JP2022187515A - 画像処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶表示装置の表示特性のバリエーションを増加させることができる画像処理装置を提供する。【解決手段】画像処理装置は、入力画像データに基づいて、複数の発光領域の出力を制御するためのバックライトデータを生成し、バックライトデータを補正し、補正後のバックライトデータに基づいて、バックライトの輝度分布データを生成し、入力画像データに基づいて、複数の画素の開口率を制御するための第２パネルデータを生成し、第２パネルデータを補正し、補正後の第２パネルデータ、および、バックライトの輝度分布データに基づいて、第２液晶パネルの輝度分布データを生成し、入力画像データおよび第２液晶パネルの輝度分布データに基づいて、複数の絵素の開口率を制御するための第１パネルデータを生成する。【選択図】図１

Description

本開示は、画像処理装置に関する。

近年、下記の特許文献１に開示されているように、カラー液晶パネル、モノクロ液晶パネル、およびバックライトの３つの層からなる表示パネルユニットの開発が行われている。液晶表示装置は、このような表示パネルユニットに画像を表示させる画像処理装置を備えている。画像処理装置は、カラー液晶パネル、モノクロ液晶パネル、およびバックライトのそれぞれに個別に制御データを送信する。画像処理装置は、それら３つの層に送信された３種類の制御データに基づいて表示パネルユニットに画像を表示させる。

特開２０１８－０５４６７９号公報

上記した特許文献１に開示された技術によれば、バックライトの制御データは、バックライトの各発光領域に対向する１つの仮想領域に含まれるカラー液晶パネルを構成するいくつかのサブ画素の輝度のうちの最大の輝度に基づいて決定される。また、バックライト、カラー液晶パネル、およびモノクロ液晶パネルの順に、先に決定された制御データに基づいて、後のパネルの開口率を特定可能な制御データが決定される。そのため、３種類の制御データの組合せの選択の自由度は低い。

一方、３種類の制御データの組合せは、本来、非常に多数存在している。つまり、３種類の制御データの組合せの選択の自由度はかなり高いと考えられる。そのため、選択された３種類の制御データに応じて、液晶表示装置の表示特性のバリエーションを増加させることができるはずである。

しかしながら、上記した特許文献１に開示された液晶表示装置の制御方法によれば、３種類の制御データの組合せの選択の自由度の高さを利用した表示特性の豊富なバリエーションの実現という効果が得られていない。そのため、上記した３つの層からなる液晶表示装置が有する能力を十分に発揮させることができていない。

本開示は、上述の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、液晶表示装置の表示特性のバリエーションを増加させることができる画像処理装置を提供することである。

本開示の画像処理装置は、複数の絵素を有する第１液晶パネルと、前記第１液晶パネルに対向し、複数の画素を有する第２液晶パネルと、前記第２液晶パネルに対向し、複数の発光領域を有するバックライトと、を備えた表示パネルユニットに画像を表示させる画像処理装置であって、前記画像処理装置は、入力画像データに基づいて、前記複数の発光領域の出力を制御するためのバックライトデータを生成するバックライトデータ生成部と、前記バックライトデータを補正するバックライトデータ補正部と、補正後の前記バックライトデータに基づいて、前記バックライトの輝度分布データを生成するバックライト輝度分布生成部と、前記入力画像データに基づいて、前記複数の画素の開口率を制御するための第２パネルデータを生成する第２パネルデータ生成部と、前記第２パネルデータを補正する第２パネルデータ補正部と、補正後の前記第２パネルデータ、および、前記バックライトの輝度分布データに基づいて、前記第２液晶パネルの輝度分布データを生成する第２パネル輝度分布生成部と、前記入力画像データおよび前記第２液晶パネルの輝度分布データに基づいて、前記複数の絵素の開口率を制御するための第１パネルデータを生成する第１パネルデータ生成部と、を備えている。

各実施の形態に共通の液晶表示装置の全体構成を示すブロック図である。 各実施の形態に共通の液晶表示装置の表示パネルユニットの概略断面図である。 各実施の形態に共通の液晶表示装置のバックライトの複数の発光領域を示す平面図である。 各実施の形態に共通の液晶表示装置のバックライトの発光領域と第２液晶パネル（モノクロ）の画素との関係を説明するための図である。 各実施の形態に共通の液晶表示装置の第２液晶パネル（モノクロ）の画素と第１液晶パネル（カラー）の絵素との関係を説明するための図である。 各実施の形態に共通の入力画像データにより特定された入力画像の一例を示す図である。 実施の形態１の液晶表示装置のバックライトデータ補正部、第２パネルデータ補正部、および第１パネルデータ生成部のそれぞれの入力と出力との関係を規定した出力レベル補正／生成テーブルを説明するためのグラフである。 実施の形態１の液晶表示装置のバックライトの図６のＡ－Ｂ線におけるバックライトの位置とバックライトの出力（点灯率）との関係を示すグラフである。 実施の形態１の液晶表示装置の第２液晶パネル（モノクロ）の図６のＡ－Ｂ線における第２液晶パネルの位置と第２液晶パネルの出力（画素の開口率）との関係を示すグラフである。 実施の形態１の液晶表示装置の第１液晶パネル（カラー）の図６のＡ－Ｂ線における第１液晶パネルの位置と第１液晶パネルの出力（絵素の開口率）との関係を示すグラフである。 実施の形態２の液晶表示装置のバックライトデータ補正部、第２パネルデータ補正部、および第１パネルデータ生成部のそれぞれの入力と出力との関係を規定した出力レベル補正／生成テーブルを説明するためのグラフである。 実施の形態２の液晶表示装置のバックライトの図６のＡ－Ｂ線におけるバックライトの位置とバックライトの出力（点灯率）との関係を示すグラフである。 実施の形態２の液晶表示装置の第２液晶パネル（モノクロ）の図６のＡ－Ｂ線における第２液晶パネルの位置と第２液晶パネルの出力（画素の開口率）との関係を示すグラフである。 実施の形態２の液晶表示装置の第１液晶パネル（カラー）の図６のＡ－Ｂ線における第１液晶パネルの位置と第１液晶パネルの出力（絵素の開口率）との関係を示すグラフである。 実施の形態３の液晶表示装置のバックライトデータ補正部、第２パネルデータ補正部、および第１パネルデータ生成部のそれぞれの入力と出力との関係を規定した出力レベル補正／生成テーブルを説明するためのグラフである。 実施の形態３の液晶表示装置のバックライトの図６のＡ－Ｂ線におけるバックライトの位置とバックライトの出力（点灯率）との関係を示すグラフである。 実施の形態３の液晶表示装置の第２液晶パネル（モノクロ）の図６のＡ－Ｂ線における第２液晶パネルの位置と第２液晶パネルの出力（画素の開口率）との関係を示すグラフである。 実施の形態３の液晶表示装置の第１液晶パネル（カラー）の図６のＡ－Ｂ線における第１液晶パネルの位置と第１液晶パネルの出力（絵素の開口率）との関係を示すグラフである。

