（この例では、偶数列で副画像値＝１）においてスケーリングされた出力値は、他の明るい非副画像境界画素の範囲（この例では、奇数列で副画素値＝０）に対しても適応することが分かる。

本明細書に記載されたこれらの方法は、異なる方法を介して同じ効果を達成するために簡単に修正されてもよい。例えば、出力データ値の結果に影響を与えることなく、これらの異なる組合せに対応するＬＵＴの様々な範囲の出力値を相応に並べ替えて、入力データ値が合成入力データ値に合成される順序を再構成してもよい。また、１画素当たり８ビットから５ビットまで主画像のビット深度の低下を回避するために、８ビット以上の入力解像度を有する拡張されたＬＵＴを使用してもよい。結果として表示輝度の低下を避けるために、主画像は圧縮後に占める輝度範囲の低減には１画素あたり５ビットの主画像の品質が適切であることが分かっているが、１画素当たり５ビットより多い主画像データが望ましい場合、表示システムは、少なくとも部分的に補償するために、バックライトの明るさを増加させてもよい。加えて、典型的なＦＦＳディスプレイでは、１画素当たり１ビットの副画像データが適切であることが分かっているが、軸外輝度の出力の範囲が限定されており、図７に示す軸外−軸上曲線は反対の軸外の視野方位でスワップされ、副画像が反転されるように見えるため、本発明に係る方法を、図７とは異なる軸外−軸上輝度特性を有するディスプレイに適用する場合、ビット深度を増加させた副画像を用いることが望ましい。

本明細書に記載された方法は、ディスプレイ、カラーディスプレイ内の全ての画素に同じように適用されるが、本方法は、例えば、主画像および副画像の両方に対応する画素からの赤副画素データ、および副画像の各個別色チャンネルの変化に基づいて入力または算出された副画像境界フラグを用いて処理する各画素の赤副画素を用いて、独立して各カラーチャンネルに適用されてもよい。また、奇数列および偶数列の色の異なる画素によって生成された輝度の不一致の度合いが異なることを考慮して、各カラーチャネルに対して異なるＬＵＴが使用されてもよい。境界領域における特定の色の視認性を低減するために、別個のＬＵＴが使用されてもよい。特に、図８に開示したアプローチは、データが遷移する間の２つの副画像領域に基づく異なるバランス効果を有し、それぞれ可能な遷移に対して別個にスケーリングすることが望ましい。このようにして、軸上の観察者３に対する副画像パターンの視認性がさらに低減され、結果として、全体的な画質が向上する。

好ましい実施形態は、モノドメイン画素を有するＦＦＳタイプのＬＣＤに適用可能であるものとして説明してきたが、本方法は、異なる視野特性を有する少なくとも２つのタイプの画素を有する任意のディスプレイ（１つのタイプのみの画素を有する従来のディスプレイを含む）に適用可能である。また、本方法は、必要とされる２つの画素タイプを効果的に作成するように、いくつかの画素の視野角特性を他の画素とは異なるように変更するいくつかの受動光学素子を使用することによって修正されてもよい。モノドメイン画素を有するＦＦＳタイプの標準的なＬＣＤは、通常のディスプレイの視野方向に対して水平または垂直の透過軸を有する直線偏光器とともに従来用いられている。これにより、水平および垂直の軸外方位において、ほぼ同一の視野角性能を有する２つの画素タイプが得られる。それゆえ、これらの方向におけるプライバシー効果は、ほとんどまたは全く生じない。これは、プライバシーの弱い方位を臨界角が低い象限の方位へ回転させるために、ＬＣゼロボルトの位置合わせ方向および画素電極指形状とともに、偏光器の方向を、例えば４５度で回転させることによって変更されてもよい。代わりに、一般に、改善されたプライバシー効果を得るために、円形偏光器の使用を可能にするためにＦＦＳディスプレイとともに典型的に使用される光学フィルム配列に対して、特に、水平および垂直の視線方向に修正を加えることもできる。

加えて、上記の例では、２つの明るい非副画像境界画素の範囲の１つのみの出力値が他方に対し調整されていると記載されているが、両方の範囲は、ある程度の調整を適用してもよく、副画像境界領域における画素のスケーリングされた範囲もまた、異なる副画像および境界／非境界領域の軸上輝度の改善されたマッチングのために調整されたそれらの出力値を有していてもよい。

