(57)【要約】  画像データを格納するデータ格納部と、画像データに該画像データの画素毎の階調値に応じた極性のノイズパターンを加算して表示画像データを生成する表示画像データ生成部と、表示画像データ生成部で生成された表示画像データに基づいて画像を表示する表示部とを備える表示装置により、焼付きの視認性の改善を図ると同時に、コントラストの改善も図る。
2010095217.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像データを格納するデータ格納部と、
前記画像データに、該画像データの画素毎の階調値に応じた極性のノイズパターンを加算して、表示画像データを生成する表示画像データ生成部と、
前記表示画像データ生成部で生成された表示画像データに基づいて画像を表示する表示部と、を備えることを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記階調値が中間調のときの焼付き量に比べ、ハイライト及びシャドウのときの焼付き量が小さい場合、
前記表示画像データ生成部は、前記画像データの画素がハイライトのときに、当該ハイライトの画素に加算する前記ノイズパターンの画素の極性を正極性とし、前記画像データの画素がシャドウのときに、当該シャドウの画素に加算する前記ノイズパターンの画素の極性を負極性とすることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記表示画像データ生成部は、前記画像データの画素の階調値に基づいて、該画素に加算する前記ノイズパターンの階調値の振幅を変更することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項４】
前記表示画像データ生成部は、前記画像データの各画素の階調値が、ハイライト又はシャドウの場合よりも中間調の場合に、前記ノイズパターン画像の階調値の振幅を大きく変更することを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
【請求項５】
前記表示部は、メモリ性を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項６】
前記表示部は、コレステリック相を形成する液晶を用いていることを特徴とする請求項５に記載の表示装置。
【請求項７】
前記表示画像データ生成部は、前記表示画像データの生成回数に応じて、前記ノイズパターン画像の位相を変更することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項８】
コンピュータに、
表示対象の画像データに、該画像データの画素毎の階調値に応じた極性のノイズパターンデータを加算して表示画像データを生成する工程と、
前記生成された表示画像データに基づいて、表示部に画像を表示する工程と、を実行させることを特徴とする表示制御プログラム。
【請求項９】
前記階調値が中間調のときの焼付き量に比べ、ハイライト及びシャドウのときの焼付き量が小さい場合、
前記表示画像データを生成する工程では、前記画像データの画素がハイライトのときに、当該ハイライトの画素に加算する前記ノイズパターンの画素の極性を正極性とし、前記画像データの画素がシャドウのときに、当該シャドウの画素に加算する前記ノイズパターンの画素のパターン極性を負極性とすることを特徴とする請求項８に記載の表示制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示装置及び表示制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、各企業・大学等では、電子ペーパーの開発が盛んに進められている。電子ペーパーは、電子書籍を筆頭に、モバイル端末機器のサブディスプレイやＩＣカードの表示部等、多用な応用方法が提案されている。電子ペーパーの表示方式の１つに、コレステリック相が形成される液晶組成物を用いるもの（コレステリック液晶）がある。このコレステリック液晶は、カイラルネマティック液晶とも呼ばれ、ネマティック液晶にキラル性の添加剤（カイラル材）を比較的多く（数十％）添加することにより、ネマティック液晶の分子が螺旋状のコレステリック相を形成する液晶である。コレステリック液晶は、半永久的に表示を保持する特性（メモリ性）、鮮やかなカラー表示特性、高コントラスト特性、及び高解像度特性等の優れた特徴を有する。【０００３】
より詳細には、コレステリック液晶は双安定性（メモリ性）を備えており、液晶に印加する電界強度の調節によりプレーナ状態、フォーカルコニック状態又はプレーナ状態とフォーカルコニック状態とが混在した中間的な状態のいずれかの状態をとる。このコレステリック液晶では、一旦プレーナ状態又はフォーカルコニック状態になると、その後は無電力下でも安定してその状態を保持する。【０００４】
プレーナ状態は、所定の高電圧を印加して液晶に強電界を与えた後に急激に電界をゼロにすることにより得られ、フォーカルコニック状態は、例えば、上記所定の高電圧より低い電圧を印加して液晶に電界を与えた後に急激に電界をゼロにすることにより得られる。プレーナ状態とフォーカルコニック状態とが混在した中間的な状態は、例えば、フォーカルコニック状態が得られる電圧よりも低い電圧を印加して液晶に電界を与えた後、急激に電界をゼロにすることにより得られる。【０００５】
コレステリック液晶を用いた液晶表示素子は、上述のように表示のメモリ性を有しているため、同一の画像を長時間メモリ表示するといった使い方に適している。しかるに、液晶表示素子は、画像を長時間表示すると、表示中の画像を次画像に書換えたときに、前の画像がうっすらと残像として残ってしまう、いわゆる、焼付きが発生してしまうおそれがある。【０００６】