以下、本開示の画像処理装置を、図面を参照しながら説明する。なお、図面については、同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
図１は、液晶表示装置１０００の全体構成を示すブロック図である。なお、図１における矢印の始点は、データの送信元を指しており、図１における矢印の終点は、データの送信先を指している。

図１に示されるように、液晶表示装置１０００は、表示パネルユニット１０と表示パネルユニット１０を制御する画像処理装置１００とを備えている。本実施の形態の液晶表示装置１０００においては、表示パネルユニット１０と画像処理装置１００とは、物理的に一体化されている。しかしながら、表示パネルユニット１０と画像処理装置１００とは、互いに通信可能に接続されていれば、物理的に分離されていてもよい。

表示パネルユニット１０は、第１液晶パネルＣＬ、第１パネル駆動回路１１、第２液晶パネルＷＢ、第２パネル駆動回路１２、バックライトＢＬ、バックライト駆動回路１３を備えている。

第１液晶パネルＣＬ（図２参照）は、カラー表示を行うことが可能なカラー液晶パネルと呼ばれるものである。第１液晶パネルＣＬは、複数の画素１ＰＸ（図５参照）を有している。複数の画素１ＰＸは、複数のサブ画素を有している。本明細書においては、サブ画素は、「絵素ＰＥ（図５参照）」と呼ばれる。複数の画素１ＰＸのそれぞれは、絵素ＰＥ（赤）、絵素ＰＥ（Ｇ）、および絵素ＰＥ（Ｂ）を有している。絵素ＰＥ（Ｒ）は、赤色のカラーフィルタを有し、赤色光を透過する。絵素ＰＥ（Ｇ）は、緑色のカラーフィルタを有し、緑色光を透過する。絵素ＰＥ（Ｂ）は、青色のカラーフィルタを有し、青色光を透過する。

ただし、第１液晶パネルＣＬの１つの画素１ＰＸを構成する複数の絵素ＰＥのカラーフィルタの組合せは、赤、緑、および青の組合せに限らず、たとえば、イエロー、マゼンダ、およびシアンの組合せであってもよい。第１液晶パネルＣＬを構成する複数の絵素ＰＥの色ごとの解像度は、たとえば、１９２０×１０８０である。

第１パネル駆動回路１１は、画像処理装置１００が生成した第１パネルデータによって特定された複数の絵素ＰＥのそれぞれの開口率を実現するように、第１液晶パネルＣＬを構成する複数の絵素ＰＥのそれぞれの液晶層を駆動する。なお、本明細書においては、絵素ＰＥの開口率とは、絵素ＰＥの最大の開口面積に対する絵素ＰＥの実際の開口面積を意味する。

第２液晶パネルＷＢは、白黒表示を行うことが可能なモノクロ液晶パネルと呼ばれるものである（図２参照）。第２液晶パネルＷＢは、複数の画素２ＰＸ（図４参照）を有している。複数の画素２ＰＸのそれぞれは、カラーフィルタを有していない。複数の画素２ＰＸのそれぞれは、バックライトＢＬが発した光の透過量を調整するための開口として機能する。その画素２ＰＸの開口の面積は可変である。第２液晶パネルＷＢは、第１液晶パネルＣＬに対向するように配置されている。第２液晶パネルＷＢを構成する複数の画素２ＰＸの解像度は、たとえば、２４０×１３５である。なお、第２液晶パネルＷＢは、画素２ＰＸがサブ画素を有していてもよい。

第２パネル駆動回路１２は、画像処理装置１００が生成した補正後の第２パネルデータによって特定された複数の画素２ＰＸのそれぞれの開口率を実現するように、第２液晶パネルＷＢを構成する複数の画素２ＰＸのそれぞれの液晶層を駆動する。なお、本明細書においては、画素２ＰＸの開口率とは、画素２ＰＸの最大の開口面積に対する画素２ＰＸの実際の開口面積を意味する。

バックライトＢＬは、第２液晶パネルＷＢに対向するように配置される（図２参照）。バックライトＢＬは、複数の発光領域ＬＥＲ（図３参照）を有している。バックライトＢＬを構成する複数の発光領域ＬＥＲの解像度は、たとえば、６×４である。なお、複数の発光領域ＬＥＲのそれぞれは、複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）を有している。各発光領域ＬＥＲ内の複数のＬＥＤの発光態様が同一になり、１つの発光領域ＬＥＲの全体が有る程度均一に発光するように、複数のＬＥＤが制御される。そして、複数の発光領域ＬＥＲのそれぞれごとに独立して発光量を制御するローカルディミングが実行される。

バックライト駆動回路１３は、画像処理装置１００が生成した補正後のバックライトデータによって特定された複数の発光領域ＬＥＲのそれぞれの出力を実現するように、バックライトＢＬを構成する複数の発光領域ＬＥＲのそれぞれを駆動する。

画像処理装置１００は、外部から入力された入力画像データに基づいて表示パネルユニット１０に画像を表示させる。入力画像データの解像度は、複数の絵素ＰＥの解像度と同一であり、１９２０×１０８０である。入力画像データは、第１液晶パネルＣＬの複数の絵素ＰＥにそれぞれ入力される複数の入力階調値を特定可能なデータである。また、入力画像データは、複数の入力階調値によって入力画像を特定可能なデータである。入力画像データによって特定された入力画像は、表示パネルユニット１０に表示された出力画像に対応している。

