(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが、所定の間隔を隔ててほぼ平行に配置された一対の透明基板と、該透明基板間に封入された液晶層とを有し、積層されたｎ枚（ｎは２以上の整数）の液晶表示パネルと、
前記ｎ枚の液晶表示パネルを外側から挟み込む一対の偏光板と、
前記ｎ枚の液晶表示パネルのうちの隣接する各２つの液晶表示パネル間に配置された少なくとも１つの偏光板と、
映像ソースに基づいて、前記ｎ枚の液晶表示パネルを駆動するための駆動信号を生成する画像処理部であって、前記ｎ枚の液晶表示パネルに含まれ、かつその合計が１枚から（ｎ−１）枚の液晶表示パネルに対応して、前記映像ソースに平均化処理を施した画像を表示するための駆動信号を生成する画像処理部とを備え、
前記画像処理部は、前記ｎ枚の液晶表示パネルのうちのカラーフィルター層を有する液晶表示パネルに対して、画像ソースに基づく画像情報を輝度成分と色成分とに分離し、該分離した輝度成分と色成分とについてそれぞれ異なる範囲で平均化処理を行い、該平均化処理された輝度成分と色成分とを合成した信号に基づいて、駆動信号を生成することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記ｎ枚の液晶表示パネルのうちの何れか１枚のみがカラーフィルター層を有する、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記平均化処理は、各画素から所定の範囲内に存在する画素における画像情報を単純に平均化する処理である、請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記平均化処理は、各画素から所定の範囲内に存在する画素における画像情報を、中心点からの距離に従って重み付けを行い平均化する処理である、請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記重み付けに用いる荷重分布が、ガウス分布に従っている、請求項４に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記映像ソースとして、全光透過状態（光透過率：ＴＷ）と全遮光状態（光透過率：ＴＢ）とが周期距離ｐで、かつ、デューティ比５０％で繰り返す画像を、前記平均化処理を施して液晶表示パネルに表示させた際に、該液晶表示パネル内で観察される透過率が最大となる部分の透過率をＴｓＷ、透過率が最小となる部分の透過率をＴｓＢとしたとき、前記平均化処理を実施する距離ｒと前記周期距離ｐとが、
ｐ＝３ｒ
を満たすとき、
ＴｓＷ−ＴｓＢ＝（ＴＷ−ＴＢ）／２
となる、請求項１〜５の何れか一に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記ｎ枚の液晶表示パネルのうちの隣接する２つの液晶表示パネル内の液晶層間の距離をｄ、前記透明基板の屈折率をｎｇ、空気の屈折率をｎａ、液晶表示装置を斜め視野から観察した際の表示面とパネル面との間の角度をθとしたとき、前記画像処理部は、
ｒ＝ｄ×ｔａｎ（ｓｉｎ−１（（ｎａ／ｎｇ）×ｓｉｎθ））
で計算される距離ｒの範囲の画像情報を平均化処理する、請求項１〜６の何れか一に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
前記液晶表示装置の表示画面の長辺方向の長さをＬとし、前記液晶表示装置を観察する視点を表示画面から２Ｌだけ離れた距離と想定して、前記平均化処理を実施する範囲を、
ｒ１＝d×tan(sin-1((na/ng)×sin(tan-1((L/2)/2L))))
で計算された距離ｒ１とする、請求項７に記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記液晶表示装置の表示画面の長辺方向の長さをＬとし、前記液晶表示装置を観察する視点を表示画面から２Ｌだけ離れた距離と想定して、前記平均化処理を実施する範囲を、
ｒ２=d×tan(sin-1((na/ng)×sin(tan-1(L/2L))))
で計算された距離ｒ２とする、請求項７に記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
前記液晶表示装置の表示画面の長辺方向の長さをＬとし、前記液晶表示装置を観察する視点を表示画面から２Ｌだけ離れた距離と想定して、前記平均化処理を実施する範囲を、
ｒ３＝d×tan(sin-1((na/ng)×sin(tan-1(2L/2L))))
で計算された距離ｒ３とする、請求項７に記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
前記平均化処理を実施する範囲を、
ｒ４＝d×tan(sin-1(na/ng))
で計算された距離ｒ４とする、請求項７に記載の液晶表示装置。
【請求項１２】
前記画像処理部は、前記ｎ枚の液晶表示パネルの正面方向のトータルの透過率が、前記平均化処理を実施した液晶表示パネルの存在によって、前記画像ソースに対して前記平均化処理を実施しない場合におけるｎ枚の液晶表示パネルの正面方向のトータルの透過率Ｔａから、Ｔａ±αに変化したとき、前記平均化処理を実施しない液晶表示パネルのうちの少なくとも１枚に対して、前記透過率の変化分αを補償するための透過率整合処理を行った画像を表示するための駆動信号を生成する、請求項１〜１１の何れか一に記載の液晶表示装置。
【請求項１３】
前記透過率整合処理では、前記透過率の変化分αに対して、前記平均化処理を実施しない液晶表示パネルのうちの少なくとも１枚における透過率をβだけ変化させ、前記ｎ枚の液晶表示パネルの正面方向のトータルの透過率をＴａとする、請求項１２に記載の液晶表示装置。
【請求項１４】
前記ｎ枚の液晶表示パネルのうちのカラーフィルター層を有する液晶表示パネルにおいて、隣接するＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィルターを有する１ピクセルは、３つの領域に面積分割されており、該分割された３つの領域は、それぞれ赤、青、緑のカラーフィルターに対応する、請求項１〜１３の何れか一に記載の液晶表示装置。
【請求項１５】
前記ｎ枚の液晶表示パネルのうちのカラーフィルター層を有する液晶表示パネルにおいて、隣接するＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィルターを有する１ピクセルは、４以上の領域に面積分割されており、該分割された４以上の領域は、少なくとも赤、青、緑のカラーフィルターに対応する領域を含む、請求項１〜１３の何れか一に記載の液晶表示装置。
【請求項１６】
前記ｎ枚の液晶表示パネルのうちのカラーフィルター層を有しない液晶表示パネルにおいて、１ピクセルのサイズは、カラーフィルター層を有する液晶表示パネルにおいて、隣接するＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィルターを有する１ピクセルのサイズとほぼ等しい、請求項１〜１５の何れか一に記載の液晶表示装置。
【請求項１７】
前記ｎ枚の液晶表示パネルのうちのカラーフィルター層を有しない液晶表示パネルにおける１画素のサイズは、カラーフィルター層を有する液晶表示パネルにおいて、隣接するＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィルターを有する１ピクセルのサイズとほぼ等しい、請求項１〜１６の何れか一に記載の液晶表示装置。
【請求項１８】
前記一対の透明基板の液晶層側には、それぞれ、前記液晶層の透明基板付近における液晶分子配向方向を定める配向膜が形成される、請求項１〜１７の何れか一に記載の液晶表示装置。
【請求項１９】
前記液晶表示パネルの一対の透明基板の上層側及び下層側の偏光板の光透過軸又は光吸収軸がほぼ９０°の角度となるように配置されており、
前記液晶層は、前記配向膜に施された配向処理によって付与されるプレティルト角の範囲内で前記透明基板にほぼ平行で、かつ、液晶層のツイスト角度は初期配向状態ではほぼ０°であり、
前記配向膜の配向処理方向は、一方の透明基板側と他方の透明基板側とで平行又は反平行状態であり、かつ、配向処理方向を透明基板に投影した方向は、前記一対の透明基板の上層側及び下層側の偏光板の光透過軸又は光吸収軸と平行又は垂直であり、
前記液晶表示パネルは、透明基板に平行な方向に電界を印加することにより、液晶分子を透明基板に対してほぼ平行な方向に回転させるインプレーンスイッチング動作を行うことで、光透過状態と光遮光状態とを変化させる液晶モードを用いて表示を行う、請求項１８に記載の液晶表示装置。