この焼付きの原因としては、水分、イオン性不純物又は液晶と基板界面との相性などによる影響が要因として考えられ、焼付きを防止するためには、液晶材料の精製度や界面状態の安定性等、非常に高い安定性が要求される。このような焼付きを緩和すべく、タイマや光センサを備え、時間の経過や周辺環境の明るさを検出し、検出結果に応じて画面をスタンバイ状態（オフ表示）にして焼付きを防止する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。【０００７】
また、コレステリック液晶は、周辺温度が高いほど焼付度合が強いと考えられる。このため、液晶表示素子周辺の温度を取得し、単位時間当たりの温度変化が所定値以上の温度上昇を検出した場合に、画面の表示をスタンバイ状態にする、あるいは、画面の全面が真黒なフォーカルコニック状態等による焼付き防止パターンを表示することによって焼付きを抑制する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。【０００８】
さらに、画像をメモリ表示中に一定時間毎にコレステリック液晶の配向が電圧印加方向に略平行になるような電圧をコレステリック液晶に印加した後に、表示していた画像を再表示させるシーケンスを実行してリフレッシュ（再書込み）することにより、画像の焼付きを未然に防ぐ方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。【０００９】
【特許文献１】特開２００４−４２００号公報
【特許文献２】特開２００４−２１９７１５号公報
【特許文献３】特開２００２−１３９７４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、画面をスタンバイ状態にしたり、画面に焼付き防止パターンを表示したりすることにより焼付きを防ぐ方法では、これらの方法を実行する際にメモリ表示状態を一旦終了させることになる。この場合、スタンバイ状態や焼付き防止パターンの表示状態から復帰してメモリ表示していた画像を再表示する際には、長時間を要するおそれがある。【００１１】
また、一定時間毎にメモリ表示状態を一旦中断してリフレッシュを行うことにより焼付きを防ぐ方法では、液晶表示素子はリフレッシュ動作に電力を消費してしまう。さらには、液晶表示素子の使用者が画面を見ている最中にリフレッシュ動作が実行されるのでは、使い勝手が悪い。【００１２】
なお、焼付きと表示品位（コントラスト）は、トレードオフの関係にある。すなわち、コントラストが高い表示素子は焼付きが大きく、逆に、焼付きが小さい素子はコントラストが低い傾向にあるため、パネル構造や材料面の変更により、焼付きとコントラスト双方の改善を図ることは難しい。【００１３】
そこで、本件は上記の課題に鑑みてなされたものであり、焼付きの視認性の改善を図ると同時に、コントラストの改善も図ることができる表示装置及び表示制御プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本明細書に記載の表示装置は、画像データを格納するデータ格納部と、前記画像データに、該画像データの画素毎の階調値に応じた極性のノイズパターンを加算して、表示画像データを生成する表示画像データ生成部と、前記表示画像データ生成部で生成された表示画像データに基づいて画像を表示する表示部と、を備えるものである。【００１５】
本明細書に記載の表示制御プログラムは、コンピュータに、表示対象の画像データに、該画像データの画素毎の階調値に応じた極性のノイズパターンデータを加算して表示画像データを生成する工程と、前記生成された表示画像データに基づいて、表示部に画像を表示する工程と、を実行させるものである。
【発明の効果】
【００１６】
本明細書に記載の表示装置及び表示制御プログラムは、焼付きの改善を図ると同時に、コントラストの改善も図ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】液晶表示素子の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１の表示部の構成(断面構造)を概略的に示す図である。
【図３】コレステリック液晶の表示原理を示す図である。
【図４】コレステリック液晶の電圧応答特性を示す図である。
【図５】表示部に対する表示手順を示す図である。
【図６】リセット時の電圧設定について示す図である。
【図７】階調書込み時の電圧設定を示す図である。
【図８】焼付きが生じた場合の表示部の表示状態を示す図である。
【図９】図９（ａ）は、ノイズパターン画像を模式的に示す図であり、図９（ｂ）は画像データを模式的に示す図である。
【図１０】階調の異なる表示画像に応じた、焼付きの見えやすさ、見えにくさについて示す図である。
【図１１】表示部における焼付き特性について示す図である。
【図１２】グラデーション画像を入力画像とした場合の出力を模式的に示す図である。
【図１３】一実施形態で用いる基本波形を示す図である。
【図１４】一実施形態で用いるパラメータを示す図である。
【図１５】一実施形態における入力画像の処理方法を示すフローチャート（その１）である。
【図１６】一実施形態における入力画像の処理方法を示すフローチャート（その２）である。
【図１７】図１５の処理の具体例を示す図（その１）である。
【図１８】図１５の処理の具体例を示す図（その２）である。
【図１９】図１５の処理を実現するためのプログラム（Ｃ言語）である。
【図２０】焼付き改善、粒状性度合、コントラスト・色味の３項目に関する評価基準を示す図である。
【図２１】主観評価の結果を示す図（その２）である。
【図２２】カラー表示が可能な液晶表示素子を示す図である。
【図２３】カラー表示が可能な液晶表示素子における処理を実現するためのプログラム（Ｃ言語）である。
【図２４】ブルーノイズの一例を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態について図１〜図２１に基づいて詳細に説明する。【００１９】
図１には、無電力下で画像をメモリ表示可能なコレステリック液晶を用いた、表示装置としての液晶表示素子１０の概略構成がブロック図にて示されている。なお、図１の液晶表示素子１０は、一例として、モノクロ画像を表示する液晶表示素子であるものとする。【００２０】