画像処理装置１００は、バックライトデータ生成部１、バックライトデータ補正部２、バックライト輝度分布生成部３、第２パネルデータ生成部４、第２パネルデータ補正部５、第２パネル輝度分布生成部６、および第１パネルデータ生成部７を備えている。本実施の形態においては、バックライトデータ生成部１、バックライトデータ補正部２、バックライト輝度分布生成部３、および第２パネルデータ生成部４は、いずれも、本実施の形態の画像処理専用の電子回路によって構成されている。また、第２パネルデータ補正部５、第２パネル輝度分布生成部６、第１パネルデータ生成部７のいずれも、本実施の形態の画像処理専用の電子回路によって構成されている。

なお、バックライトデータ生成部１、バックライトデータ補正部２、バックライト輝度分布生成部３、および第２パネルデータ生成部４のそれぞれは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と呼ばれる汎用の半導体装置で構成されていてもよい。この場合、ＣＰＵをバックライトデータ生成部１、バックライトデータ補正部２、バックライト輝度分布生成部３、および第２パネルデータ生成部４のそれぞれの機能は、各部にインストールされた画像処理プログラムによって実現される。なお、本実施の形態においては、バックライトデータ生成部１、バックライトデータ補正部２、バックライト輝度分布生成部３、第２パネルデータ生成部４、第２パネルデータ補正部５、第２パネル輝度分布生成部６、第１パネルデータ生成部７のそれぞれは、物理的に異なる部分として認識され得る部品によって構成されている。

入力画像データは、液晶表示装置１０００の外部から画像処理装置１００へ送信される。入力画像データ、すなわち、第1液晶パネルＣＬを構成する複数の絵素ＰＥのそれぞれの入力階調値が、画像処理装置１００の内部で、第１パネルデータ生成部７、第２パネルデータ生成部４、およびバックライトデータ生成部１のそれぞれに送信される。

バックライトデータ生成部１は、入力画像データに基づいて、複数の発光領域ＬＥＲの出力を制御するためのバックライトデータを生成する。バックライトデータは、６×４の解像度に対応するデータである。バックライトデータ生成部１は、入力画像データから、バックライトＢＬを構成する複数の発光領域ＬＥＲのそれぞれの補正前の出力の値（たとえば、点灯率＝実際の輝度の値／輝度の最大値）を生成する。バックライトデータ生成部１は、一例としては、１つのある発光領域ＬＥＲに対向する１つの仮想の領域内に含まれるいくつかの絵素ＰＥ、すなわち、いくつかのサブ画素の入力階調値の代表値を取得する。代表値は、たとえば、１つのある発光領域ＬＥＲに対向する1つの仮想領域内に含まれるいくつかの絵素ＰＥの入力階調値の最大値、平均値、中央値、または最大値の８０％の値等である。その後、バックライトデータ生成部１は、その１つの仮想の領域内のいくつかの絵素ＰＥの入力階調値の代表値が入力階調値の上限値で除算された値を、その１つのある発光領域ＬＥＲの出力の値として生成する。入力階調値の上限値とは、入力階調値の最大値である。

バックライトデータ生成部１は、入力階調データとバックライトデータとの対応関係を規定したＬＵＴ（Look Up Table）を含んでいる。ただし、バックライトデータ生成部１、データテーブルに基づくデータの生成ではなく、入力画像データを用いてバックライトデータを演算によって生成してもよい。

なお、バックライトデータ生成部１は、平滑化処理（ブラー）が実行されたバックライトデータを生成してもよい。

バックライトデータ補正部２は、バックライトデータを補正する。たとえば、バックライトデータ補正部２は、バックライトデータにより特定された複数の発光領域ＬＥＲのそれぞれの出力の値を増加させる。バックライトデータ補正部２は、補正前のバックライトデータと補正後のバックライトデータとの対応関係を規定したＬＵＴを含んでいる。ただし、バックライトデータ補正部２は、データテーブルに基づく補正ではなく、補正前のバックライトデータを用いて補正後のバックライトデータを演算によって補正してもよい。バックライトデータ補正部２は、補正後のバックライトデータをバックライト駆動回路１３へ送信する。補正後のバックライトデータは、６×４の解像度に対応するデータである。

バックライト輝度分布生成部３は、補正後のバックライトデータに基づいて、バックライトＢＬの輝度分布データを生成する。このバックライト輝度分布データは、バックライトＢＬが発した光のうちの第２液晶パネルＷＢの複数の画素２ＰＸの位置に到達した光の輝度分布データである。

このバックライト輝度分布データの値は、バックライトＢＬに含まれる発光領域ＬＥＲから第２液晶パネルＷＢに含まれる画素２ＰＸへのＰＳＦ（Point Spread Function）を考慮して決定されてもよい。バックライト輝度分布生成部３は、補正後のバックライトデータとバックライトＢＬの輝度分布データとの対応関係を規定したＬＵＴを含んでいる。ただし、バックライトデータ補正部２は、データテーブルに基づく生成ではなく、補正後のバックライトデータを用いて第２液晶パネルＷＢの輝度分布データを演算によって生成してもよい。

第２パネルデータ生成部４は、入力画像データに基づいて、複数の画素２ＰＸの開口率を制御するための第２パネルデータを生成する。第２パネルデータは、２４０×１３５の解像度に対応するデータである。第２パネルデータ生成部４は、入力画像データを用いて、第２液晶パネルＣＬを構成する複数の画素２ＰＸのそれぞれの補正前の開口率を生成する。

第２パネルデータ生成部４は、まず、一例としては、１つのある画素２ＰＸに対向する１つの仮想の領域内に含まれるいくつかの絵素ＰＥ、すなわち、いくつかのサブ画素の入力階調値の代表値を取得する。代表値は、たとえば、１つの仮想の領域内に含まれるいくつかの絵素ＰＥの入力階調値の最大値、平均値、中央値、または最大値の８０％の値等である。その後、第２パネルデータ生成部４は、その１つの仮想の領域内のいくつかの絵素ＰＥの入力階調値の代表値が入力階調値の上限値で除算された値を、その１つのある画素２ＰＸの開口率として生成する。入力階調値の上限値とは、入力画像データによって特定され得る入力階調値の最大値である。

第２パネルデータ生成部４は、入力画像データと第２パネルデータとの対応関係を規定したＬＵＴを含んでいる。ただし、第２パネルデータ生成部４は、データテーブルに基づく生成ではなく、入力画像データを用いて第２パネルデータを演算によって生成してもよい。