また、ここでは、合成入力データ値の生成とＬＵＴの使用とは、意図されたプライバシー効果をもたらすデータ変換を達成するための特に簡単な手段を提供するものとして、与えられているが、表示制御装置において、または、画像データを表示制御電子装置に入力する前にソフトウェアにおいて、計算を実行する他の方法で実行可能であってもよい。

異なるフラグに割り当てられた特定のセクタを有するＬＵＴを使用する別の方法は、上述した方法に関連する冗長性の一部を取り除くことを含む。特に、以前の方法では、高副画像における奇数列または低副画像における偶数列のいずれかに存在するオフ状態のような繰り返されるセクタが存在する。また、境界の場合も繰り返される。■付加的に、通常の明るさ（境界フラグはオンであり、かつ、低副画像における奇数列であるか、または、高副画像における偶数列の２つの場合）の０％から７５％までのタイプの境界のような、一方のタイプの境界のみが副画像に見出された場合、これら２つの場合は、ＬＵＴの同じセクタを占有することが可能であり、そして、４つの可能なセクタのみが存在する。これらは、ノーマル、オン、モード（奇数列、低副画像、および偶数列、高副画像）に対応する２つのセクタ、オフモード（偶数列、低副画像、または奇数列、高副画像）に対応するセクタ、および境界状態に対応するセクタである。したがって、これら４つのセクタは、２つのフラグビットで示すことができる。これは、元の入力画像の６ビットを示すことができ、画質を向上させる。ここで、トレードオフの関係があることが分かる。この場合、特に、副画像は、ある列の遷移のみに選択されなければならず、境界領域における正確な色較正の能力が低減される。もちろん、異なる長所と短所を有するＬＵＴを生成する多くの他の方法がある。ＬＵＴのさらなる実装では、入力主画像データが０％の明るさであってもプライバシー効果が得られるようにしてもよい。これらの画素については、ＬＣＤ内の異なる層に起因して、自ずといくつかのプライバシーが存在するが、例えば１０％の画素をオンとする最小使用輝度を設定することによって、プライバシーを向上させるか、あるいはプライバシーを導入することが可能となる。このようにして、すべての可能な画素データ値について、より高いプライバシー強度が達成される。このアプローチの１つの問題は、軸上観察者３に見えるコントラストが低減されることである。視認性、コントラスト、プライバシー強度の適切な妥協を選択することができるようにするために、最小および最大輝度レベルの選択をディスプレイのユーザまたは所有者に提示することが望ましい。

さらに、プライバシー処理によって生成されたアーチファクトの視認性を低減させるために、ぼかしフィルタを実装することが望ましい場合がある。例えば、１画素の太い水平線は、通常、偶数／奇数列と副画像状態との正しい組み合わせの場合に、意図する明るさの２倍で示されるか、誤った組み合わせの場合に、完全に暗く示される。同様の状況では、線は最初にレンダリングされるが、その後、副画像が変化し、線が消滅する。これを解消するために、異なる垂直ぼかしフィルタを使用することができる。ＬＣＤ上のコンテンツを表示するシステムは、テキストの縦方向の厚さが常に２つの画素の倍数になるように、テキストを表示するために使用されるフォントを変更することのような、他の方法で画像データを調整することができる。

さらなる実施形態では、本発明に係る方法は、図１１に示す主画像と合成する前に、１ビットの副画像データＰにぼかしフィルタを適用することを含む。垂直方向に１画素以上延びた副画像における最小の特徴量を確保し、α、β、γの適切な値（例えば、１、２、１）を使用し、さらに別の列の値を反転する処理を行うことにより、浮動小数点副画像ｐ''は生成される。適切なδの値（例えば、０．５）を用いてこの画像を閾値化することによって、最終的な副画像Ｐ'''は、２ビットのみを用いてを表現することができる。Ｐ'''は、軸上のアーチファクトを最小化するのに必要な情報を全て含む。図１２に示すように、各ビットの対は、ＬＵＴの４つのセクションのうちのどれが出力値を計算するために使用されるかを符号化する。図１３に示すように、本実施形態では、主画像に６ビットが割り当てられ、この結果、画質の良い軸上画像が得られる。さらなる実施形態では、同じぼかしフィルタを用いて、境界画素の位置が明らかでない場合よりも大きいビット深度を有する副画像のアーチファクトを低減する。この場合、α、β、γをさらに改善するために調整することができる。