【請求項２０】
前記ｎ枚の液晶表示パネルのうちの観察者側から見てｉ番目（ｉ：１〜ｎ）の液晶表示パネルの（ｉ−１）番目の液晶表示パネル側の透明基板に形成された配向膜の配向処理方向と、（ｉ−１）番目の液晶表示パネルのｉ番目の液晶表示パネル側の透明基板に形成された配向膜の配向処理方向とがほぼ平行方向である、請求項１９に記載の液晶表示装置。
【請求項２１】
前記ｎ枚の液晶表示パネルのうちの観察者側から見てｉ番目（ｉ：１〜ｎ）の液晶表示パネルの（ｉ−１）番目の液晶表示パネル側の透明基板に形成された配向膜の配向処理方向と、（ｉ−１）番目の液晶表示パネルのｉ番目の液晶表示パネル側の透明基板に形成された配向膜の配向処理方向とが反対方向を向く、請求項１９に記載の液晶表示装置。
【請求項２２】
前記ｎ枚の液晶表示パネルのうちの少なくとも１枚の液晶表示パネルの液晶層と、該液晶表示パネルの上層側及び下層側の少なくとも一方の偏光板との間に位相差補償層を更に有する、請求項１９〜２１の何れか一に記載の液晶表示装置。
【請求項２３】
前記透明基板の基板面と平行な面内で、前記位相差補償層の屈折率が最も高い方向の屈折率をｎｘ、該屈折率が最も高い方向と直交する方向の屈折率をｎｙとし、かつ、前記透明基板の基板面と垂直な方向の屈折率をｎｚとしたとき、ｎｘ≧ｎｚ＞ｎｙである、請求項２２に記載の液晶表示装置。
【請求項２４】
前記位相差補償層は、前記透明基板に平行な方向に光軸を有する一軸性の位相差補償層と、前記透明基板に垂直な方向に光軸を有する一軸性の位相差補償層との組み合わせから成る、請求項２２に記載の液晶表示装置。
【請求項２５】
前記位相差補償層は、負の一軸性を有しており、光軸方向が透明基板と平行な方向である、請求項２２に記載の液晶表示装置。
【請求項２６】
前記液晶表示パネルの一対の透明基板の上層側及び下層側の偏光板の光透過軸又は光吸収軸がほぼ９０°の角度となるように配置され、
前記液晶層は、一対の透明基板間で液晶分子がほぼ９０°ねじれた構造を有し、
前記一対の透明基板のそれぞれは、前記液晶層を駆動するための透明電極を有しており、
前記液晶表示パネルは、前記透明電極間に電圧を印加することで液晶分子を透明基板と平行な方向から透明基板に垂直な方向へ駆動するツイステッドネマティック型の動作を行うことで光透過状態と光遮光状態とを変化させる液晶モードを用いて表示を行う、請求項１８に記載の液晶表示装置。
【請求項２７】
前記ｎ枚の液晶表示パネルのうちの観察者側から見てｉ番目（ｉ：１〜ｎ）の液晶表示パネルの（ｉ−１）番目の液晶表示パネル側の透明基板に形成された配向膜の配向処理方向と、（ｉ−１）番目の液晶表示パネルのｉ番目の液晶表示パネル側の透明基板に形成された配向膜の配向処理方向とが直交する、請求項２６に記載の液晶表示装置。
【請求項２８】
前記各液晶表示パネルの液晶層のほぼ中央部分における液晶分子長軸方向と透明基板の基板面内に平行な方向との間の角度をθｃとしたとき、前記ｎ枚の液晶表示パネルのうちの観察者側から見てｊ番目（ｊ：１〜ｎ）の液晶表示パネルの液晶層における分子長軸方向と透明基板の基板面内に平行な方向とがなす角度が＋θｃであり、（ｊ−１）番目の液晶表示パネルの液晶層における分子長軸方向と透明基板の基板面内に平行な方向とがなす角度が−θｃである、請求項２６又は２７に記載の液晶表示装置。
【請求項２９】
前記ｎ枚の液晶表示パネルのうちの少なくとも１枚の液晶表示パネルの液晶層と、該液晶表示パネルの上層側及び下層側の少なくとも一方の偏光板との間に位相差補償層を更に有する、請求項２６〜２８の何れか一に記載の液晶表示装置。
【請求項３０】
前記位相差補償層は、負の位相差を有するディスコティック液晶層で構成され、該ディスコティック液晶層の軸角度が、厚み方向で連続的に変化している、請求項２９に記載の液晶表示装置。
【請求項３１】
前記位相差補償層は、傾いた負の位相差補償板で構成され、該位相差補償板の光軸方向を前記透明基板に投影した方向と、前記透明基板に最も近い側の液晶層の液晶分子の光軸方向を前記透明基板に投影した方向とがほぼ平行又は反平行である、請求項２９に記載の液晶表示装置。
【請求項３２】
前記液晶表示パネルの一対の透明基板の上層側及び下層側の偏光板の光透過軸又は光吸収軸がほぼ９０°の角度となるように配置され、
前記液晶層の液晶分子長軸方向は、一対の透明基板に対して垂直な方向であり、
前記一対の透明基板のそれぞれは、前記液晶層を駆動するための透明電極を有しており、
前記液晶表示パネルは、前記透明電極間に電圧を印加することで、電圧無印加時に前記透明基板と垂直な方向に初期配置されていた液晶分子を前記透明基板と平行な方向へ駆動することで表示を行う、請求項１〜１８の何れか一に記載の液晶表示装置。
【請求項３３】
前記ｎ枚の液晶表示パネルのうちの少なくとも１枚の液晶表示パネルの液晶層と、該液晶表示パネルの上層側及び下層側の少なくとも一方の偏光板との間に位相差補償層を更に有する、請求項３２に記載の液晶表示装置。
【請求項３４】
前記透明基板の基板面と平行な面内で、前記位相差補償層の屈折率が最も高い方向の屈折率をｎｘ、該屈折率が最も高い方向と直交する方向の屈折率をｎｙとし、かつ、前記透明基板の基板面と垂直な方向の屈折率をｎｚとしたとき、ｎｘ≧ｎｚ＞ｎｙである、請求項３３に記載の液晶表示装置。
【請求項３５】
前記位相差補償層は、前記透明基板に垂直な方向に光学軸を有する負の一軸性位相差補償層から成る、請求項３３に記載の液晶表示装置。
【請求項３６】
前記ｎ枚の液晶表示パネルのうちの少なくとも２枚が、異なる映像ソースに基づく映像信号で駆動される、請求項１〜３５の何れか一に記載の液晶表示装置。
【請求項３７】
前記液晶表示パネルには、互いに直交するｘ電極及びｙ電極と、共通電極とが形成され、前記ｘ電極及びｙ電極の交差する点に画素電極が形成され、前記ｘ電極、ｙ電極、及び、画素電極の間には３端子スイッチング素子が配置されており、前記液晶表示パネルは、駆動信号により擬似的なスタティック駆動が可能なアクティブマトリクス駆動で駆動される、請求項１〜３６の何れか一に記載の液晶表示装置。
【請求項３８】
前記液晶表示パネルの一方の透明基板にｘ電極が形成され、他方の透明基板に前記ｘ電極と直交する方向にｙ電極が形成され、前記一方又は他方の透明基板に画素電極が形成されており、前記画素電極が形成された透明基板のｘ電極又はｙ電極と前記画素電極との間に非線形素子が配置されており、前記液晶表示パネルは、アクティブマトリクス駆動で駆動される、請求項１〜３６の何れか一に記載の液晶表示装置。
【請求項３９】
請求項１〜３８の何れか一に記載の液晶表示装置を備えたことを特徴とする電子機器。
【請求項４０】
請求項１〜３８の何れか一に記載の液晶表示装置を備えたことを特徴とする画像送出用調整装置。
【請求項４１】
請求項１〜３８の何れか一に記載の液晶表示装置を備えたことを特徴とする画像切替え装置。
【請求項４２】
請求項１〜３８の何れか一に記載の液晶表示装置を備えたことを特徴とする画像診断装置。
【請求項４３】
請求項１〜３８の何れか一に記載の液晶表示装置と音響装置とを一つの建築物の中に固定した位置に据え付けたことを特徴とする建築物。
【請求項４４】
積層されたｎ枚の液晶表示パネルを有する液晶表示装置を用いて画像表示を行う電子画像表示システムであって、
映像ソースに基づいて、前記ｎ枚の液晶表示パネルのそれぞれを駆動するための映像信号を生成する映像信号生成部と、
前記生成した映像信号を、対応する液晶表示パネルに出力する映像信号出力部と、
前記映像信号出力部から各液晶表示パネルへ前記映像信号が出力されるタイミングを制御するタイミング制御部とを備え、
前記映像信号生成部は、前記ｎ枚の液晶表示パネルに含まれ、かつその合計が１枚から（ｎ−１）枚の液晶表示パネルに対応して、前記映像ソースで表される画像に平均化処理を施した画像を表示させるための映像信号を生成し、
前記映像信号生成部は、前記平均化処理を実施した画像を表示する液晶表示パネルの存在によって、前記ｎ枚の液晶表示パネルの正面方向のトータルの透過率が、前記画像ソースに対して前記平均化処理を実施しない場合におけるｎ枚の液晶表示パネルの正面方向のトータルの透過率ＴａからＴａ±αに変化するとき、前記ｎ枚の液晶表示パネルのうちで、前記平均化処理を実施した画像を表示する液晶表示パネルを除く液晶表示パネルのうちの少なくとも１枚に対応して、前記透過率の変化分αを補償する透過率整合処理を行った画像を表示するための映像信号を生成することを特徴とする画像表示システム。
【請求項４５】