なお、第２パネルデータ生成部４は、この１つのある画素２ＰＸの開口率として、平滑化処理（見込み角フィルタ）がなされた開口率を生成してもよい。

第２パネルデータ補正部５は、第２パネルデータを補正する。補正後の第２パネルデータは、２４０×１３５の解像度に対応するデータである。たとえば、第２パネルデータ補正部５は、第２パネルデータにより特定される複数の画素２ＰＸのそれぞれの開口率を増加させる。第２パネルデータ補正部５は、補正前の第２パネルデータと補正後の第２パネルデータとの対応関係を規定したＬＵＴを含んでいる。

ただし、第２パネルデータ補正部５は、データテーブルに基づく補正ではなく、補正前の第２パネルデータを用いて補正後の第２パネルデータを演算によって補正してもよい。第２パネルデータ補正部５は、補正後の第２パネルデータを第２パネル駆動回路１２へ送信する。

第２パネル輝度分布生成部６は、補正後の第２パネルデータ、および、バックライトＢＬの輝度分布データに基づいて、第２液晶パネルＷＢの輝度分布データを生成する。具体的には、複数の画素２ＰＸのそれぞれについて、１つの画素２ＰＸの開口率とその１つの画素２ＰＸの位置のバックライトＢＬの輝度との積を算出する。これにより、第２液晶パネルＷＢの複数の画素２ＰＸのそれぞれの位置の輝度が推定される。

この第２液晶パネル輝度分布データの値は、第２液晶パネルＷＢに含まれる画素２ＰＸから第1液晶パネルＣＬに含まれる絵素ＰＥへのＰＳＦ（Point Spread Function）を考慮して決定されてもよい。この第２パネル輝度分布データは、バックライトＢＬが発した光のうちの第１液晶パネルＣＬの複数の絵素ＰＥの位置に到達した光の輝度分布データである。

第２パネル輝度分布生成部６は、補正後の第２パネルデータと第２液晶パネルＷＢの輝度分布データとの対応関係を規定したＬＵＴを含んでいる。ただし、第２パネル輝度分布生成部６は、データテーブルに基づく生成ではなく、補正後の第２パネルデータを用いて第２液晶パネルＣＬの輝度分布データを演算によって生成してもよい。

第１パネルデータ生成部７は、入力画像データおよび第２液晶パネルＷＢの輝度分布データに基づいて、複数の絵素ＰＥの開口率を制御するための第１パネルデータを生成する。第１パネルデータ生成部７は、入力画像データ、第２液晶パネルＷＢの輝度分布データ、および第１パネルデータの対応関係を規定したＬＵＴを含んでいる。

ただし、第１パネルデータ生成部７は、データテーブルに基づく生成ではなく、入力画像データおよび第２液晶パネルＷＢの輝度分布データを用いて第１パネルデータを演算によって生成してもよい。第１パネルデータ生成部７は、第１パネルデータを第１パネル駆動回路１１へ送信する。

画像処理装置１００は、以下の理由から、バックライトＢＬおよび第２液晶パネルＷＢのそれぞれの制御データを、独立して生成することができる。（１）補正後のバックライトデータおよび補正後の第２パネルデータを生成する２つのデータ経路が互いに独立している。より詳細には、補正後のバックライトデータは、入力画像データをバックライトデータ生成部１およびバックライトデータ補正部２が処理することによって生成される。また、補正後の第２パネルデータは、入力画像データを第２パネルデータ生成部４および第２パネルデータ補正部５が処理することによって生成される。これら２つのデータ経路においては、バックライトデータおよび第２パネルデータは、互いに関わらない。つまり、バックライトデータおよび第２パネルデータのそれぞれは、独立して処理される、そのため、バックライトデータおよび第２パネルデータの一方の処理が、バックライトデータおよび第２パネルデータの他方の処理に影響を与えない。（２）また、特に、補正後のバックライトデータおよび補正後の第２パネルデータは、それぞれ、バックライトデータ補正部２および第２パネルデータ補正部５によって補正されるが、これらの補正は互いに独立している。そのため、バックライトデータ生成部１およびバックライトデータ補正部２は、それぞれ、補正後のバックライトデータおよび補正後の第２パネルデータの特性を互いに独立してかつ自由に変更することができる。

そのため、第２パネルデータ、およびバックライトデータの２種類の制御データの組合せの選択の自由度が高くなっている。その結果、液晶表示装置１０００の表示特性のバリエーションを増加させることができる。

しかしながら、バックライトＢＬおよび第２液晶パネルＷＢのそれぞれの制御データを独立して生成すると、バックライトＢＬの出力の値および第２液晶パネルＷＢの開口率は、それぞれ、独立して任意に選択され得る。そのため、第１液晶パネルＣＬの絵素ＰＥの輝度に不足が生じるおそれがある。第１液晶パネルＣＬの絵素ＰＥの輝度が不足した場合、入力画像データによって特定される入力画像を表示することができない。

そこで、液晶表示装置１０００では、バックライトデータ補正部２および第２パネルデータ補正部５は、それぞれ、次の補正条件が成立するように、バックライトデータおよび第２パネルデータを補正する。その補正条件は、複数の絵素ＰＥのそれぞれについて、第２液晶パネルＷＢの輝度分布データにより特定され得る１つの絵素ＰＥに対応する位置の輝度が、入力画像データにより特定され得るその１つの絵素ＰＥの輝度以上であるというものである。

具体的に言うと、バックライトデータ補正部２および第２パネルデータ補正部５は、それぞれ、Ｂｘ×Ｍｘ≧Ｉｘという条件が成立するように、バックライトデータおよび第２パネルデータを補正する。なお、０≦Ｂｘ≦１、０≦Ｍｘ≦１、および０≦Ｉｘ≦１である。

Ｂｘは、複数の絵素ＰＥのそれぞれに対応する位置における、バックライトＢＬの最大輝度に対するバックライトＢＬの実際の輝度の比率である。Ｍｘは、複数の絵素ＰＥのそれぞれに対応する位置における第２液晶パネルＷＢの画素２ＰＸの開口率である。Ｉｘは、複数の絵素ＰＥのそれぞれに入力され得る最大の入力階調値に対する複数の絵素ＰＥうちの対応する絵素ＰＥに実際に入力された入力階調値の比率、すなわち、その対応する絵素ＰＥの最大輝度に対するその対応する絵素ＰＥの実際の輝度の比率である。