液晶表示素子１０は、回路ブロック１０ａと表示ブロック１０ｂとを備える。回路ブロック１０ａは、電源１２と、昇圧部１４と、電源切替部１６と、電源安定部１８と、源振クロック２０と、分周部２２と、表示画像データ生成部としての表示制御部２４と、データ格納部２６と、を有している。一方、表示ブロック１０ｂは、表示部３０と、走査電極駆動回路（コモンドライバ）３２と、データ電極駆動回路（セグメントドライバ）３４と、を有している。【００２１】
電源１２は、直流３Ｖ〜５Ｖの電圧を出力する。昇圧部１４は、例えばＤＣ−ＤＣコンバータを有し、電源１２から入力される直流電圧（３Ｖ〜５Ｖ）を、表示部３０の駆動に必要な直流１０Ｖ〜４０Ｖ前後の電圧に昇圧する。なお昇圧部１４としては、表示部３０の特性に対して変換効率の高いものが好ましい。電源切替部１６は、昇圧部１４で昇圧された電圧と入力電圧とを用いて、各画素の階調値や選択／非選択の別に応じて必要な複数レベルの電圧を生成する。電源安定部１８は、ツェナーダイオードやオペアンプ等を有し、電源切替部１６で生成された電圧を安定化させ、当該電圧を表示ブロック１０ｂが有するコモンドライバ３２及びセグメントドライバ３４に供給する。電源１２は、昇圧部１４の他に表示制御部２４、源振クロック２０、分周部２２にも所定の電力を供給する。分周部２２は、走査速度の切換えのため、源振クロック２０から入力されるクロックを、所定の分周比で分周して出力する表示制御部２４に出力する。【００２２】
表示制御部２４は、プロセッサ等を備え、液晶表示素子１０全体を制御する。表示制御部２４は、コモンドライバ３２及びセグメントドライバ３４を介して表示部３０の走査速度や駆動電圧（駆動パルス）を切換えて画像を表示したり、表示領域のリセット処理を実行したりする。【００２３】
具体的には、表示制御部２４は、表示部３０に略等間隔に配列された線状の電極４３、４４（図２参照）を順次走査する線順次駆動方式で表示部３０を制御する。駆動パルスの電圧を印加する印加時間は、表示制御部２４がコモンドライバ３２の走査速度を制御して変更する。このとき、表示制御部２４は、コモンドライバ３２の走査タイミングに同期させて画像データに基づく所定の電圧を表示部３０に出力するようにセグメントドライバ３４を制御する。【００２４】
表示制御部２４は、生成した駆動データをデータ読込みクロック信号に同期させてコモンドライバ３２及びセグメントドライバ３４に出力する。表示制御部２４は、コモンドライバ３２に駆動データを出力することによって走査速度を変更する。また、表示制御部２４は、スキャン／データモード信号、データ取込クロック、フレーム開始信号、パルス極性制御信号、データラッチ・スキャンシフト、ドライバ出力オフ等の制御信号をコモンドライバ３２及びセグメントドライバ３４に出力する。【００２５】
図２は、表示部３０の構成(断面構造)を概略的に示す。この表示部３０は、図２に示すように、フィルム基板４１、４２と、ＩＴＯ電極４３、４４と、液晶混合物４５と、シール材４６、４７と、吸収層４８と、を有する。【００２６】
フィルム基板４１、４２は、いずれも透光性を有している。フィルム基板４１、４２の材料としては、ガラス基板を用いることができるが、これに限らず、例えば、ＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate）やＰＣ（Polycarbonate）などのフィルム基板を使用することもできる。なお、フィルム基板には、例えば、約０．５〜８°のプレチルト角を有する配向膜が設けられている。【００２７】
ＩＴＯ電極４３、４４は、平行に配列された複数の帯状の電極から成り、ＩＴＯ電極４３とＩＴＯ電極４４とは、フィルム基板４１、４２に対して垂直な方向（図２の紙面上下方向）から見て互いに９０°の角度で交差するように配列されている。このＩＴＯ電極４３、４４の材料は、Indium Tin Oxide（ＩＴＯ：インジウム錫酸化物）である。ただし、これに代えて、Indium Zic Oxide（ＩＺＯ：インジウム亜鉛酸化物）等の透明導電膜などを用いた電極を採用することとしても良い。【００２８】
なお、ＩＴＯ電極４３、４４上には絶縁性のある薄膜が形成されている。この絶縁性薄膜が厚い場合、駆動電圧の上昇が生じてしまい、汎用ＳＴＮドライバでの制御が困難となる。一方、絶縁性薄膜を設けないとリーク電流が流れてしまうため、消費電力が増大してしまう。この絶縁性薄膜は比誘電率が５前後であり、液晶よりも低いことから、絶縁性薄膜の厚みとしては概ね０．３μｍ以下が適している。なお、この絶縁性薄膜としては、ＳｉＯ2の薄膜、あるいは配向安定化膜として公知なポリイミド樹脂やアクリル樹脂などの有機膜を用いることができる。【００２９】
液晶混合物４５は、室温でコレステリック相を示すコレステリック液晶組成物である。液晶混合物４５は、ネマティック液晶混合物にカイラル材を１０〜４０ｗｔ％添加したコレステリック液晶であるものとする。なお、カイラル材の添加量は、ネマティック液晶成分とカイラル材の合計量を１００ｗｔ％としたときの値である。ネマティック液晶としては従来から知られているものを用いることができるが、誘電率異方性（Δε）が１５〜３５の範囲であることが好ましい。誘電率異方性が１５以上であれば、駆動電圧が比較的低くなるが、３５を超えると、駆動電圧自体は低いが比抵抗が小さくなり、高温時の消費電力が特に増大する。また、屈折率異方性（Δn）は、０．１８〜０．２４程度であることが好ましい。この範囲より小さい場合、プレーナ状態の反射率が低くなり、この範囲より大きい場合、フォーカルコニック状態での散乱反射が大きくなるほか、これに起因して粘度も高くなり、応答速度が低下することとなる。【００３０】
シール材４６、４７は、液晶混合物４５をフィルム基板４１、４２間に封入するためのものである。【００３１】
吸収層４８は、光を入射させる側（図２の紙面上側）とは反対側（図２の紙面下側）のフィルム基板４２の裏面に設けられている。【００３２】