本発明の一態様によれば、複数の画素を有するディスプレイ用の画像データを処理する方法は、主画像に対応する主画像データを取得するステップと、副画像に対応する副画像データを取得するステップと、制御装置を用いて、合成画像データを生成するために、上記主画像データと上記副画像データとを処理するステップと、を含み、上記処理では、１）主画像データおよび副画像データを前記ディスプレイ上の画素の種類の関数として処理するステップ、および２）主画像データおよび副画像データを、副画像における境界に対する各画素の位置の関数として処理するステップの少なくとも１つを含む。

一実施形態では、処理は、ステップi)およびii)の両方を用いて主画像データおよび副画像データを処理することを含む。

一実施形態では、ディスプレイ上の各画素の位置の関数として画素タイプを決定するステップを含む、主画像データおよび副画像データを画素タイプの関数として処理するステップを含む。

一実施形態では、本発明に係る方法は、処理された画像データをディスプレイ上に出力するステップであって、軸上の観察者が、上記合成画像から上記主画像を大きく知覚し、軸外の観察者が上記合成画像から上記副画像を大きく知覚するステップを含む。

一実施形態では、本発明に係る方法は、パブリック表示モードにおいて、主画像データを処理するための第１のルックアップテーブルを使用し、プライベート表示モードにおいて、主画像データおよび副画像データを処理するための、第１のルックアップテーブルとは異なる第２のルックアップテーブルを用いるステップを含む。

一実施形態では、第１または第２のルックアップテーブルを使用することは、主画像データおよび副画像データの少なくとも１つによって定義される各画素の意図する輝度を与えるためにディスプレイの電圧−輝度特性を考慮したルックアップテーブル使用することを含む。

一実施形態では、第２のルックアップテーブルを使用することは、主画像と副画像との両方に依存するルックアップテーブルを使用することを含む。

一実施形態では、第２のルックアップテーブルを使用することは、１つの画素タイプに少なくとも２つの画素タイプを含む複数の画素の合成輝度を選択的に集中させるルックアップテーブルを使用することを含む。ここで、使用する画素のタイプは、副画像データに基づく。

一実施形態では、第２のルックアップテーブルを使用することは、奇数列および偶数列により生成された軸外輝度の間で大きく異なる輝度を生成するために主画像データにより生成された輝度値の範囲を圧縮するルックアップテーブルを使用することを含む。

一実施形態では、本発明に係る方法は、出力データ値を抽出するために第１および第２のルックアップテーブルの少なくとも何れかに入力するために各画素の合成入力値を生成するステップを含む。

一実施形態では、本発明に係る方法は、入力主画像データの最上位ビットを選択するステップと、上記最上位ビットと上記合成入力データ値とを合成するステップと、を含む。

一実施形態では、本発明に係る方法は、画像アーチファクトを低減するために、主画像データと副画像データとを合成する前に主画像データにぼかしフィルタを適用するステップを含む。

一実施形態では、本発明に係る方法は、合成された画像データに対応する合成画像を表示するＦＦＳ（fringe-field switching）タイプの液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を使用するステップを含む。

一実施形態では、上記ＦＦＳタイプのＬＣＤを使用することは、プライベートモードを可能にするためにディスプレイを変更するための追加光学素子を含まないＦＦＳタイプのＬＣＤを使用することを含む。

一実施形態では、上記ＦＦＳタイプのＬＣＤを使用することは、少なくとも２つの画素タイプが、互いに電極の配置が鏡映された交互の列における画素であるＬＣＤを使用することを含む。

本発明の別の態様によれば、表示装置は、複数のピクセルを有するディスプレイと、上記ディスプレイに動作可能に結合された制御装置とを含み、上記制御装置は、上述した方法を実行するように構成されている。

一実施形態では、ディスプレイは、交互の列に配置され、互いに電極の配置が鏡映している２つのタイプの画素を有するＦＦＳ（fringe-field switching）タイプの液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を含む。

一実施形態では、ディスプレイは、画素電極指を有するモノドメインの画素タイプで、各画素電極指の向きが交互の列に鏡映されているＦＦＳタイプの液晶ディスプレイを備える。