このような本実施の形態の画像処理装置１００の制御によれば、絵素ＰＥの開口率を１００％にしても入力階調値に対応する絵素ＰＥの輝度を実現することができない、という不都合な事態の発生を防止することができる。

本実施の形態においては、バックライトデータ補正部２および第２パネルデータ補正部５は、それぞれ、次のように、バックライトデータおよび第２パネルデータを補正する。バックライトＢＬの複数の発光領域ＬＥＲのそれぞれについて、補正後のバックライトデータにより特定され得る１つの発光領域ＬＥＲの出力が、補正前のバックライトデータにより特定され得る１つの発光領域ＬＥＲの出力以上になる。また、第２液晶パネルＷＢの複数の画素２ＰＸのそれぞれについて、補正後の第２パネルデータにより特定され得る１つの画素２ＰＸの開口率は、補正前の第２パネルデータにより特定され得る１つの画素２ＰＸの開口率以上である。これによれば、バックライトデータ補正部２および第２パネルデータ補正部５は、それぞれ、バックライトデータおよび第２パネルデータの補正条件を容易に成立させることができる。

言い換えると、バックライトデータ補正部２が、補正後のバックライトＢＬの複数の発光領域ＬＥＲの出力を補正前のバックライトＢＬの複数の発光領域ＬＥＲの出力よりも増加させる。また、第２パネルデータ補正部５が、補正後の第２液晶パネルＷＢの複数の画素２ＰＸの開口率を補正前の第２液晶パネルＷＢの複数の画素２ＰＸの開口率より増加させる。

一方、第１パネルデータ生成部７は、第２液晶パネルＣＬの輝度分布データおよび複数の絵素ＰＥの開口率に基づいて、入力画像データにより特定された入力画像の表示を表示パネルユニット１０に実現させ得るように、複数の絵素ＰＥの開口率を決定する。その結果、複数の絵素ＰＥを透過する複数の光の輝度は、それぞれ、入力画像データによって特定された複数の絵素ＰＥにそれぞれ対応する入力画像の複数の位置の輝度にほぼ一致する。これによれば、入力画像データにより特定された入力画像の表示を表示パネルユニット１０に容易に実現させることができる。

図２は、各実施の形態に共通の液晶表示装置１０００の表示パネルユニット１０の断面図である。図２に示されるように、表示パネルユニット１０においては、第１液晶パネルＣＬ、第２液晶パネルＷＢ、およびバックライトＢＬが、この順番で、並べられている。第１液晶パネルＣＬと第２液晶パネルＷＢとは、互いに対向するように配置されている。第２液晶パネルＷＢとバックライトＢＬとも、互いに対向するように配置される。

図３は、各実施の形態に共通の液晶表示装置１０００のバックライトＢＬの複数の発光領域ＬＥＲを示す平面図である。図３に示されるように、バックライトＢＬは、複数の発光領域ＬＥＲ、具体的には、６×４＝２４個の発光領域ＬＥＲに分割されている。画像処理装置１００は、複数の発光領域ＬＥＲのそれぞれごとの出力を独立して制御する。複数の発光領域ＬＥＲのそれぞれ内の複数のＬＥＤは、同一の発光態様に制御される。

図４は、各実施の形態に共通の液晶表示装置１０００のバックライトＢＬの発光領域ＬＥＲと第２液晶パネル（モノクロ）ＷＢの画素２ＰＸとの関係を説明するための図である。図４から分かるように、複数の発光領域ＬＥＲのそれぞれに対向する１つの仮想領域内に、いくつかの画素２ＰＸが含まれている。

図５は、各実施の形態に共通の液晶表示装置１０００の第２液晶パネル（モノクロ）ＷＢの画素２ＰＸと、第１液晶パネル（カラー）ＣＬの画素１ＰＸおよび絵素ＰＥとの関係を説明するための図である。図５から分かるように、複数の画素２ＰＸのそれぞれに対向する１つの仮想領域内に、いくつかの画素１ＰＸが含まれており、そのいくつかの１ＰＸのそれぞれには、３つの絵素ＰＥが含まれている。つまり、複数の画素２ＰＸのそれぞれに対向する１つの仮想領域内に、いくつかの絵素ＰＥが含まれている。

図３～図５を対比すれば分かるように、第１液晶パネルＣＬの複数の絵素ＰＥ、第２液晶パネルＷＢの複数の画素２ＰＸ、およびバックライトＢＬの複数の発光領域ＬＥＲは、この順番で、解像度が小さくなっている。

第２液晶パネルＷＢのそれぞれの画素２ＰＸは、たとえば、入力画像データによって特定され得る、その画素ＰＸに対向する１つの仮想領域内のいくつかの絵素ＰＥの入力階調値の最大値の輝度を実現するように、画像処理装置１００によって制御される。

バックライトＢＬのそれぞれの発光領域ＬＥＲは、たとえば、入力画像データによって特定され得る、その発光領域ＬＥＲに対向する１つの仮想領域内のいくつかの絵素ＰＥの入力階調値の最大値の輝度を実現するように、画像処理装置１００によって制御される。

図６は、各実施の形態に共通の入力画像データにより特定された入力画像の一例を示す図である。

図６に示されるように、表示パネルユニット１０は、輝度が最大輝度の１００％である円形明部と、円形明部の周辺部分を構成し、輝度が最大輝度の２５％である長方形暗部とを有する画像を表示している。

図７は、実施の形態１にかかる液晶表示装置１０００のバックライトデータ補正部２、第２パネルデータ補正部５、および第１パネルデータ生成部７のそれぞれの入力と出力との関係を規定した出力レベル補正／生成テーブルを説明するためのグラフである。なお、第２パネルデータおよびバックライトデータについてのグラフは、バックライトデータ補正部２および第２パネルデータ補正部５における出力レベル補正／生成テーブルを示す。一方、第１パネルデータに関するグラフは、第１パネルデータ生成部７による生成結果を示す。