前記映像信号生成部が、ｎ枚の液晶表示パネルに対応して、各液晶表示パネルを駆動するための映像信号を生成するｎ個の演算ユニットを備える、請求項４４に記載の画像表示システム。
【請求項４６】
前記映像信号生成部は、前記平均化処理を行う平均化処理部と、前記透過率整合処理を行う透過率整合処理部とを含み、前記映像信号出力部は、前記平均化処理部が生成した映像信号を、前記平均化処理を実施した画像を表示する液晶表示パネルのそれぞれに出力し、前記透過率整合処理部が生成した映像信号を、前記透過率整合処理を行った画像を表示する液晶表示パネルのそれぞれに出力する、請求項４４に記載の画像表示システム。
【請求項４７】
前記映像ソースに基づく画像情報に従って、画面内のピーク輝度を解析し、前記ｎ枚の液晶表示パネルに照射するバックライト光の輝度を制御するバックライト制御部を更に備える、請求項４４〜４６の何れか一に記載の画像表示システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置及び電子機器に関し、更に詳しくは、高い表示コントラストが得られる直視型の液晶表示装置及び画像表示システムに関する。また、本発明は、そのような液晶表示装置を使用した電子機器、画像送出用調整装置、画像切替え装置、画像診断装置、及び、建築物に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置（液晶ディスプレイ）は、低消費電力で高精細化が可能という特徴を有しており、小型の携帯電話機から大型のテレビモニターまで広い範囲に適用されている。しかしながら、液晶表示パネル（液晶表示素子）の暗所におけるコントラスト比は、液晶表示パネル単独では高々１０００：１前後であり、ＣＲＴにおけるコントラスト比や液晶ディスプレイと同じくテレビモニターとして用いられているプラズマディスプレイのコントラスト比（３０００：１）や、ＦＥＤ／ＳＥＤと呼ばれる放電型表示パネルのコントラスト比に比べて低く、映画など黒部分の表現力が豊かな映像ソースを用いて表示を実施した場合に、臨場感が不足するという問題点が指摘されている。
【０００３】
上記問題に対して、液晶表示素子単体でのコントラスト比はそのままとして、バックライトの光強度を、表示する画像に従って制御することで、液晶ディスプレイ装置全体でコントラスト比を向上させる技術が開発されてきている。しかし、従来の面光源型のバックライト装置では、光源として冷陰極管が用いられるが、この冷陰極管の輝度のダイナミックレンジは狭いため、バックライトの光強度を表示する画像に従って制御した場合でも、コントラスト比の増加は、２０００〜３０００：１に留まる。また、冷陰極管は棒状の光源であるために、同一画面内に輝度の高い部分と低い部分が同時に存在した場合には、バックライトにおける輝度の調整ができず、バックライトの輝度制御によるコントラストの向上効果が低くなる。従って、一部高輝度の領域がある画像で、低輝度領域における再現性を重視するような画像を表示する場合に、実質的なコントラスト比が低下するという問題がある。
【０００４】
上記の問題を生じさせないためには、液晶表示素子のコントラスト比を大幅に引き上げる必要があるが、前記したように、液晶表示素子単体におけるコントラスト比は高々１０００：１程度である。液晶表示素子単体でのコントラスト比を大幅に引き上げることなく、液晶表示装置のコントラスト比を大幅に向上できる液晶表示装置としては、例えば、特許文献１や特許文献２に記載の技術がある。これら技術では、液晶表示素子を２層又はそれ以上重ね合わせることで黒輝度を低下させ、液晶表示装置全体でのコントラスト比を向上させている。
【０００５】
図１１は、液晶表示素子を２層重ね合わせた構造の液晶表示装置の構成を示している。この液晶表示装置９００は、光入射側から順に、偏光板９０１、液晶表示パネル９４１、偏光板９０２、液晶表示パネル９４２、及び、偏光板９０３を有する。液晶表示パネル９４１は、ＴＮ構造の液晶層９３１と、透明電極９２１、９２２を液晶層側に有する一対の透明基板９１１、９１２とから成る。液晶表示パネル９４２は、ＴＮ構造の液晶層９３２と、透明電極９２３、９２４を液晶層側に有する一対の透明基板９１３、９１４とから成る。液晶表示パネル９４１、９４２の透明電極９２１及び９２３は、それぞれ、駆動回路９５１から駆動信号が供給される画素電極であり、透明電極９２２及び９２４は、それぞれ共通電極である。このような構造を採用することで、レーザ光を用いてコントラスト比を測定した場合、液晶表示パネルを１枚用いる構造ではコントラスト比が１０〜１５程度であったものが、２枚積層することにより１００：１程度に向上でき、更に、３枚積層することにより１０００：１程度に向上でき、液晶表示パネル単体でのコントラスト限界を超えたコントラスト比を実現できる。
【０００６】
【特許文献１】特開昭６４−１０２２３号公報
【特許文献２】実開昭５９−１８９６２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１では、積層された２つの液晶表示パネル９４１、９４２を、同一の信号源からの同一の信号によって駆動することで、高コントラスト比を得ている。しかしながら、液晶表示装置９００では、液晶層９３１と９３２とが厚み方向に距離ｄだけ離れているため、パネル斜め方向から表示面を観察すると、液晶表示パネル９４１と液晶表示パネル９４２とで、表示位置に位置ずれが生じる。この位置ずれにより、斜め視野では、観察者は、正常な画像を認識できず、違和感が生じる。また、カラー表示を行う液晶表示パネルを２つ重ねた場合には、斜め視野から観察すると、下層側の液晶表示パネルと上層側の液晶表示パネルとで、光が、カラーフィルター層の異なる色の層を通過することがある。これにより、表示輝度が低下し、視認性が悪化するという問題が発生する。
【０００８】
本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、積層された複数の液晶表示パネルを有する液晶表示装置において、斜め視野から観察した際の表示品位の低下を抑制することができる液晶表示装置及び画像表示システ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】
本発明の第１の視点の液晶表示装置は、それぞれが、所定の間隔を隔ててほぼ平行に配置された一対の透明基板と、該透明基板間に封入された液晶層とを有し、積層されたｎ枚（ｎは２以上の整数）の液晶表示パネルと、前記ｎ枚の液晶表示パネルを外側から挟み込む一対の偏光板と、前記ｎ枚の液晶表示パネルのうちの隣接する各２つの液晶表示パネル間に配置された少なくとも１つの偏光板と、映像ソースに基づいて、前記ｎ枚の液晶表示パネルを駆動するための駆動信号を生成する画像処理部であって、前記ｎ枚の液晶表示パネルに含まれ、かつその合計が１枚から（ｎ−１）枚の液晶表示パネルに対応して、前記映像ソースに平均化処理を施した画像を表示するための駆動信号を生成する画像処理部とを備え、前記画像処理部は、前記ｎ枚の液晶表示パネルのうちのカラーフィルター層を有する液晶表示パネルに対して、画像ソースに基づく画像情報を輝度成分と色成分とに分離し、該分離した輝度成分と色成分とについてそれぞれ異なる範囲で平均化処理を行い、該平均化処理された輝度成分と色成分とを合成した信号に基づいて、駆動信号を生成することを特徴とする。
【００１５】
本発明の第１の視点の液晶表示装置では、画像処理部により、積層されたｎ枚のうちの１〜（ｎ−１）枚の液晶表示パネルに、平均化処理を施した画像を表示する。液晶表示パネルを複数積層する構造では、斜めから観察すると、各層の液晶表示素子の画素に位置ずれが生じるが、この位置ずれの量に相当する範囲の画素の画像情報を平均化することで、位置ずれによる表示の違和感を解消できる。また、人間の感覚は、刺激値が大きく変動する部分に注目する傾向があるため、平均化処理によって、空間的な輝度の微分値が大きな箇所（エッジ部分）を目立たなくし、観察者に、平均化処理を施していない液晶表示パネルで詳細な画像を認識させることで、斜めから観察した際の視差による違和感を抑えることができる。
【００１６】
本発明の第１の視点の液晶表示装置では、前記ｎ枚の液晶表示素子のうちの何れか１枚のみがカラーフィルター層を有する構成を採用できる。この場合、表示面を斜め方向から観察した際に、上下の液晶表示パネル間で、異なる色のカラーフィルターを通過する事態を防止でき、斜め視野における表示品位の低下を抑制できる。
【００１８】
本発明の第１の視点の液晶表示装置では、前記平均化処理は、各画素から所定の範囲内に存在する画素における画像情報を単純に平均化する処理である構成を採用することができる。平均化処理としては、注目画素から一定の距離の範囲にある画素、或いは、注目画素の座標から縦及び横にそれぞれ所定の値だけ離れた座標の範囲内にある画素の画像情報の単純な平均値を求める処理を採用することができる。