なお、表示部３０には、一対のフィルム基板４１、４２間のギャップを均一に保持するためのスペーサを設けることとしても良い。このスペーサとしては、樹脂製又は無機酸化物製の球体を用いることができる。また、スペーサとしては、表面に熱可塑性の樹脂がコーティングされた固着スペーサを用いることもできる。スペーサによって形成されるギャップは、例えば、３．５〜６μｍの範囲であることが好ましい。ギャップがこの範囲よりも小さい場合には、反射率が低下して暗い表示となり、大きい場合には、駆動電圧が上昇して汎用部品による駆動が困難になるからである。【００３３】
ここで、コレステリック液晶の表示原理を、図３（ａ）、図３（ｂ）に基づいて説明する。図３（ａ）は、表示部３０の液晶混合物４５がプレーナ状態にある場合の液晶分子３６の配向状態を示し、図３（ｂ）は、表示部３０の液晶混合物４５がフォーカルコニック状態にある場合の液晶分子３６の配向状態を示している。【００３４】
図３（ａ）に示すように、プレーナ状態での液晶分子３６は、厚さ方向に順次回転して螺旋構造を形成し、螺旋構造の螺旋軸は基板面にほぼ垂直になる。プレーナ状態では、液晶分子の螺旋ピッチに応じた所定波長の入射光Ｌが選択的に液晶層で反射される。液晶層の平均屈折率をｎとし、螺旋ピッチをｐとすると、反射が最大となる波長λは、次式（１）で表される。
λ＝ｎ・ｐ      …（１）【００３５】
従って、表示部３０の液晶混合物４５でプレーナ状態時に光を選択的に反射させるには、λが所定値になるように平均屈折率ｎ及び螺旋ピッチｐを決める。平均屈折率ｎは液晶材料及びカイラル材を選択することで調整可能であり、螺旋ピッチｐは、カイラル材の含有率を調整することにより調節することができる。【００３６】
一方、図３（ｂ）に示すように、フォーカルコニック状態での液晶分子３６は、基板面内方向に順次回転して螺旋構造を形成し、その螺旋軸は基板面にほぼ平行になる。この場合、表示部３０は、反射波長の選択性を失い、入射光Ｌの殆どを透過させる。【００３７】
このように、コレステリック液晶では、螺旋状に捻られた液晶分子３６の配向状態で入射光Ｌの反射透過を制御することができる。また、この表示部３０では、入射光が透過した場合、透過光は図２に示す吸収層４８にて吸収されるので暗表示が実現できる。【００３８】
図４（ａ）〜図４（ｃ）には、コレステリック液晶の電圧応答特性が示されている。なお、コレステリック液晶は、ドットマトリクスで駆動する場合、一般の液晶と同様に、液晶材料の劣化を抑制するために駆動波形は交流とする。【００３９】
図４（ａ）に示すように、初期状態がプレーナ状態の場合、パルス電圧をある範囲に上げるとフォーカルコニック状態への駆動帯域となり、更にパルス電圧を上げると再度プレーナ状態への駆動帯域となる。また、初期状態がフォーカルコニック状態の場合、パルス電圧を上げるにつれて次第にプレーナ状態への駆動帯域へとなる。この場合、初期状態がプレーナ状態、フォーカルコニック状態のいずれの場合にも、プレーナ状態になる電圧は、±３６Ｖである。従って、これらの中間的な電圧では、プレーナ状態とフォーカルコニック状態が混在した中間調が得られる。【００４０】
一方、図４（ａ）よりも電圧が低い、又は周期が小さいパルスを印加した場合、この応答性はシフトする。例えば、印加電圧が±２０Ｖ又は±１０Ｖ、周期が２ｍｓ又は１ｍｓのパルスであり、初期状態がプレーナ状態であるとすると、周期２ｍｓ（図４（ｂ））の場合も、周期１ｍｓ（図４（ｃ））の場合も、電圧が±１０Ｖでは応答性を示さず、プレーナ状態を維持する。一方、電圧が±２０Ｖの場合、周期が２ｍｓの場合も１ｍｓの場合も、応答性を示し、反射率が少し低下した中間調となる。この反射率の低下分は、図４（ｂ）と図４（ｃ）を比較すると分かるように、周期が１ｍｓの場合よりも周期が２ｍｓの場合の方が大きくなるので、周期２ｍｓの場合の方が低い階調となる。【００４１】
ここで、本実施形態では、表示部３０に対する表示を行う際には、図５に示すように、書換える画素を一括してプレーナ状態にリセット（白リセット）した後、フォーカルコニック状態の混在率を増やしながら、所望の描画を行うこととしている。このリセット時には、図６に示すような電圧設定を行う。この図６に示すような電圧設定を行うことで、選択されたラインには±３６Ｖが印加され、プレーナ状態へと初期化されるようになる。また、階調書込み時には、図７に示すような電圧設定を行う。この場合、例えば、±２０Ｖで所望の階調を書込みたい場合は、スキャン側：選択・データ側：ＯＮとなった画素には±２０Ｖ、スキャン側：選択・データ側：ＯＦＦとなった画素には±１０Ｖ、スキャン側：非選択となった画素には±５Ｖが印加される。ここで、±１０Ｖ、±５Ｖの画素は新たに階調は形成されないようになっている。【００４２】
次に、本実施形態における、表示部３０への画像の表示方法について、図８（ａ）〜図１２に基づいて説明する。なお、以下においては、表示部３０を構成する各画素の画素値は、例えば８ビット（０〜２５５）の演算上のデジタル値であり、階調は色の段階数（８ビットであれば２５６階調であり、０が黒（シャドウ）、２５５が白（ハイライト）、その間はグレイスケール）として定義するものとする。【００４３】
本実施形態では、図８（ａ）に示すように、文字「Ｆ」を表示部３０上に長時間表示した後に、画像を切り替えた場合、図８（ｂ）に示すように、文字「Ｆ」が焼付きとして残るのを目立たなくする表示方法を実行する。【００４４】
具体的には、図１の表示制御部２４が、図９（ａ）に示すようなノイズパターン画像を、図９（ｂ）に示す表示すべき画像に合成して、当該合成画像を表示部３０に表示する。【００４５】
ここで、ノイズパターン画像は、表示すべき画像と相関のない周期的なノイズパターン（市松パターン）であるものとし、ノイズパターンは高周波（０．５cycle/pixel）であるものとする。また、図９（ａ）では、図示の便宜上、白黒パターンとしているが、実際は最大で１階調未満〜数階調分の微弱な振幅（ノイズの階調数）であるものとする。【００４６】