図７から分かるように、バックライトデータ補正部２は、０～１の全ての範囲で、入力と出力とが比例関係に近似される関係を有するように、補正前のバックライトデータから補正後のバックライトデータを生成している。第２パネルデータ補正部５は、０～１の全ての範囲で、入力に対して出力が大きくなるように、補正前の第２パネルデータから補正後の第２パネルデータを生成している。その結果、第１パネルデータ生成部７は、０～１の全ての範囲で、入力に対して出力が大きくなるように、入力画像データから第１パネルデータを生成している。

図８は、実施の形態１にかかる液晶表示装置１０００のバックライトＢＬの図６のＡ－Ｂ線におけるバックライトＢＬの位置とバックライトＢＬの出力との関係を示すグラフである。図８の点線は、ＰＳＦを用いて生成されたバックライトＢＬが発した光の第２液晶パネルＷＢの位置での輝度分布データである。

図９は、実施の形態１にかかる液晶表示装置１０００の第２液晶パネルＷＢの図６のＡ－Ｂ線における第２液晶パネルＷＢの位置と第２液晶パネルＷＢの出力（画素２ＰＸの開口率）との関係を示すグラフである。図９のグラフは、バックライトＢＬのＰＳＦを用いて生成された上記の関係を示すグラフではないが、バックライトＢＬのＰＳＦを用いて生成された上記の関係を示すグラフであってもよい。

図１０は、実施の形態１にかかる液晶表示装置１０００の第１液晶パネルＣＬの図６のＡ－Ｂ線における第１液晶パネルＣＬの位置と第１液晶パネルＣＬの出力（絵素ＰＥの開口率）との関係を示すグラフである。図１０のグラフの傾斜線の部分は、ＰＳＦを用いて生成されたバックライトＢＬが発した光の第２液晶パネルＷＢの位置での輝度分布データを考慮して、入力画像データにより特定された入力画像の表示が実現されるように生成された絵素ＰＥの開口率である。

複数の画素２ＰＸのそれぞれについて、補正後の第２パネルデータにより特定され得る１つの画素の開口率が、バックライトの輝度分布データにより特定され得る１つの画素の位置の輝度比率よりも大きい。この場合、輝度比率は、１つの画素２ＰＸの位置のバックライトＢＬの最大出力の輝度に対するバックライトＢＬの実際の輝度の割合である。具体的には、Ｂｘ＜Ｍｘが成立する。なお、０≦Ｂｘ≦１、および、０≦Ｍｘ≦１である。Ｂｘは、複数の画素２ＰＸのそれぞれの位置におけるバックライトＢＬの最大輝度に対するバックライトＢＬの実際の輝度の比率である。Ｍｘは、複数の画素２ＰＸのそれぞれの開口率である。図７を用いて説明すると、バックライトデータについてのグラフ（Ｂｘに対応）は、全ての入力の範囲で、第２パネルデータについてのグラフ（Ｍｘに対応）より下にある。従って、Ｂｘ＜Ｍｘが成立している。

上記したバックライトデータ補正部２および第２パネルデータ補正部５の補正によれば、バックライトＢＬの出力（点灯率＝実際の輝度／輝度の最大値）を比較的低い値に抑制しながら、第２液晶パネルＷＢの階調を比較的高い値に維持することができる。したがって、第１液晶パネルＷＢ、第２液晶パネルＷＢ、およびバックライトＢＬの３層を用いた場合の絵素ＰＥ同士の間のコントラストを向上させることができるという利点を損なうことなく、液晶表示装置１０００の消費電力の低減を図ることができる。

（実施の形態２）
図１１～図１４を用いて、実施の形態２の液晶表示装置１０００を説明する。なお、下記において実施の形態１と同様である点についての説明は繰り返さない。本実施の形態の液晶表示装置１０００と実施の形態１の液晶表示装置１０００とは、出力レベル補正／生成テーブルが異なる。その他の点については、本実施の形態の液晶表示装置１０００と実施の形態１の液晶表示装置１０００とは、同様の構成を有している。

図１１は、実施の形態２にかかる液晶表示装置１０００のバックライトデータ補正部２、第２パネルデータ補正部５、および第１パネルデータ生成部７のそれぞれの入力と出力との関係を規定した出力レベル補正／生成テーブルを説明するためのグラフである。なお、上記と同様に、第２パネルデータおよびバックライトデータについてのグラフは、バックライトデータ補正部２および第２パネルデータ補正部５における出力レベル補正／生成テーブルを示す。一方、第１パネルデータに関するグラフは、第１パネルデータ生成部７による生成結果を示す。

図１１から分かるように、第２パネルデータ補正部５は、０～１の全ての範囲で、入力に対して出力が大きくなるように、補正前の第２パネルデータから補正後の第２パネルデータを生成している。バックライトデータ補正部２は、０～１の全ての範囲で、入力に対して出力が大きくなるように、補正前のバックライトデータから補正後のバックライトデータを生成している。その結果、第１パネルデータ生成部７は、０～１の全ての範囲で、入力と出力とが比例関係に近似される関係を有するように、入力画像データから第１パネルデータを生成している。

図１２は、実施の形態２にかかる液晶表示装置１０００のバックライトＢＬの図６のＡ－Ｂ線におけるバックライトＢＬの位置とバックライトＢＬの出力との関係を示すグラフである。図１２の点線は、ＰＳＦを用いて生成されたバックライトＢＬが発する光の第２液晶パネルＷＢの位置での輝度分布データである。

図１３は、実施の形態２にかかる液晶表示装置１０００の第２液晶パネルＷＢの図６のＡ－Ｂ線における第２液晶パネルＷＢの位置と第２液晶パネルＷＢの出力（画素２ＰＸの開口率）との関係を示すグラフである。図１３のグラフは、バックライトＢＬのＰＳＦを用いて生成された上記の関係を示すグラフではないが、バックライトＢＬのＰＳＦを用いて生成された上記の関係を示すグラフであってもよい。

図１４は、実施の形態２にかかる液晶表示装置１０００の第１液晶パネルＣＬの図６のＡ－Ｂ線における第１液晶パネルＷＢの位置と第１液晶パネルＷＢの出力（絵素ＰＥの開口率）との関係を示すグラフである。図１４のグラフの傾斜線の部分は、ＰＳＦを用いて生成されたバックライトＢＬが発した光の第２液晶パネルＷＢの位置での輝度分布データを考慮して、入力画像データにより特定された入力画像の表示が実現されるように生成された絵素ＰＥの開口率である。