【００１９】
本発明の第１の視点の液晶表示装置では、上記に代えて、前記平均化処理は、各画素から所定の範囲内に存在する画素における画像情報を、中心点からの距離に従って重み付けを行い平均化する処理である構成を採用できる。この場合には、例えば中心部分の重み係数を大きくすることで、平均化に際して、中央付近の画像情報の影響を大きくすることができる。平均化処理の重み付けの荷重分布としては、ガウス分布を採用することができる。或いは、単なる傾斜配分や、二次曲線、四次曲線を用いた重み付けを採用することもできる。
【００２０】
本発明の第１の視点の液晶表示装置では、前記画像処理部は、前記ｎ枚の液晶表示パネルのうちのカラーフィルター層を有する液晶表示パネルに対して、画像ソースに基づく画像情報を輝度成分と色成分とに分離し、該分離した輝度成分と色成分とについてそれぞれ異なる範囲で平均化処理を行い、該平均化処理された輝度成分と色成分とを合成した信号に基づいて、駆動信号を生成する構成を採用する。画像情報を輝度成分と色成分とに分離する場合には、平均化処理を、輝度成分と色成分との双方で行い、その平均化処理を行う範囲を、輝度成分の平均化処理と、色成分の平均化処理とで、異なる範囲とすることができる。
【００２１】
本発明の第１の視点の液晶表示装置では、前記映像ソースとして、全光透過状態（光透過率：ＴＷ）と全遮光状態（光透過率：ＴＢ）とが周期距離ｐで、かつ、デューティ比５０％で繰り返す画像を、前記平均化処理を施して液晶表示パネルに表示させた際に、該液晶表示パネル内で観察される透過率が最大となる部分の透過率をＴｓＷ、透過率が最小となる部分の透過率をＴｓＢとしたとき、前記平均化処理を実施する距離ｒと前記周期距離ｐとが、
ｐ＝３ｒ
を満たすとき、
ＴｓＷ−ＴｓＢ＝（ＴＷ−ＴＢ）／２
となる構成を採用できる。
【００２２】
本発明の第１の視点の液晶表示装置では、前記ｎ枚の液晶表示パネルのうちの隣接する２つの液晶表示パネル内の液晶層間の距離をｄ、前記透明基板の屈折率をｎｇ、空気の屈折率をｎａ、液晶表示装置を斜め視野から観察した際の表示面とパネル面との間の角度をθとしたとき、前記画像処理部は、
ｒ＝ｄ×ｔａｎ（ｓｉｎ−１（（ｎａ／ｎｇ）×ｓｉｎθ））
で計算される距離ｒの範囲の画像情報を平均化処理する構成を採用できる。この場合、平均化処理を実施する範囲を、上記式で求めた距離Ｒとすることで、想定した斜め視野での観察角度θから表示面を見た際の視差による違和感を解消できる。
【００２３】
本発明の第１の視点の液晶表示装置では、前記液晶表示装置の表示画面の長辺方向の長さをＬとし、前記液晶表示装置を観察する視点を表示画面から２Ｌだけ離れた距離と想定して、前記平均化処理を実施する範囲を、
ｒ１＝d×tan(sin-1((na/ng)×sin(tan-1((L/2)/2L))))
で計算された距離ｒ１とする構成を採用できる。この場合、表示面の中央から、長辺方向の端を観察した際の視差による違和感を解消できる。
【００２４】
本発明の第１の視点の液晶表示装置では、前記液晶表示装置の表示画面の長辺方向の長さをＬとし、前記液晶表示装置を観察する視点を表示画面から２Ｌだけ離れた距離と想定して、前記平均化処理を実施する範囲を、
ｒ２=d×tan(sin-1((na/ng)×sin(tan-1(L/2L))))
で計算された距離ｒ２とする構成を採用できる。この場合、表示面の長辺方向の端の位置から、長辺方向の反対側の端を見た際の視差による違和感を解消できる。
【００２５】
本発明の第１の視点の液晶表示装置では、前記液晶表示装置の表示画面の長辺方向の長さをＬとし、前記液晶表示装置を観察する視点を表示画面から２Ｌだけ離れた距離と想定して、前記平均化処理を実施する範囲を、
ｒ３＝d×tan(sin-1((na/ng)×sin(tan-1(2L/2L))))
で計算された距離ｒ３とする構成を採用できる。この場合、表示面の長辺方向の端からＬだけ離れた位置から、長辺方向の反対側の端を見た際の視差による違和感を解消できる。
【００２６】
本発明の第１の視点の液晶表示装置では、前記平均化処理を実施する範囲を、
ｒ４＝d×tan(sin-1(na/ng))
で計算された距離ｒ４とする構成を採用できる。この場合、斜め視野の観察角度によらず、視差による違和感を解消できる。
【００２７】
本発明の第１の視点の液晶表示装置では、前記画像処理部は、前記ｎ枚の液晶表示パネルの正面方向のトータルの透過率が、前記平均化処理を実施した液晶表示パネルの存在によって、前記画像ソースに対して前記平均化処理を実施しない場合におけるｎ枚の液晶表示パネルの正面方向のトータルの透過率Ｔａから、Ｔａ±αに変化したとき、前記平均化処理を実施しない液晶表示パネルのうちの少なくとも１枚に対して、前記透過率の変化分αを補償するための透過率整合処理を行った画像を表示するための駆動信号を生成する構成を採用できる。複数の液晶表示パネルのうちのいくつかで平均化処理を施した画像を表示すると、正面から見た場合には、表示画像のエッジが立たなくなるため、全体的にぼけた印象の画像となることが考えられる。これを防止するためには、平均化処理を施した画像を表示しない液晶表示パネルのうちの少なくとも１枚で、透過率整合処理を行い、平均化処理を施すことで変化する透過率の変化分を補償してやればよい。この場合、透過率整合処理を行った画像は、空間周波数的な微分値が大きくなり、平均化処理によるぼけた印象を解消することができると同時に、そのような画像を表示する液晶表示パネルに観察者の認知力を集めて視差感を解消することができる。
【００２８】
本発明の第１の視点の液晶表示装置は、前記透過率整合処理では、前記透過率の変化分αに対して、前記平均化処理を実施しない液晶表示パネルのうちの少なくとも１枚における透過率をβだけ変化させ、前記ｎ枚の液晶表示パネルの正面方向のトータルの透過率をＴａとする構成を採用することができる。
【００２９】
本発明の第１の視点の液晶表示装置では、前記ｎ枚の液晶表示パネルのうちのカラーフィルター層を有する液晶表示パネルにおいて、隣接するＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィルターを有する１ピクセルは、３つの領域に面積分割されており、該分割された３つの領域は、それぞれ赤、青、緑のカラーフィルターに対応する構成を採用できる。或いは、前記ｎ枚の液晶表示パネルのうちのカラーフィルター層を有する液晶表示パネルにおいて、隣接するＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィルターを有する１ピクセルは、４以上の領域に面積分割されており、該分割された４以上の領域は、少なくとも赤、青、緑のカラーフィルターに対応する領域を含む構成を採用できる。
【００３０】
本発明の第１の視点の液晶表示装置では、前記ｎ枚の液晶表示パネルのうちのカラーフィルター層を有しない液晶表示パネルにおいて、１ピクセルのサイズは、カラーフィルター層を有する液晶表示パネルにおいて、隣接するＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィルターを有する１ピクセルのサイズとほぼ等しい構成を採用できる。この場合、カラー表示を行う液晶表示パネルと、カラーフィルター層を有しないモノクロ表示の液晶表示パネルとで、１ピクセルの解像度は同じとなる。
【００３１】
本発明の第１の視点の液晶表示装置では、前記ｎ枚の液晶表示パネルのうちのカラーフィルター層を有しない液晶表示パネルにおける１画素のサイズは、カラーフィルター層を有する液晶表示パネルにおいて、隣接するＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィルターを有する１ピクセルのサイズとほぼ等しい構成を採用できる。例えば、カラー表示を行う液晶表示パネルにおける１ピクセルが赤、青、緑の３つの領域に分割されていた場合には、モノクロ表示の液晶表示パネルにおける１画素のサイズを、カラー表示の液晶表示パネルにおける赤、青、緑の３つの画素の全体のサイズと同じにする。このようにすることで、双方の液晶表示パネルにおける１ピクセルのサイズを、同じサイズとすることができる。或いは、これに代えて、モノクロ表示の液晶表示パネルを、カラー表示を行う液晶表示パネルからカラーフィルター層を除いた構成とし、赤、青、緑の３つに対応していた３つの画素を１まとめにして、これを１ピクセルとすることもできる。