なお、ノイズパターンを合成しても、当該ノイズパターンは微弱であるので、視認性に影響を与えるほどの画像の乱れ（ガンマ特性の乱れ）は生じない。【００４７】
ここで、焼付きの見えやすさ、見えにくさは、表示させる画像の階調に依存する。より具体的には、図１０のような白黒パターンを、表示部３０に、意図的に数日程度表示させたままにしておき、数日後、白（ハイライト）、グレイ、黒（シャドウ）のべたパターンを表示部３０に表示すると白黒パターンが焼付いて見えるが、焼付きの見え方（焼付き量）は、べたパターンの階調に応じて異なる。この焼付きの見え方（焼付き度（ΔＬ））の実験結果が、図１１に示されている。なお、図１１では、焼付き度（ΔＬ）を、明るい部分と暗い部分の反射明度（Ｌ）の差分にて示している。また、放置した時間が長い場合（例えば３日）を実線で示し、短い場合（例えば１日）を破線で示している。【００４８】
図１１のグラフによると、表示する画像の階調値が中間調（グレイ）であるほど焼付き量は大きく、白（ハイライト）あるいは黒（シャドウ）であるほど、焼付き量は小さくなる傾向がある。したがって、画像の各画素において焼付きを目立たなくするためには、階調値が中間調であるほど、ノイズパターンの階調値の振幅を大きくし、ハイライトあるいはシャドウであるほどノイズパターンの階調値の振幅を小さくすることが考えられる。また、ハイライトの画素はよりハイライトに補正して表示し、シャドウの画素はよりシャドウに補正して表示することで、焼付き、表示品位（コントラスト）の改善が同時に図られると考えられる。【００４９】
図１２は、本実施形態におけるノイズパターンの付加方法を概念的に示す模式図であり、入力データが、暗階調から明階調に徐々に移り変わる画像（グラデーション画像）である場合における出力データを示している。この図１２に示すように、本実施形態では、中間調である場合ほど振幅を大きくするとともに、暗階調である場合には負極性、明階調である場合には正極性に設定する。【００５０】
以下、図１２のような処理を行うための、具体的な方法について説明する。この処理においては、図１３〜図１４（ｂ）のグラフ（パラメータ）を用いることとする。図１３は、ノイズパターン（市松パターン）を形成するための基本波形（搬送波）を示している。この基本波形としては、図１３の上側と下側の２つあり、画素の列番号（垂直方向の並び順）に基づいて使い分けられる。例えば、図１３の上側の波形は、画素の列番号が奇数の場合に用いられ、下側の波形は、画素の列番号が偶数の場合に用いられる。【００５１】
図１４（ａ）は、階調特性がＳ字になるようにするための、コントラスト強調パラメータである。ここでは、Ｓ字の範囲を＋３２〜−３２に設定する。また、図１４（ｂ）は、中間調で振幅がピークになるようにするためのパターン振幅パラメータである。ここでは、振幅のピークを＋８に設定する。なお、これら図１４（ａ）、図１４（ｂ）は、８ｂｉｔ（２５６値（０〜２５５））の一次元配列である。【００５２】
なお、図１３〜図１４（ｂ）のグラフ（パラメータ）は、図１のデータ格納部２６に格納されているものとする。図１３〜図１４（ｂ）の出力画素値は、プロセッサ等の処理の都合により、整数値に丸めても良い。【００５３】
本実施形態では、これら図１３〜図１４（ｂ）の基本波形及びパラメータを用いて、図１５、図１６のフローチャートに沿った処理が行われる。なお、図１５、図１６のフローチャートは、表示制御部２４が実行するものである。【００５４】
まず、表示制御部２４は、図１５のステップＳ１０において、水平画素数を示す変数ｘを１に設定するとともに、垂直画素数を示す変数ｙを１に設定する。次いで、表示制御部２４は、ステップＳ１２において、画面更新回数を示す変数ｎを１に設定する。【００５５】
次いで、表示制御部２４は、ステップＳ１４において、画像表示用のコマンドが外部から入力されるまで待機する。そして画像表示用のコマンドが入力されると、次のステップＳ１６において、表示制御部２４は、データ格納部２６から、コマンドに対応した画像を取得する。【００５６】
次いで、表示制御部２４は、ステップＳ１８において、表示する画像のデータ（入力画像データ）Img_org[x,y]（ここでは、Img_org[1,1]）を取得する。【００５７】
次いで、表示制御部２４は、ステップＳ２０において、データ格納部２６に格納されている図１４（ｂ）のパラメータを用いて、入力画像データImg_org[x,y]からノイズパターンの階調値の振幅Noise_strength[x,y]（ここでは、Noise_strength[1,1]）を決定する。例えば、Img_org[x,y]が０ならば、図１４（ｂ）より、Noise_strength[x,y]は０、Img_org[x,y]が３５ならば、Noise_strength[x,y]は１となる。【００５８】
次いで、表示制御部２４は、ステップＳ２１において、データ格納部２６に格納されている図１４（ａ）のパラメータを用いて、Img_org[x,y]からノイズパターンのパターン極性Noise_Polarity[x,y]（ここでは、Noise_Polarity[1,1]）を決定する。例えば、Img_org[x,y]が０ならば、図１４（ａ）より、Noise_Polarity[x,y]は−３２、Img_org[x,y]が３５ならば、Noise_Polarity[x,y]は−２９となる。【００５９】
次いで、表示制御部２４は、ステップＳ２２において、図１３を用いてノイズパターン画像のデータNoise_pattern[x,y]（ここでは、Noise_pattern[1,1]）を決定する。なお、前述のように、ｙの値が奇数の場合には、図１３の上側の基本波形を用いることとし、ｙの値が偶数の場合には、図１３の下側の基本波形を用いることとする。例えば、Noise_pattern[1,1]の場合には、ｙが奇数なので、図１３の上側の基本波形を用い、値＋４を得る。【００６０】
なお、ステップＳ２０〜Ｓ２２については、実行順を変更しても良い。【００６１】