複数の画素２ＰＸのそれぞれについて、補正後の第２パネルデータにより特定され得る１つの画素の開口率が、バックライトＢＬの輝度分布データにより特定され得る１つの画素２ＰＸの位置の輝度比率よりも小さい。この場合、輝度比率は、１つの画素２ＰＸの位置のバックライトＢＬの最大出力の輝度に対するバックライトＢＬの実際の輝度の割合である。具体的には、Ｂｘ＞Ｍｘが成立する。なお、０≦Ｂｘ≦１、および、０≦Ｍｘ≦１である。Ｂｘは、複数の画素２ＰＸの位置のバックライトＢＬの最大輝度に対するバックライトＢＬの実際の輝度の比率である。Ｍｘは、複数の画素２ＰＸのそれぞれの開口率である。図１１を用いて説明すると、バックライトデータについてのグラフ（Ｂｘに対応）は、全ての入力の範囲で、第２パネルデータについてのグラフ（Ｍｘに対応）より上にある。従って、Ｂｘ＞Ｍｘが成立している。

これによれば、バックライトＢＬの出力（点灯率）を、比較的高く維持することができるが、入力階調値が極めて小さい場合のみ、バックライトＢＬの出力と第２液晶パネルＷＢ（モノクロ液晶パネル）の開口率を大きく変化させるだけである。そのため、バックライトＢＬの出力が大きく変化する境界領域で発生するハロー効果の悪影響を極力低減することができる。

（実施の形態３）
図１５～図１８を用いて、実施の形態３の液晶表示装置１０００を説明する。なお、下記において実施の形態１と同様である点についての説明は繰り返さない。本実施の形態の液晶表示装置１０００と実施の形態１の液晶表示装置１０００とは、出力レベル補正／生成テーブルが異なる。その他の点については、本実施の形態の液晶表示装置１０００と実施の形態１の液晶表示装置１０００とは、同様の構成を有している。

図１５は、実施の形態３にかかる液晶表示装置１０００のバックライトデータ補正部２、第２パネルデータ補正部５、および第１パネルデータ生成部７のそれぞれの入力と出力との関係を規定した出力レベル補正／生成テーブルを説明するためのグラフである。なお、上記と同様に、第２パネルデータおよびバックライトデータについてのグラフは、バックライトデータ補正部２および第２パネルデータ補正部５における出力レベル補正／生成テーブルを示す。一方、第１パネルデータに関するグラフは、第１パネルデータ生成部７による生成結果を示す。

図１５から分かるように、第２パネルデータ補正部５は、０～１の全ての範囲で、入力と出力とが比例関係に近似される関係を有するように、補正前の第２パネルデータから補正後の第２パネルデータを生成している。バックライトデータ補正部２は、０～１の全ての範囲で、入力に対して出力が大きくなるように、補正前のバックライトデータから補正後のバックライトデータを生成している。その結果、第１パネルデータ生成部７は、０～１の全ての範囲で、入力に対して出力が大きくなるように、入力画像データから第１パネルデータを生成している。

図１６は、実施の形態３にかかる液晶表示装置１０００のバックライトＢＬの図６のＡ－Ｂ線におけるバックライトＢＬの位置とバックライトＢＬの出力との関係を示すグラフである。図１６の点線は、ＰＳＦを用いて生成されたバックライトＢＬが発する光の第２液晶パネルＷＢの位置での輝度分布データである。

図１７は、実施の形態３にかかる液晶表示装置１０００の第２液晶パネルＷＢの図６のＡ－Ｂ線における第２液晶パネルＷＢの位置と第２液晶パネルＷＢの出力（画素２ＰＸの開口率）との関係を示すグラフである。図１７のグラフは、バックライトＢＬのＰＳＦを用いて生成された上記の関係を示すグラフではないが、バックライトＢＬのＰＳＦを用いて生成された上記の関係を示すグラフであってもよい。

図１８は、実施の形態３にかかる液晶表示装置の第１液晶パネル（カラー）の図６のＡ－Ｂ線における第１液晶パネルＣＬの位置と第１液晶パネルＣＬの出力（絵素ＰＥの開口率）との関係を示すグラフである。図１８のグラフの傾斜線の部分は、ＰＳＦを用いて生成されたバックライトＢＬが発する光の第２液晶パネルＷＢの位置での輝度分布データを考慮して、入力画像データにより特定された入力画像の表示が実現されるように生成された絵素ＰＥの開口率である。

複数の絵素ＰＥのそれぞれについて、第１パネルデータにより特定され得る１つの絵素の開口率が、１つの絵素ＰＥに対応する位置の１つの画素ＰＥの開口率以上である。具体的には、Ｂｘ＞Ｍｘ、かつ、Ｍｘ≦Ｃｘが成立する。なお、０≦Ｂｘ≦１、０≦Ｍｘ≦１、および０≦Ｃｘ≦１である。Ｂｘは、複数の絵素ＰＥに対応する位置のバックライトＢＬの最大輝度に対するバックライトＢＬの実際の輝度の比率である。Ｍｘは、複数の絵素ＰＥのそれぞれの位置に対応する位置の画素２ＰＸの開口率である。Ｃｘは、複数の絵素ＰＥのそれぞれの開口率である。図１５を用いて説明すると、バックライトデータについてのグラフ（Ｂｘに対応）は、全ての入力の範囲で、第２パネルデータについてのグラフ（Ｍｘに対応）より上にある。従って、Ｂｘ＞Ｍｘが成立している。また、第２パネルデータについてのグラフ（Ｍｘに対応）は、全ての入力の範囲で、第１パネルデータについてのグラフ（Ｃｘに対応）より下にある。従って、Ｍｘ≦Ｃｘが成立している。

実施の形態３にかかる液晶表示装置１０００によれば、第２液晶パネルＷＢ（モノクロ液晶パネル）の階調を優先的に決定し、入力画像データによって特定された入力階調データが小さい場合のみ、第1液晶パネルＣＬ（カラー液晶パネル）の開口率を大きく変化させる。これにより、第1液晶パネルＣＬによる階調の微調整の能力を最大限に利用することができる。その結果、特に、画像の暗部の階調の特性が良好になる。より詳細に言うと、実施の形態３にかかる液晶表示装置１０００における階調制御は、第２液晶パネルＷＢで大まかな階調の調整を行い、かつ、第１液晶パネルＣＬで細かな階調の調整を行う、という思想に基づくものである。たとえば、入力画像データのいくつかの入力階調値が小さい場合、第２液晶パネルＷＢでの複数の画素２ＰＸの輝度の値がある程度目標とする低い輝度に近い値になっていれば、第１液晶パネルＣＬの２５５階調（８ｂｉｔの場合）の全てを利用して絵素ＰＥの最終的な輝度の微調整を行うことができる。そのため、より滑らかな輝度の変化で表現された画像を表示することができる。