【００３２】
本発明の第１の視点の液晶表示装置では、前記一対の透明基板の液晶層側には、それぞれ、前記液晶層の透明基板付近における液晶分子配向方向を定める配向膜が形成される構成を採用できる。配向膜の配向処理方向は、液晶層と透明基板との界面において発生させるプレティルトの方向に応じて設定すればよい。
【００３３】
本発明の第１の視点の液晶表示装置では、前記液晶表示パネルの一対の透明基板の上層側及び下層側の偏光板の光透過軸又は光吸収軸がほぼ９０°の角度となるように配置されており、前記液晶層は、前記配向膜に施された配向処理によって付与されるプレティルト角の範囲内で前記透明基板にほぼ平行で、かつ、液晶層のツイスト角度は初期配向状態ではほぼ０°であり、前記配向膜の配向処理方向は、一方の透明基板側と他方の透明基板側とで平行又は反平行状態であり、かつ、配向処理方向を透明基板に投影した方向は、前記一対の透明基板の上層側及び下層側の偏光板の光透過軸又は光吸収軸と平行又は垂直であり、前記液晶表示パネルは、透明基板に平行な方向に電界を印加することにより、液晶分子を透明基板に対してほぼ平行な方向に回転させる動作を行うことで、光透過状態と光遮光状態とを変化させるＩＰＳ（インプレーンスイッチング）液晶モードを用いて表示を行う構成を採用できる。
【００３４】
本発明の第１の視点の液晶表示装置では、前記ｎ枚の液晶表示パネルのうちの観察者側から見てｉ番目（ｉ：１〜ｎ）の液晶表示パネルの（ｉ−１）番目の液晶表示パネル側の透明基板に形成された配向膜の配向処理方向と、（ｉ−１）番目の液晶表示パネルのｉ番目の液晶表示パネル側の透明基板に形成された配向膜の配向処理方向とがほぼ平行方向である構成を採用できる。
【００３５】
本発明の第１の視点の液晶表示装置では、前記ｎ枚の液晶表示パネルのうちの観察者側から見てｉ番目（ｉ：１〜ｎ）の液晶表示パネルの（ｉ−１）番目の液晶表示パネル側の透明基板に形成された配向膜の配向処理方向と、（ｉ−１）番目の液晶表示パネルのｉ番目の液晶表示パネル側の透明基板に形成された配向膜の配向処理方向とが反対方向を向く構成を採用できる。
【００３６】
本発明の第１の視点の液晶表示装置では、前記ｎ枚の液晶表示パネルのうちの少なくとも１枚の液晶表示パネルの液晶層と、該液晶表示パネルの上層側及び下層側の少なくとも一方の偏光板との間に位相補償層を更に有する構成を採用できる。この場合、位相差補償層により、斜め視野での視野角特性を改善できる。
【００３７】
本発明の第１の視点の液晶表示装置では、前記位相差補償層における屈折率が最も高い方向の屈折率をｎｘとし、該屈折率が最も高い方向と前記透明基板の基板面と平行な面内で直交する方向の屈折率をｎｙとし、前記透明基板の基板面と垂直な方向の屈折率をｎｚとしたとき、ｎｘ≧ｎｚ＞ｎｙである構成を採用できる。
【００３８】
本発明の第１の視点の液晶表示装置では、前記位相差補償層は、前記透明基板に平行な方向に光軸を有する一軸性の位相差補償層と、前記透明基板に垂直な方向に光軸を有する一軸性の位相差補償層との組み合わせから成る構成を採用できる。
【００３９】
本発明の第１の視点の液晶表示装置では、前記位相差補償層は、負の一軸性を有しており、光軸方向が透明基板と平行な方向である構成を採用できる。
【００４０】
本発明の第１の視点の液晶表示装置では、前記液晶表示パネルの一対の透明基板の上層側及び下層側の偏光板の光透過軸又は光吸収軸がほぼ９０°の角度となるように配置され、前記液晶層は、一対の透明基板間で液晶分子がほぼ９０°ねじれた構造を有し、前記一対の透明基板のそれぞれは、前記液晶層を駆動するための透明電極を有しており、前記液晶表示パネルは、前記透明電極間に電圧を印加することで液晶分子を透明基板と平行な方向から透明基板に垂直な方向へ駆動する動作を行うことで光透過状態と光遮光状態とを変化させるＴＮ（ツイステッドネマティック）液晶モードを用いて表示を行う構成を採用できる。この場合、液晶表示パネルと偏光板との組み合わせは、ノーマリホワイトとなる。
【００４１】
本発明の第１の視点の液晶表示装置では、前記ｎ枚の液晶表示パネルのうちの観察者側から見てｉ番目（ｉ：１〜ｎ）の液晶表示パネルの（ｉ−１）番目の液晶表示パネル側の透明基板に形成された配向膜の配向処理方向と、（ｉ−１）番目の液晶表示パネルのｉ番目の液晶表示パネル側の透明基板に形成された配向膜の配向処理方向とが直交する構成を採用できる。
【００４２】
本発明の第１の視点の液晶表示装置では、前記各液晶表示パネルの液晶層のほぼ中央部分における液晶分子長軸方向と透明基板の基板面内に平行な方向との間の角度をθｃとしたとき、前記ｎ枚の液晶表示パネルのうちの観察者側から見てｊ番目（ｊ：１〜ｎ）の液晶表示パネルの液晶層における分子長軸方向と透明基板の基板面内に平行な方向とがなす角度が＋θｃであり、（ｊ−１）番目の液晶表示パネルの液晶層における分子長軸方向と透明基板の基板面内に平行な方向とがなす角度が−θｃである構成を採用できる。この場合、基板面に対する液晶分子の立ち上がり方向を、ｊ番目の液晶表示パネルと、（ｊ−１）番目の液晶表示パネルとで逆方向とすることで、視野角依存性の特性を逆方向とすることができ、視野角特性の平均化を図ることができる。
【００４３】
本発明の第１の視点の液晶表示装置は、前記ｎ枚の液晶表示パネルのうちの少なくとも１枚の液晶表示パネルの液晶層と、該液晶表示パネルの上層側及び下層側の少なくとも一方の偏光板との間に位相差補償層を更に有する構成を採用できる。
【００４４】
本発明の第１の視点の液晶表示装置では、前記位相差補償層は、負の位相差を有するディスコティック液晶層で構成され、該ディスコティック液晶層の軸角度が、厚み方向で連続的に変化している構成を採用できる。
【００４５】
本発明の第１の視点の液晶表示装置では、前記位相差補償層は、傾いた負の位相差補償板で構成され、該位相差補償板の光軸方向を前記透明基板に投影した方向と、前記透明基板に最も近い側の液晶層の液晶分子の光軸方向を前記透明基板に投影した方向とがほぼ平行又は反平行である構成を採用できる。
【００４６】
本発明の第１の視点の液晶表示装置では、前記液晶表示パネルの一対の透明基板の上層側及び下層側の偏光板の光透過軸又は光吸収軸がほぼ９０°の角度となるように配置され、前記液晶層の液晶分子長軸方向は、一対の透明基板に対して垂直な方向であり、前記一対の透明基板のそれぞれは、前記液晶層を駆動するための透明電極を有しており、前記液晶表示パネルは、前記透明電極間に電圧を印加することで、電圧無印加時に前記透明基板と垂直な方向に初期配置されていた液晶分子を前記透明基板と平行な方向へ駆動することで表示を行う構成を採用できる。
【００４７】
本発明の第１の視点の液晶表示装置では、前記ｎ枚の液晶表示パネルのうちの少なくとも１枚の液晶表示パネルの液晶層と、該液晶表示パネルの上層側及び下層側の少なくとも一方の偏光板との間に位相差補償層を更に有する構成を採用できる。
【００４８】
本発明の第１の視点の液晶表示装置では、前記位相差補償層における屈折率が最も高い方向の屈折率をｎｘとし、該屈折率が最も高い方向と前記透明基板の基板面と平行な面内で直交する方向の屈折率をｎｙとし、前記透明基板の基板面と垂直な方向の屈折率をｎｚとしたとき、ｎｘ≧ｎｚ＞ｎｙである構成を採用できる。
【００４９】
本発明の第１の視点の液晶表示装置では、前記位相差補償層は、前記透明基板に垂直な方向に光学軸を有する負の一軸性位相差補償層から成る構成を採用できる。
【００５０】
本発明の第１の視点の液晶表示装置では、前記ｎ枚の液晶表示パネルのうちの少なくとも２枚が、異なる映像ソースに基づく映像信号で駆動される構成を採用できる。積層された複数の液晶表示パネルは、全て同一の映像ソースに基づいて駆動する必要はなく、異なる映像ソースで駆動する液晶表示パネルが含まれていてもよい。
【００５１】
本発明の第１の視点の液晶表示装置は、前記液晶表示パネルには、互いに直交するｘ電極及びｙ電極と、共通電極とが形成され、前記ｘ電極及びｙ電極の交差する点に画素電極が形成され、前記ｘ電極、ｙ電極、及び、画素電極の間には３端子スイッチング素子が配置されており、前記液晶表示パネルは、駆動信号により擬似的なスタティック駆動が可能なアクティブマトリクス駆動で駆動される構成を採用できる。
【００５２】
本発明の第１の視点の液晶表示装置は、前記液晶表示パネルの一方の透明基板にｘ電極が形成され、他方の透明基板に前記ｘ電極と直交する方向にｙ電極が形成され、前記一方又は他方の透明基板に画素電極が形成されており、前記画素電極が形成された透明基板のｘ電極又はｙ電極と前記画素電極との間に非線形素子が配置されており、前記液晶表示パネルは、アクティブマトリクス駆動で駆動される構成を採用できる。