次いで、表示制御部２４は、ステップＳ２３において、ステップＳ２０〜Ｓ２２で決定された各パラメータを用いて、次式（１）より、最終的なノイズパターンのデータNoise_final[x,y]（ここでは、Noise_final[1,1]）を生成する。
Noise_final[x,y]
＝Noise_pattern[x,y]× Noise_Polarity[x,y]＋Noise_strength[x,y]
…（１）【００６２】
次いで、表示制御部２４は、ステップＳ２４において、ｎが、予め定められている最大値Ｎであるか否かを判断する。ここではｎ＝１であるので、判断は否定され、図１６のステップＳ２８に移行する。なお、ｎ＝Ｎであった場合には、ステップＳ２４の判断は肯定されるので、ステップＳ２６において、表示制御部２４が、ノイズパターンの位相をずらした後、図１６のステップＳ２８に移行する。【００６３】
次いで、表示制御部２４は、図１６のステップＳ２８において、次式（２）に基づいて、表示する画像データImg_org[x,y]（ここでは、Img_org[1,1]）と、Noise_final[x,y]（ここでは、Noise_final[1,1]）とから、最終的な表示画像（合成画像）のデータImg_final[x,y]（ここでは、Img_final[1,1]）を生成する。
Img_final[x,y]＝Img_org[x,y]＋Noise_final[x,y]              …（２）【００６４】
次いで、表示制御部２４は、ステップＳ３０において、Img_final[x,y]が０より小さいか否かを判断する。ここでの判断が肯定された場合には、その最終的な表示画像のデータを出力することができないので、表示制御部２４は、ステップＳ３２において、Img_final[x,y]を最小値０に設定し、ステップＳ４０に移行する。一方、ステップＳ３０の判断が否定された場合には、ステップＳ３４において、Img_final[x,y]が２５５より大きいか否かを判断する。ここでの判断が肯定された場合には、その最終的な表示画像のデータを出力することができないので、表示制御部２４は、ステップＳ３６において、Img_final[x,y]を最大値２５５に設定し、ステップＳ４０に移行する。また、ステップＳ３４の判断が否定された場合には、そのままステップＳ４０に移行する。【００６５】
次いで、表示制御部２４は、ステップＳ４０において、ｘが、予め定められている最大値Ｘであるか否かを判断する。ここで、最大値Ｘは、表示部３０の水平方向に並ぶ全画素数を意味している。ここでの判断が否定された場合には、ステップＳ４２に移行し、表示制御部２４は、ｘを１インクリメントして、図１５のステップＳ１８に戻る。その後は、ステップＳ１８〜ステップＳ３６を実行して、Img_org[2,1]からImg_final[2,1]を生成する。そして、ステップＳ４０において再度判断が否定されると、ステップＳ４２において、再度ｘを１インクリメントして、ステップＳ１８に戻る。その後は、Img_final[3,1]〜Img_final[X,1]を取得するまで、上記処理が繰り返され、ステップＳ４０の判断が肯定された段階で、ステップＳ４４に移行する。表示制御部２４は、ステップＳ４４において、ｘを１に戻し、次のステップＳ４６では、ｙが、予め定められている最大値Ｙであるか否かを判断する。ここで、最大値Ｙは、表示部３０の垂直方向に並ぶ全画素数を意味している。ここでの判断が否定された場合には、ステップＳ４８に移行し、表示制御部２４は、ｙを１インクリメントして、図１５のステップＳ１８に戻る。その後は、図１３の下側の基本波形を用いて、ステップＳ１８〜ステップＳ４２を繰り返すことにより、Img_final[1,2]〜Img_final[X,2]を取得する。【００６６】
その後、上記処理を繰り返し、表示制御部２４が、Img_final[X,Y]まで取得すると、ステップＳ４６の判断が肯定され、ステップＳ５０に移行する。次のステップＳ５０では、表示制御部２４がｙを１に戻す。そして、表示制御部２４は、次のステップＳ５２において、これまでに取得したImg_final[1,1]〜Img_final[X,Y]を用いて、表示部３０の特性に合わせるための階調変換処理を行うとともに、ステップＳ５４において、表示部３０に対する描画を実行する。【００６７】
その後、ステップＳ５６では、ｎがＮであるか否かを判断する。ここでの判断が否定されると、ステップＳ５８において、ｎが１インクリメントされた後に、ステップＳ５４に戻る。一方、ｎがＮであった場合には、ステップＳ５６の判断が肯定され、図１５のステップＳ１２に戻る。【００６８】
以上のような処理を、表示制御部２４が行うことにより、表示対象の画像（入力画像）に、当該入力画像に応じて振幅及び極性が変更されたノイズパターン画像を合成し、その合成画像を表示部３０に表示することができる。【００６９】
ここで、入力画像として、図１７に示すような階調の画像データが入力された場合を例に採り、本実施形態の処理をより詳細に説明する。なお、ここでは、説明の簡略化のため、垂直方向の画素数（ｙ）が１である場合を図示している。【００７０】
まず、左端の画素についての処理を行う。この場合、左端の画素の階調値Img_org[x,y]は０であるので、極性は、図１４（ｂ）より−３２、振幅は、図１４（ａ）より０となる。そして、最終的なノイズパターンのデータNoise_final[x,y]は、これらの値と図１３の基本波形（搬送波）の値＋４とから、上式（１）を用いて計算すると、−３２となる。この場合、最終的な表示画像（合成画像）のデータImg_final[x,y]は、上式（２）より、０＋（−３２）＝−３２となるが、この値は０より小さい。したがって、最終的な表示画像（合成画像）のデータは、０に設定される。【００７１】