本発明の別の態様によれば、主画像および副画像のプライベート視認モードを提供するために、複数の画素を有するディスプレイ用の画素データを生成するための方法は、上記ディスプレイは、第１の画素タイプ、および第１の画素のタイプとは異なる第２の画素タイプを相互に含む画素の対を含み、画素の対の第１の画素タイプにおける輝度応答に対する軸上データ値を決定するステップと、画素の対の第２の画素タイプにおける輝度応答に対する軸上データ値を決定するステップと、ディスプレイの制御装置を介して、対の１つの画素の第１データ値を生成するステップと対の他の１つの画素の第２のデータ値を生成するステップと、を含み、前記生成するステップは、対の画素のそれぞれの画素の輝度応答に対する軸上データ値の変化を補償するために、それぞれのデータ値を生成するステップを含む。

本発明の別の態様によれば、主画像と側面画像とを有するプライベート視認モードを提供するディスプレイ用の画素データを生成する方法は、上記ディスプレイは、複数の画素を含み、ディスプレイの各ピクセルに対する出力値を生成するために、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）を使用するステップを含み、ＬＵＴを使用するステップでは、制御装置を使用して、副画像における境界に隣接する画素の入力値に対応する各画素の出力値を決定するステップと、決定後、入力主画像データに対して、同一の変更方向を有する隣接画素の出力画像における見え方を考慮するために、非副画像の境界画素の出力値に等しい出力値を、制御装置を介してスケーリングするステップと、を含む。

本発明の実施形態は、多くの表示装置に適用可能であり、ユーザは、プライバシーが望まれる特定の公共的な状況で使用するために、通常の広視野ディスプレイにおいてプライバシー機能というオプションから利益を得ることができる。そのような装置の例には、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、タブレット、およびラップトップコンピュータ、デスクトップモニタ、現金自動預払機（ＡＴＭ）、および電子決済販売時点管理（ＥＰＯＳ）装置が含まれる。このような装置は、ある種の観察者（例えば、車の運転者や重機の操縦者）が適切な時点で適切な画像を確認できる、例えば、運転中の自動車内のテレビ画面で確認できるので、注意力が散漫になると危険な状況になる場合に便利である。

１ ＬＣＤ制御装置
２ 液晶パネル
３ 主観察者
４ パブリックモードにおける主画像の視野角範囲
５ 軸外観察者
６ プライベートモードにおける主画像の視野角範囲
７ 入力主画像データ
８ 入力副画像データ

Claims (21)