【００５３】
本発明の電子機器は、上記本発明の液晶表示装置の何れかを備えたことを特徴とする。
【００５４】
本発明の画像送出用調整装置は、上記本発明の液晶表示装置の何れかを備えたことを特徴とする。
【００５５】
本発明の画像切替え装置は、上記本発明の液晶表示装置の何れかを備えたことを特徴とする。
【００５６】
本発明の画像診断装置は、上記本発明の液晶表示装置の何れかを備えたことを特徴とする。
【００５７】
本発明の建築物は、上記本発明の液晶表示装置の何れかと、音響装置とを一つの建築物の中に固定した位置に据え付けたことを特徴とする。
【００５８】
本発明の画像表示システムは、積層されたｎ枚の液晶表示パネルを有する液晶表示装置を用いて画像表示を行う電子画像表示システムであって、映像ソースに基づいて、前記ｎ枚の液晶表示パネルのそれぞれを駆動するための映像信号を生成する映像信号生成部と、前記生成した映像信号を、対応する液晶表示パネルに出力する映像信号出力部と、前記映像信号出力部から各液晶表示パネルへ前記映像信号が出力されるタイミングを制御するタイミング制御部とを備え、前記映像信号生成部は、前記ｎ枚の液晶表示パネルに含まれ、かつその合計が１枚から（ｎ−１）枚の液晶表示パネルに対応して、前記映像ソースで表される画像に平均化処理を施した画像を表示させるための映像信号を生成し、前記映像信号生成部は、前記平均化処理を実施した画像を表示する液晶表示パネルの存在によって、前記ｎ枚の液晶表示パネルの正面方向のトータルの透過率が、前記画像ソースに対して前記平均化処理を実施しない場合におけるｎ枚の液晶表示パネルの正面方向のトータルの透過率ＴａからＴａ±αに変化するとき、前記ｎ枚の液晶表示パネルのうちで、前記平均化処理を実施した画像を表示する液晶表示パネルを除く液晶表示パネルのうちの少なくとも１枚に対応して、前記透過率の変化分αを補償する透過率整合処理を行った画像を表示するための映像信号を生成する。この場合、正面視野で、表示画像がぼけた印象となることを回避できる。
【００５９】
本発明の画像表示システムでは、映像信号生成部で、積層されたｎ枚のうちの１〜（ｎ−１）枚の液晶表示パネルに対して、平均化処理を施した画像を表示するための映像信号を生成する。積層された複数の液晶表示パネルを有する液晶表示装置で、このような画像を表示することで、斜めから観察した際の位置ずれによる表示の違和感を解消できる。また、人間の感覚は、刺激値が大きく変動する部分に注目する傾向があるため、平均化処理によって、空間的な輝度の微分値が大きな箇所（エッジ部分）を目立たなくし、観察者に、平均化処理を施していない液晶表示パネルで詳細な画像を認識させることで、斜めから観察した際の視差による違和感を抑えることができる。
【００６１】
本発明の画像表示システムでは、前記映像信号生成部が、ｎ枚の液晶表示パネルに対応して、各液晶表示パネルを駆動するための映像信号を生成するｎ個の演算ユニットを備える構成を採用できる。
【００６２】
本発明の画像表示システムでは、前記映像信号生成部は、前記平均化処理を行う平均化処理部と、前記透過率整合処理を行う透過率整合処理部とを含み、前記映像信号出力部は、前記平均化処理部が生成した映像信号を、前記平均化処理を実施した画像を表示する液晶表示パネルのそれぞれに出力し、前記透過率整合処理部が生成した映像信号を、前記透過率整合処理を行った画像を表示する液晶表示パネルのそれぞれに出力する構成を採用できる。
【００６３】
本発明の画像表示システムは、前記映像ソースに基づく画像情報に従って、画面内のピーク輝度を解析し、前記ｎ枚の液晶表示パネルに照射するバックライト光の輝度を制御するバックライト制御部を更に備える構成を採用できる。この場合、バックライト光の制御を行わない場合に比して、コントラスト比を向上できる。
【発明の効果】
【００６５】
本発明の第１の視点の液晶表示装置及び画像表示システムでは、積層されたｎ枚のうちの１〜（ｎ−１）枚の液晶表示パネルに、平均化処理を施した画像を表示させる。このようにすることで、斜めから観察した際の複数の液晶表示パネル間の位置ずれによる表示の違和感を解消できる。また、人間の感覚は、刺激値が大きく変動する部分に注目する傾向があるため、平均化処理によって、空間的な輝度の微分値が大きな箇所（エッジ部分）を目立たなくし、観察者に、平均化処理を施していない液晶表示パネルで詳細な画像を認識させることで、斜めから観察した際の視差による違和感を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６６】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００６７】
第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態の液晶表示装置を、その駆動システムと共に示している。液晶表示装置１００は、大きく分けて、画像ソース部１１７、画像処理部１０５、及び、液晶表示部１１６の３つの部分に分かれており、各ユニット間は、信号ケーブル１２０〜１２２で接続されている。液晶表示部１１６は、積層された複数の液晶表示素子（図１では、２つの液晶表示素子１１３、１１４）を有する。なお、液晶表示素子１１３、１１４の表示モードとしては種々のモードが考えられるが、ここでは、液晶表示素子１１３、１１４がＩＰＳ方式で駆動されるものとする。
【００６８】
画像ソース部１１７は、画像ソース１０１とトランスミッタ１０２とを有する。画像ソース１０１は、写真や動画などに代表されるデータを、所定の処理を行って電子画像データとして再構築したものである。トランスミッタ１０２は、画像ソース１０１から供給される画像信号に基づいて、画像処理部１０５に伝送可能な映像信号を生成し、生成した映像信号を、信号ケーブル１２０を介して、画像処理部１０５に伝送する。トランスミッタ１０２は、例えばザインエレクトロニクス社製のTHC63DV164で構成され、映像ソースから出力されるパラレルデータをシリアル信号に変換し、変換したシリアル信号を信号ケーブル１２０に送出する。なお、この部分としては、パーソナルコンピュータ用のデジタルインターフェースとして一般的なＤＶＩ（Digital Visual Interface）と同等の信号が出力できればよく、画像ソース部１１７は、ＤＶＩインタフェースを有するパーソナルコンピュータであっても何ら問題ない。また、トランスミッタ１０２と画像処理部１０５内のレシーバとが対となって信号を送受信できればよく、信号ケーブル１２０を伝送する信号の形式は、ＤＶＩ形式に限らず、アナログ形式であってもよい。
【００６９】
画像処理部１０５は、レシーバ１０３、ローカルメモリ１０４、バッファメモリ１０６、１０９、トランスミッタ１０７、１０８、タイミング制御部１１０、及び、演算ユニット１１８を有する。画像処理部１０５は、演算ユニット１１８にて、画像ソース部１１７から受信した映像信号に信号変換（画像処理）を施し、液晶表示部１１６を構成する複数の液晶表示素子のそれぞれに、各液晶表示素子を駆動するための信号を生成する。画像処理部１０５の各部の動作の詳細については、後述する。
【００７０】
画像処理部１０５は、例えば、ザイリンクス社製のSpartan-3E  ディスプレイ・ソリューション・ボードに、オプションのＤＶＩ・Ｉ／Ｆボードを接続したもので構成できる。具体的には、レシーバ１０３として、ＤＶＩ・Ｉ／Ｆボードを用い、画像処理部１０５を構成する他のブロックはSpartan-3E ディスプレイ・ソリューション・ボードにて構成する。また、画像処理論理回路などは、このボードに内蔵されたＦＰＧＡチップ（Spartan-3E)内で構成する。出力側のトランスミッタ１０７、１０８から出力される信号には、液晶表示部１１６に用いた液晶表示素子の入力形式（ＬＶＤＳ）を用いる。
【００７１】
液晶表示部１１６は、液晶駆動回路１１１、１１２と、液晶表示素子１１３、１１４と、光源１１５とを有する。第１の液晶表示素子１１３は、カラー表示を行う液晶表示素子として構成され、第２の液晶表示素子１１４は、モノクロ表示の液晶表示素子として構成される。第１及び第２の液晶表示素子１１３、１１４の並び順は逆であってもよい。つまり、観察者に近い側をモノクロ表示の液晶表示素子とし、光源に近い側をカラー表示の液晶表示素子としてもよい。
【００７２】