同様に、左端から２番目の画素に着目すると、画像データの階調値は３４であるので、極性は、図１４（ｂ）より−２９、振幅は、図１４（ａ）より１となる。これらの値と基本波形（搬送波）の値−４とから、最終的なノイズパターンのデータNoise_final[x,y]は、上式（１）より、−３３となる。そして、最終的な表示画像（合成画像）のデータImg_final[x,y]は、上式（２）より、３５＋（−３３）＝２となる。【００７２】
このような処理を、各画素について実行することにより、入力画像データ（階調値）が「０，３５，９０，１４０，２５５，２５５，２００，１７７，１３０，１３０」であったのに対し、最終的な表示画像（合成画像）のデータ（階調値）は、「０，２，９８，１１４，２５５，２５５，２３４，１８１，１６３，９９」となる。【００７３】
一方、図１５、図１６のフローチャートに沿った処理を、例えば、図１８の下図に示すような入力画像（グラデーション画像）に対して行った場合には、図１８の上図のような波形（画像データ）が出力されることになる。この図１８の上図に示すように、図１５、図１６のフローチャートの処理を実行することにより、入力画像データの階調値が暗階調（シャドウ）の場合には、出力画像データはより暗階調に補正され、入力画像データの階調値が明階調（ハイライト）の場合には、出力画像データはより明階調に補正される。すなわち、図１８の上図では図示していないが、図１２に破線にて示すように、出力画像データの平均曲線（＋側のピークと−側のピークを平均化した曲線）は、略Ｓ字曲線となる。【００７４】
図１９は、上記フローチャートと同一の処理を行うためのプログラム（Ｃ言語）である。このプログラムでは、図１５、図１６のフローチャートで用いた「Img_Org」に代えて「OrgPix」を用い、「Noise_final」に代えて「AddNoise」、「Img_final」に代えて「int temp」を用いている。また、「xsize」は、表示画像の水平画素数、「ysize」は、表示画像の垂直画素数を意味する。【００７５】
なお、ノイズパターン（Noise_pattern[x,y]）についてはメモリ上に展開する必要はなく、周期的パターンであればその数式を、ランダムパターンであればその乱数を発生させる関数を用いることが可能である。【００７６】
ここで、本実施形態の効果を定量的に検証するために行った主観評価について説明する。この主観評価の評価項目は、図２０に示すように（１）焼付き改善、（２）粒状性、（３）コントラスト・色味の３項目とした。各項目とも点数が高いほうが、表示品位として好ましいことを示す。また、表示部３０に表示する評価画像は、べた画像（中間調）３種類、人物画像２種類、グラデーション画像１種類、アニメ画像１種類の合計７種類とした。また、入力画像データに加算（ここで、加算とは、重畳、付加、合成などの単語とほぼ同じ意味で用いるものとする）するノイズパターンとしては、正負のピークトゥピーク（peak to peak）が、１／１６階調分、３／１６階調分、６／１６階調分のものを用いた。【００７７】
図２１には、この主観評価の結果が示されている。この図２１に示すように、パターン強度（ノイズ強度）を大きくすると、粒状性は若干低下するものの、焼付きが改善されるとともに、コントラスト・色味についても、評価点が向上していることが定量的に示されている。【００７８】
以上、詳細に説明したように、本実施形態によると、表示制御部２４が、画像データに、該画像データの画素毎の階調値に応じた極性のノイズパターンを加算して表示画像データを生成するので、入力画像データの各画素の階調値を、焼付きが視認しにくく、且つ、よりよいコントラストとなる表示画像データ、すなわち出力画像データを生成することができる。これにより、ノイズパターンそのものによる視覚的な拡散に加えて、画像データの画素毎の階調値に応じた極性のノイズパターンによる階調補正によって、焼付きが見えにくく、よりコントラストをはっきりさせることができる。【００７９】
また、本実施形態では、図１８に示すように、Ｓ字曲線状に出力が補正されるので、画像データのコントラストを更に向上することが可能である。【００８０】
また、本実施形態によると、表示制御部２４が、ノイズパターンの階調値の振幅を、表示する画像の画素値に基づいて変更するので、焼付きが見えやすい画素値の部分ほどノイズパターンの階調値の振幅を大きくするなどすることで、ノイズパターンの視覚効果を高めて、焼付き画像をより目立たなく（視認しにくく）することが可能である。【００８１】
また、本実施形態によると、表示制御部２４は、表示画像の生成回数に応じて、ノイズパターンの位相を変更することとしているので、ノイズパターン自体が表示部３０に焼付くのを抑制することができる。【００８２】
なお、上記実施形態においては、液晶表示素子１０が、モノクロ画像を表示する液晶表示素子である場合について説明したが、これに限らず、液晶表示素子１０が、カラー表示が可能な液晶表示素子であっても良い。この場合、図２２に示すように、液晶表示素子の表示部３０’は、青（Ｂ）表示部１３０Ｂ、緑（Ｇ）表示部１３０Ｇ、赤（Ｒ）表示部１３０Ｒとが積層されて構成される。なお、表示部３０’では、ＲＧＢ各画素に与える画像データは異なることから、セグメントドライバ３４はＲＧＢそれぞれ独立させる必要がある。【００８３】
カラー表示が可能な液晶表示素子を用いる場合、図２３に示すような、図１９に準じたプログラム（Ｃ言語）を用いて、出力画像データを生成することとすれば良い。【００８４】
なお、上記実施形態では、ノイズパターンとして、周期的なパターンを用いる場合について説明したが、これに限られるものではない。例えば、ランダムノイズパターンを用いることも可能である。このようなランダムノイズパターンを用いても、周期的なパターンと同様の効果が得られるが、粒状性の観点からは、周期的なパターンを用いたほうが好適である。【００８５】
また、視覚特性の観点からは、周期的なパターンであれば市松パターン、ランダムパターンであれば、図２４に示すような、空間周波数の高周波側に重きを持たせたブルーノイズが、粒状感による不快感を感じにくいことが確認されている。【００８６】