1. 複数の画素を有するディスプレイの画像データを処理する方法であって、
   主画像に対応する主画像データを取得するステップと、
   副画像に対応する副画像データを取得するステップと、
   制御装置を用いて、合成画像データを生成するために、前記主画像データおよび前記副画像データを処理するステップと、を含み、
   前記処理するステップは、
   １）前記主画像データおよび前記副画像データを前記ディスプレイにおける画素のタイプの関数として処理するステップ、および、
   ２）前記主画像データおよび前記副画像データを前記副画像における境界に対する各画素の位置の関数として処理するステップ、の少なくとも１つを含むこと特徴とする方法。
2. 前記処理するステップは、前記ステップ１）および前記ステップ２）の両方を用いて、主画像データおよび副画像データを処理するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記主画像データおよび前記副画像データを画素タイプの関数として処理するステップは、前記ディスプレイの各画素の位置の関数として前記画素タイプを決定するステップを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 前記ディスプレイの処理された画像データを出力するステップをさらに含み、軸上観察者は前記合成画像から前記主画像を知覚し、軸外観察者は前記合成画像から前記副画像を知覚することを特徴とする請求項１〜３のいずれか1項に記載の方法。
5. パブリック表示モードにおいて前記主画像データを処理するために第１のルックアップテーブルを用いるステップと、プライベート表示モードにおいて前記主画像データおよび前記副画像データを処理するために第２のルックアップテーブルを用いるステップと、をさらに含み、前記第２のルックアップテーブルは前記第１のルックアップテーブルとは異なることを特徴とする請求項１〜４のいずれか1項に記載の方法。
6. 第１のルックアップテーブルおよび第２のルックアップテーブルを用いるステップは、前記主画像データおよび前記副画像データの少なくとも１つにより定義された各画素に意図された輝度を与えるために、前記ディスプレイの電圧−輝度特性を考慮するルックアップテーブルを用いることを含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記第２のルックアップテーブルを用いるステップは、前記主画像および前記副画像に依存するルックアップテーブルを用いることを含むことを特徴とする請求項５または６に記載の方法。
8. 前記第２のルックアップテーブルを用いるステップは、少なくとも２つの画素タイプを含む複数の画素の合成輝度を１つの画素に選択的に集中させるルックアップテーブルを用いることを含み、用いられる前記画素タイプは、前記副画像データに基づくことを特徴とする請求項５または６に記載の方法。
9. 前記第２のルックアップテーブルを用いるステップは、奇数列および偶数列により生成される軸外輝度の間の差異が大きい輝度を生成するために、前記主画像データによって生成される輝度値の範囲を圧縮するルックアップテーブルを用いることを含むことを特徴とする請求項５〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記第１のルックアップテーブルおよび前記第２のルックアップテーブルの少なくとも１つに入力して、出力データ値を引き出すために、各画素の合成入力値を生成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
11. 前記主画像データの最上位ビットを選択するステップと、前記最上位ビットを前記合成入力データ値と合成するステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 前記主画像データにフィルタを適用するステップをさらに含み、前記フィルタは、前記主画像データと前記副画像データと合成する前に、画像アーチファクトを低減するために、当該画像における微細な特徴を選択的にぼかしまたは拡大する効果を有することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 前記合成画像データに対応する合成画像を表示するためにＦＦＳ（fringe-field switching）タイプの液晶ディスレプイ（ＬＣＤ）を用いるステップをさらに含むことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
14. 前記ＦＦＳタイプのＬＣＤを用いるステップは、プライベートモードを可能とする前記ディスプレイの変更のための追加光学素子を含まないＦＦＳタイプのＬＣＤを用いることを含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 前記ＦＦＳタイプのＬＣＤを用いるステップは、少なくとも２つのタイプの画素が、相互に電極の配置が鏡映している交互の列の画素であるＬＣＤを用いることを含むことを特徴とする請求項１３または１４に記載の方法。
16. 主画像および副画像を用いてプライベート視野モードを提供する、複数の画素を有するディスレプイの画素データを生成する方法であって、
    前記ディスプレイは、画素の対を含み、各対は、第１の画素タイプおよび、第１の画素タイプとは異なる第２の画素タイプからなり、
    画素の対における前記第１の画素タイプに対する輝度応答に対する軸上データ値を決定するステップと、
    画素の対における前記第２の画素タイプに対する輝度応答に対する軸上データ値を決定するステップと、
    前記ディスプレイのための制御装置を介して、
    前記対の一方の画素の第１データ値を生成するとともに、前記対の他方の画素の第２データ値を生成するするステップと、含み、
    前記生成するステップは、前記画素の対の各画素における輝度応答に対する軸上データ値の変化を補償するためにそれぞれのデータ値を生成することを含むことを特徴とする方法。
17. 主画像および副画像を用いてプライベート視野モードを提供するディスプレイの画素データを生成する方法であって、
    前記ディスプレイは、複数の画素を有し、
    前記ディスプレイの各画素の出力値を生成するルックアップテーブル（ＬＵＴ）を用いるステップを含み、
    前記ＬＵＴを用いるステップは、
    制御装置を用いて、前記副画像における境界に隣接する画素の入力値に対応する各画素の出力値を決定するステップと、
    前記副画像における境界に隣接する画素の入力値に対応する各画素の出力値を決定後、前記制御装置を介して、入力主画像データに対する同一の修正方向を有する隣接画素の出力画像の見え方を考慮するために非副画像の境界画素の出力値と等しくなるように、前記出力値をスケーリングするステップと、を含むことを特徴とする方法。
18. 複数の画素を有するディスプレイと、
    前記ディスプレイに動作可能に結合された制御装置と、を備え、
    前記制御装置は、請求項１〜１２、１６、１７のいずれか1項に記載のステップを実行するように構成されていることを特徴とする表示装置。
19. 前記ディスプレイは、交互の列に配置され、相互に電極の配置が鏡映された少なくとも２つのタイプの画素を有するＦＦＳ（fringe-field switching）タイプの液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を備えていることを特徴とする請求項１８に記載の表示装置。
20. 前記ディスプレイは、画素電極指を有するモノドメインの画素タイプを有し、各画素電極指の向きが交互の列において鏡映されているＦＦＳタイプのＬＣＤを備えていることを特徴とする請求項１８または１９に記載の表示装置。
21. 前記副画像データにフィルタを適用するステップをさらに含み、前記フィルタは、画像アーチファクトを低減するために、前記主画像データを前記副画像データと合成する前に、当該画像の微細な特徴を選択的にぼかすまたは拡大する効果を有することを特徴とする請求項１〜２０のいずれか１項に記載の方法。

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