（実施の形態４）
本実施の形態の液晶表示装置１０００は、画像処理装置１００の各部が画像処理プログラムによる制御処理によって実現されている点において、実施の形態１の液晶表示装置１０００と異なる。その他の点については、本実施の形態の液晶表示装置１０００と実施の形態１の液晶表示装置１０００とは、同様の構成を有している。

より具体的に言うと、バックライトデータ生成部１、バックライトデータ補正部２、バックライト輝度分布生成部３、および第２パネルデータ生成部４は、画像処理プログラムが実行する制御処理によって実現されている。また、第２パネルデータ補正部５、第２パネル輝度分布生成部６、および第１パネルデータ生成部７も、画像処理プログラムが実行する制御処理によって実現されている。

言い換えると、画像処理装置１００としてのコンピュータは、画像処理プログラムにしたがって動作するプロセッサ、たとえば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を主なハードウェア構成として備える。プロセッサは、画像処理プログラムを実行することによって機能を実現することができれば、その種類は問わない。プロセッサは、半導体集積回路、たとえば、ＩＣ（Integration Circuit）またはＬＳＩ(Large Scale Integration)を含む１つまたは複数の電子回路で構成される。複数の電子回路は、１つのチップに集積されてもよいし、複数のチップに設けられてもよい。複数のチップは１つの装置に集約されていてもよいし、複数の装置に備えられていてもよい。

画像処理プログラムは、コンピュータ読み取り可能なＲＯＭ（Read Only Memory）、光ディスク、ハードディスクドライブなどの非一時的記録媒体に記録される。コンテンツ提供プログラムは、記録媒体に予め格納されていてもよいし、インターネット等を含む広域通信網を介して、記録媒体に供給されてもよい。

１ バックライトデータ生成部
２ バックライトデータ補正部
３ バックライト輝度分布生成部
４ 第２パネルデータ生成部
５ 第２パネルデータ補正部
６ 第２パネル輝度分布生成部
７ 第１パネルデータ生成部
１０ 表示パネルユニット
１１ 第１パネル駆動回路
１２ 第２パネル駆動回路
１３ バックライト駆動回路
１００ 画像処理装置
１０００ 液晶表示装置
ＢＬ バックライト
ＣＬ 第１液晶パネル
ＷＢ 第２液晶パネル

Claims (7)

1. 複数の絵素を有する第１液晶パネルと、
   前記第１液晶パネルに対向し、複数の画素を有する第２液晶パネルと、
   前記第２液晶パネルに対向し、複数の発光領域を有するバックライトと、
   を備えた表示パネルユニットに画像を表示させる画像処理装置であって、
   前記画像処理装置は、
   入力画像データに基づいて、前記複数の発光領域の出力を制御するためのバックライトデータを生成するバックライトデータ生成部と、
   前記バックライトデータを補正するバックライトデータ補正部と、
   補正後の前記バックライトデータに基づいて、前記バックライトの輝度分布データを生成するバックライト輝度分布生成部と、
   前記入力画像データに基づいて、前記複数の画素の開口率を制御するための第２パネルデータを生成する第２パネルデータ生成部と、
   前記第２パネルデータを補正する第２パネルデータ補正部と、
   補正後の前記第２パネルデータ、および、前記バックライトの輝度分布データに基づいて、前記第２液晶パネルの輝度分布データを生成する第２パネル輝度分布生成部と、
   前記入力画像データおよび前記第２液晶パネルの輝度分布データに基づいて、前記複数の絵素の開口率を制御するための第１パネルデータを生成する第１パネルデータ生成部と、
   を備えた、画像処理装置。
2. 前記第１パネルデータ生成部は、前記第２液晶パネルの輝度分布データおよび前記複数の絵素の開口率に基づいて、前記入力画像データにより特定された入力画像の表示を前記表示パネルユニットに実現させ得るように、前記複数の絵素の開口率を決定する、請求項１に記載の画像処理装置。
3. 前記複数の発光領域のそれぞれについて、補正後の前記バックライトデータにより特定され得る１つの発光領域の出力は、補正前の前記バックライトデータにより特定され得る前記１つの発光領域の出力以上であり、かつ、
   前記複数の画素のそれぞれについて、補正後の前記第２パネルデータにより特定され得る１つの画素の開口率は、補正前の前記第２パネルデータにより特定され得る前記１つの画素の開口率以上である、
   請求項１または２に記載の画像処理装置。
4. 前記複数の絵素のそれぞれについて、前記第２液晶パネルの輝度分布データにより特定され得る１つの絵素の位置の輝度が、前記入力画像データにより特定され得る前記１つの絵素の輝度以上である、
   請求項１～３のいずれかに記載の画像処理装置。
5. 前記複数の画素のそれぞれについて、補正後の前記第２パネルデータにより特定され得る１つの画素の開口率が、前記バックライトの輝度分布データにより特定され得る前記１つの画素の位置の輝度比率よりも大きく、
   前記輝度比率は、前記１つの画素の位置における前記バックライトの最大出力の輝度に対する前記バックライトの実際の輝度の割合である、
   請求項４に記載の画像処理装置。
6. 前記複数の画素のそれぞれについて、補正後の前記第２パネルデータにより特定され得る１つの画素の開口率が、前記バックライトの輝度分布データにより特定され得る前記１つの画素の位置の輝度比率よりも小さく、
   前記輝度比率は、前記１つの画素の位置における前記バックライトの最大出力の輝度に対する前記バックライトの実際の輝度の割合である、
   請求項４に記載の画像処理装置。
7. 前記複数の絵素のそれぞれについて、前記第１パネルデータにより特定され得る１つの絵素の開口率が、前記１つの絵素に対応する位置の前記１つの画素の開口率以上である、
   請求項６に記載の画像処理装置。

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