液晶駆動回路１１１、１１２は、それぞれ、画像処理部１０５から受信した信号に基づいて、第１及び第２の液晶表示素子１１３、１１４を駆動する。光源１１５は、平面光源であり、第１及び第２の液晶表示素子１１３、１１４に、その背面側から光を入射する。光源１１５から出射された光は、第２の液晶表示素子１１４で、第２の液晶表示素子１１４に入力される駆動信号に基づいて変調され、第１の液晶表示素子１１３に入射する。第１の液晶表示素子１１３は、入力される駆動信号に基づいて、表示画像が制御される。観察者は、光源１１５側から第１及び第２の液晶表示素子１１３、１１４を透過した光を観察することで、表示画像を観察する。
【００７３】
図２は、液晶表示部１１６の断面構造を示している。第１の液晶表示素子１１３は、光出射側から順に、偏光板２０１、透明基板２１１、カラーフィルター層２５１、配向膜２２１、液晶層２３１、配向膜２２２、透明基板２１２、及び、偏光板２０２を有する。光源１１５側の第２の液晶表示素子１１４は、光出射側から順に、偏光板２０３、透明基板２１３、配向膜２２３、液晶層２３２、配向膜２２４、透明基板２１４、及び、偏光板２０４を有する。以下では、便宜的に、透明基板２１１、カラーフィルター層２５１、配向膜２２１、液晶層２３１、配向膜２２２、及び、透明基板２１２を第１の液晶表示パネル２６１と呼び、この第１の液晶表示パネル２６１と、一対の偏光板２０１、２０２とを含めて第１の液晶表示素子１１３と呼ぶ。また、透明基板２１３、配向膜２２３、液晶層２３２、配向膜２２４、及び、透明基板２１４を第２の液晶表示パネル２６２と呼び、この第２の液晶表示パネル２６２と一対の偏光板２０３、２０４とを含めて第２の液晶表示素子１１４と呼ぶ。
【００７４】
第１の液晶表示素子１１３を構成する透明基板２１２の液晶層側には、電極がマトリクス状に配置され、その各交点に、３端子型の非線形素子（以下では、ＴＦＴとして説明する。）が配置されており、１画素が構成される。画素内では、ＴＦＴのソース・ドレインの一端側に接続された画素電極と、共通電極とが櫛歯状に形成され、液晶層２３１は、横電界方式で駆動される。カラーフィルター層２５１には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラーフィルターがストライプ状に配置されており、１ピクセルは、隣接するＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィルターを有する３画素で構成される。
【００７５】
第１の液晶表示素子１１３の作成について説明する。透明基板２１１のカラーフィルター層２５１側の表面と、透明基板２１２のマトリクス上の電極を配置した側の面とに、それぞれ配向膜２２１、２２２を塗布し、ラビングに代表される液晶配向処理を実施する。その後、透明基板２１１、２１２の配向膜２２１、２２２が形成された面同士を、液晶配向方向が互いに平行又は反平行となるように、一定の間隙を空けて向かい合わせに重ね合せる。この間隙に、液晶分子、例えばメルク社製のZLI4792を注入し、第１の液晶表示パネル２６１を形成する。更に、この第１の液晶表示パネル２６１を挟むように、例えば日東電工製ＳＥＧ１２２４で構成される偏光板２０１、２０２を配置し、第１の液晶表示素子１１３を形成する。このとき、偏光板２０１、２０２の光透過軸又は光吸収軸同士は互いにほぼ直交した配置とし、偏光板２０１、２０２の何れか一方の光吸収軸は、液晶層２３１の液晶配向方向に平行とする。
【００７６】
第２の液晶表示素子１１４についても、透明基板２１４の液晶層側には、電極がマトリクス状に配置され、その各交点に、ＴＦＴが配置される。第２の液晶表示素子１１４は、カラーフィルター層を有していないため、第１の液晶表示素子１１３のように、１ピクセルがＲ、Ｇ、Ｂに対応して３画素に分割されている必要はなく、１ピクセルを１画素で構成し、１画素のサイズを、第１の液晶表示素子１１３の３画素分のサイズにする。或いは、第１の液晶表示素子１１３と第２の液晶表示素子１１４とで画素構成（サイズ）を同一として、単色の３画素を１まとめにして、１ピクセルとしてもよい。何れの場合でも、第１の液晶表示素子１１３と第２の液晶表示素子１１４とで、ピクセル単位での解像度は同一となる。
【００７７】
第２の液晶表示素子１１４の作成手順は、第１の液晶表示素子１１３の作成手順と同様であり、透明基板２１３の一方側の表面と、透明基板２１４のマトリクス上の電極を配置した側の面とに、それぞれ配向膜２２３、２２４を形成し、透明基板２１３、２１４を一定の間隙を空けて重ね合わせ、この間隙に、液晶分子を注入して、第２の液晶表示パネル２６２を形成する。その後、第２の液晶表示パネル２６２を挟み込むように偏光板２０３、２０４を配置し、第２の液晶表示素子１１４を形成する。偏光板２０３、２０４の光透過軸又は光吸収軸方向については、双方の光透過軸又は光吸収軸をほぼ直交させ、偏光板２０３、２０４の何れか一方の光吸収軸を、液晶層２３２の液晶分子配向方向と平行にする。
【００７８】
液晶表示部１１６では、第１の液晶表示素子１１３と第２の液晶表示素子１１４とを、画素の位置が一致するように重ね合わせる。このとき、第１の液晶表示素子１１３における液晶配向方向と、第２の液晶表示素子１１４における液晶配向方向とが、平行又は垂直となるようにする。また、第１の液晶表示素子１１３の光入射側の偏光板２０２と、第２の液晶表示素子１１４の光出射側の偏光板２０３とで、光透過軸又は光吸収軸をほぼ平行となるようにし、偏光板２０３を透過した光が、第１の液晶表示素子１１３の光入射側の偏光板２０２を可能な限り透過できるようにする。
【００７９】
本実施形態では、液晶表示装置１００を構成する複数の液晶表示素子のうちの何れかにのみ、カラーフィルター層を形成している。具体的には、図２において、第１の液晶表示素子１１３にのみ、カラーフィルター層２５１を設けている。積層された複数の液晶表示素子のそれぞれにカラーフィルター層を設ける場合には、物理的に視野を動かした際に、３次元的な位置関係のズレに起因して、下層側のカラーフィルター層と上層側のカラーフィルター層とで異なる色の領域を透過することがある。例えば、ある層では赤のカラーフィルターを透過した光が、別の層の青のカラーフィルターを透過すると、表示輝度が見る角度によって大きく変化することになる。本実施形態では、複数の液晶表示素子に対して、カラーフィルター層を１層のみ形成することで、このような事態を防止し、見る角度によって表示輝度が大きく変化する事態を防止することができる。
【００８０】
ここで、上記構成の液晶表示装置１００において、積層された複数の液晶表示素子を同一信号源からの同一の信号で駆動した場合には、観察者の視点と、各液晶表示素子の液晶層との間の距離が、液晶表示素子ごとに異なることから、視差によって表示が見づらくなることが考えられる。そこで、本実施形態では、第１の液晶表示素子１１３を駆動する信号に平均化処理の画像処理を施し、視差の違いによる表示の見え方の違いを補償する。また、平均化処理を施したことによって生じる透過率の変化を抑えるために、第２の液晶表示素子１１４を駆動する信号に透過率補正処理（透過率整合処理）を実施する。以下に、これら画像処理の内容を詳述する。
【００８１】
図３は、液晶表示部１１６における主要部分を抽出した断面を示している。同図では、図２における透明基板２１１〜２１４、及び、液晶層２３１、２３２部分を抽出して図示している。図３における液晶表示素子３０１、３０２は、図２に示す液晶表示素子１１３、１１４に対応し、透明基板３２１〜３２４は、それぞれ図２に示す透明基板２１１〜２１４に対応する。また、液晶層３２５、３２６は、図２における液晶層２３１、２３２に対応する。図３を参照して、複数の液晶表示素子（液晶層）が積層された構造において、視差感を感じなくする画像処理方法の概念を説明し、第１の液晶表示素子３０１における平均化処理を実施する距離ｒの定義方法に関して説明する。
【００８２】
第１及び第２の液晶表示素子３０１、３０２を、図３に示す視点３１１からパネル垂直方向に観察した場合には、第１の液晶表示素子３０１と第２の液晶表示素子３０２とで同じ情報（諧調）が表示される、第２の液晶表示素子３０２の点αと、第１の液晶表示素子３０１の点βとは重なって見え、同一の点となる。従って、この場合には、視差による違和感は生じない。一方、斜め視野では、第２の液晶表示素子３０２の点α、及び、第１の液晶表示素子３０１の点βを角度φで透過した光は、透明基板３２１から空気中に出射する際に、スネルの法則により、それぞれの屈折率の差により角度θの方向に曲がる。点αと点βとは、垂直方向に距離ｄだけ離隔しているため、角度θの方向（図３に示す方向３１２）から点α及びβを見た場合には、それぞれの映像の位置が視差の分だけ異なる位置に見え、像が２重に見えて違和感が大きく、表示が見づらくなる。
【００８３】