なお、上記実施形態では、図１１のように、画像の階調値が中間調であるほど、焼付きが大きくなる場合を例にとって説明したが、これに限らず、ハイライトあるいはシャドウの一方のみ焼付きが小さいような場合には、そのハイライトあるいはシャドウ以外のノイズパターンの階調値の振幅を高くするように制御したり、中間調の画像データを、その焼付きが小さいハイライトあるいはシャドウに近づくように、極性を調整しても良い。【００８７】
また、画像の階調値が中間調よりもハイライト（白）やシャドウ（黒）に近い階調のほうが焼付きが大きくなるパネル構造の液晶表示素子を用いる場合には、ハイライトやシャドウに付加するノイズパターンの階調値の振幅を高くするように制御したり、出力される画像データの階調値が中間調に近づくように、極性を変更したりすれば良い。【００８８】
なお、上記実施形態では、表示する画像の画素値に応じて、ノイズパターンの階調値の振幅を変更する場合について説明したが、これに限らず、振幅は固定値であっても良い。また、上記実施形態では、画像の更新回数に応じて、ノイズパターンの位相を変化させる場合について説明したが、これに限らず、位相を変化させないこととしても良い。なお、上記実施形態では、画像の更新回数に応じて、ノイズパターンの位相を変化させたが、これに限らず、所定時間ごとにノイズパターンの位相を変化させても良い。【００８９】
なお、上記実施形態では、本発明をコレステリック液晶に適用した場合について説明したが、これに限らず、無電力下で表示を維持することが可能な表示装置、例えば、電気泳動方式や電子粉流体など、種々の表示装置に適用することが可能である。【００９０】
なお、上記実施形態では、ノイズパターンと画像とを合成する機能を有する表示制御部２４を含む表示装置としての液晶表示素子１０により本発明が実現された場合について説明したが、これに限らず、本発明は、計算機システムにインストールされて、計算機システムに図１４（ａ）、図１４（ｂ）、図１５の処理を実行させる表示制御プログラムによっても実現可能である。【００９１】
上述した実施形態は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年9月21日(2011.9.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
電源１２は、直流３Ｖ〜５Ｖの電圧を出力する。昇圧部１４は、例えばＤＣ−ＤＣコンバータを有し、電源１２から入力される直流電圧（３Ｖ〜５Ｖ）を、表示部３０の駆動に必要な直流１０Ｖ〜４０Ｖ前後の電圧に昇圧する。なお昇圧部１４としては、表示部３０の特性に対して変換効率の高いものが好ましい。電源切替部１６は、昇圧部１４で昇圧された電圧と入力電圧とを用いて、各画素の階調値や選択／非選択の別に応じて必要な複数レベルの電圧を生成する。電源安定部１８は、ツェナーダイオードやオペアンプ等を有し、電源切替部１６で生成された電圧を安定化させ、当該電圧を表示ブロック１０ｂが有するコモンドライバ３２及びセグメントドライバ３４に供給する。電源１２は、昇圧部１４の他に表示制御部２４、源振クロック２０、分周部２２にも所定の電力を供給する。分周部２２は、走査速度の切換えのため、源振クロック２０から入力されるクロックを、所定の分周比で分周して、表示制御部２４に出力する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６１】
次いで、表示制御部２４は、ステップＳ２３において、ステップＳ２０〜Ｓ２２で決定された各パラメータを用いて、次式（２）より、最終的なノイズパターンのデータNoise_final[x,y]（ここでは、Noise_final[1,1]）を生成する。
Noise_final[x,y]
＝Noise_pattern[x,y]× Noise_Polarity[x,y]＋Noise_strength[x,y]
…（２）
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６３】
次いで、表示制御部２４は、図１６のステップＳ２８において、次式（３）に基づいて、表示する画像データImg_org[x,y]（ここでは、Img_org[1,1]）と、Noise_final[x,y]（ここでは、Noise_final[1,1]）とから、最終的な表示画像（合成画像）のデータImg_final[x,y]（ここでは、Img_final[1,1]）を生成する。
Img_final[x,y]＝Img_org[x,y]＋Noise_final[x,y]              …（３）
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７０】
まず、左端の画素についての処理を行う。この場合、左端の画素の階調値Img_org[x,y]は０であるので、極性は、図１４（ａ）より−３２、振幅は、図１４（ｂ）より０となる。そして、最終的なノイズパターンのデータNoise_final[x,y]は、これらの値と図１３の基本波形（搬送波）の値＋４とから、上式（２）を用いて計算すると、−３２となる。この場合、最終的な表示画像（合成画像）のデータImg_final[x,y]は、上式（３）より、０＋（−３２）＝−３２となるが、この値は０より小さい。したがって、最終的な表示画像（合成画像）のデータは、０に設定される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７１】
同様に、左端から２番目の画素に着目すると、画像データの階調値は３５であるので、極性は、図１４（ａ）より−２９、振幅は、図１４（ｂ）より１となる。これらの値と基本波形（搬送波）の値−４とから、最終的なノイズパターンのデータNoise_final[x,y]は、上式（２）より、−３３となる。そして、最終的な表示画像（合成画像）のデータImg_final[x,y]は、上式（３）より、３５＋（−３３）＝２となる。
【国際調査報告】
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