透明基板３２１から出射する際の角度θと、液晶表示素子３０１、３０２中を進行する角度φとは、液晶表示素子３０１、３０２を構成する透明基板の屈折率をｎｇ、空気の屈折率をｎａとすると、スネルの法則から、
ｎａ・ｓｉｎθ＝ｎｇ・ｓｉｎφ
と表すことができる。これを変形すると、液晶表示素子３０１、３０２中を進行する角度φは、
φ＝ｓｉｎ−１（（ｎａ／ｎｇ）×ｓｉｎθ）
と表すことができる。これらの関係から、視角θの方向から見た場合に、第１の液晶表示素子３０１と第２の液晶表示素子３０２との表示位置が異なる量（位置ズレ量）ｒは、下記式で表すことができる。
ｔａｎφ＝（ｒ／ｄ）
ｒ＝ｄ×ｔａｎφ
＝ｄ×ｔａｎ（ｓｉｎ−１（（ｎａ／ｎｇ）×ｓｉｎθ））  （１）
【００８４】
角度θの斜め視野において、視差間をなくすためには、本来βの位置で表示を行うべき情報を、点γの位置まで距離ｒだけ伸ばして表示すればよい。そこで、演算ユニット１１８により、第１の液晶表示素子３０１を駆動する信号について、点βの情報を、距離ｒまで散らす平均化処理を画面全体に対して実施する。このようにすることで、視差間を減少させて、表示を見やすくすることができる。本実施形態では、この平均化処理を、カラーフィルター層２５１（図２）を有する第１の液晶表示素子３０１で実施するが、カラーフィルター層を有さない第２の液晶表示素子３０２で実施することもできる。また、平均化処理を実施する液晶表示素子は、観察者側に存在している必要はなく、その反対側に存在する場合でも、特に影響はない。
【００８５】
平均化処理では、注目画素から所定の距離の範囲内にある画素の画像情報を単純に平均化する。この平均化処理では、例えば、注目画素の座標から縦及び横にそれぞれ距離ｒ離れた座標までの矩形で囲まれる範囲の画像情報を平均化する。平均化処理に際しては、範囲内の画像情報を単純に平均化する手法を採用できる。或いは、中心部分の影響が大きくなるように、注目画素からの距離に応じて重み付けを行って平均化してもよい。この重み付けには、ガウス分布を用いることができる。ガウス分布以外にも、単なる傾斜配分や、二次曲線、四次曲線を用いた重み付けを採用することができる。
【００８６】
平均化処理を行う範囲は、どの程度の角度θまでを想定するかに依存して変化する。平均化処理を行う範囲の算出について、図４を用いて説明する。ここでは、液晶ディスプレイ４０１の長辺方向（同図中に示す方向４０２）の長さをＬとして、液晶ディスプレイ４０１を、画面横方向の長さの２倍（２×Ｌ）から観察するものとする。視点４０４は、液晶ディスプレイ４０１を、中央の点から観察する際の視点であり、視点４０４と液晶ディスプレイ４０１の画面中央との距離は、２×Ｌである。この視点４０４から、液晶ディスプレイ４０１の縦方向（方向４０３）の中心位置で、横方向の端の位置を見た場合には、視点４０４から画面中央へ向かう方向と、視点４０４から表示画面の横の端に向かう方向との間の角度θ１は、
θ１＝ｔａｎ−１（（Ｌ／２）／２Ｌ）  （２）
と表すことができる。視点４０４から、画面の横の端を見ることを想定した際に、視差による違和感を生じさせないためには、式（１）のθに、式（２）のθ１を代入して、
ｒ１＝d×tan(sin-1((na/ng)×sin(tan-1((L/2)/2L))))  （３）
で求まる距離ｒ１の範囲で、平均化処理を実施すればよい。
【００８７】
平均化処理を実施する範囲を、上記式（３）で算出した距離ｒ１とすることで、正面の視点４０４から液晶ディスプレイ４０１の画面を見た際の視差による違和感を解消できる。しかし、この場合には、視点が、中央の視点４０４から左右にずれると、視点から液晶ディスプレイ４０１に向かう方向と視点から画面横端へ向かう方向との間の角度がθ１よりも大きくなって、視差による違和感が発生することになる。液晶ディスプレイ４０１を画面上の視点から観察した場合に違和感を生じないようにする場合には、平均化を実施する距離を、画面横方向の端の視点４０５から、逆方向の端を見た場合の角度θ２に対応した距離とすればよい。この場合、θ２は、
θ２＝ｔａｎ−１（Ｌ／２Ｌ）
と表すことができ、視点４０５から、画面の横の端を見ることを想定した際に、視差による違和感を生じさせないためには、
ｒ２=d×tan(sin-1((na/ng)×sin(tan-1(Ｌ/２Ｌ))))
で求まる距離ｒ２の範囲で、平均化処理を実施すればよい。
【００８８】
液晶ディスプレイ４０１として、液晶ＴＶなどを考えた場合には、視点が、表示画面の範囲にあるとは限らない。この場合には、画面の端から距離Ｌだけ離れた視点４０６を想定し、平均化処理を実施する距離を、この視点４０６から、液晶ディスプレイ４０１の横方向逆側の端を見た場合の角度θ３に対応した距離とすればよい。角度θ３は、θ３＝ｔａｎ−１（２Ｌ／２Ｌ）＝４５°であり、平均化処理を実施する距離ｒ３は、
ｒ３＝d×tan(sin-1((na/ng)×sin(４５°)))
で算出できる。また、液晶ディスプレイ４０１をどの方向から見ても違和感を生じないようにするためには、画面を横方向の延長線上から見る視点４０７を想定し、平均化処理を実施する距離を、この視点４０７から液晶ディスプレイ４０１を見た場合の角度９０°に対応した距離とすればよい。この場合の平均化処理を実施する距離ｒ４は、
ｒ４＝d×tan(sin-1(na/ng))
となる。
【００８９】
上記のようにして求めた平均化処理を実施する距離ｒは、液晶表示素子の画素ピッチによらず一定である。映像の１ピクセルを表示するために必要な領域をピクセルとした場合には、平均化処理を実施する距離をｒ、横方向又は縦方向で隣接する２つのピクセル間の距離であるピクセルピッチをｐｐとして、注目画素から、上下に、ｎｐ＝ｒ／ｐｐだけ離れた画素までの範囲で平均化処理を実施すればよい。平均化処理に際しては、画像情報を輝度成分と色成分とに分離し、そのそれぞれに対して、異なる距離ｒで平均化処理を行うこともできる。
【００９０】
図１に戻り、上記平均化処理は、演算ユニット１１８にて実施される。レシーバ１０３は、画像ソース部１１７から信号ケーブル１２０を介して入力された信号を復元し、復元した映像信号を演算ユニット１１８に入力する。演算ユニット１１８は、入力された映像信号を蓄えるローカルメモリ１０４を有しており、画像の蓄積と、画像処理とを平行して実施する。ローカルメモリ１０４は、少なくとも上記（ｎｐ×２＋１）本のラインメモリを有しており、望ましくは、フレームメモリを有する。演算ユニット１１８は、第１及び第２の液晶表示素子１１３、１１４をそれぞれ駆動するためのデータを生成し、バッファメモリ１０６、１０９、トランスミッタ１０７、１０８、及び、信号ケーブル１２１、１２２を介して、液晶表示部１１６に、各液晶表示素子１１３、１１４を駆動するための信号を送信する。このとき、第１の液晶表示素子１１３には、注目画素から距離ｒ又はピクセル数ｎｐだけ離れた範囲を平均化した信号が送信される。
【００９１】
第１の液晶表示素子１１３に施した平均化処理の有効範囲が設定した範囲となっているか否かは、以下の手順で確認できる。例えば、第２の液晶表示素子１１４を全透過状態として、第１の液晶表示素子１１３のみを駆動し、縦又は横に、諧調が異なる２つの諧調、例えば、全透過時の輝度を１００とし、全遮光時の輝度を０として、２５の輝度と７５の輝度とを出す諧調を、それぞれの諧調の幅を同じ幅Ｗとしてストライプ状に表示する。このときの画面上での輝度が最も高い箇所での輝度Ｔ１と、最も低い箇所での輝度Ｔ２とを測定し、その比をＣＲ１（＝Ｔ１／Ｔ２）と定義する。ストライプの幅Ｗが、平均化処理を実施する距離ｒよりも十分に大きいときには、幅Ｗを狭くしていっても、ＣＲ１は変化しない。しかし、Ｗ＝２×ｒの条件を満たすと、平均化処理の範囲がＷの幅を超えることで、ＣＲ１の値は低下し始める。従って、このＣＲ１の低下を観察することで、平均化処理の有効範囲が設定どおりになっていることを、画面上で確認することができる。
【００９２】
図５（ａ）は、平均化処理前の画像を示し、同図（ｂ）は、平均化処理後の画像を示している。平均化処理前の画像として、同図（ａ）に示すような、諧調が異なる２つの諧調、例えば、全透過時の輝度を１００とし、全遮光時の輝度を０として、１００の輝度と０の輝度とが、同じ幅でストライプ状に周期ｐで交互に並ぶ画像を考える。この画像における輝度が高い方のストライプの諧調をＴＷと、輝度が低い方のストライプの諧調をＴＢとする。この画像に対して平均化処理を施すと、同図（ｂ）に示すように、諧調の変化が大きい箇所がぼかされて、諧調がなだらかに変化する画像となる。この画像における輝度が最も高い箇所の輝度をＴｓＷとし、輝度が最も低い箇所の輝度をＴｓＢとする。平均化処理を実施する距離ｒが、周期ｐよりも充分に小さい範囲では、上記ＴＷとＴｓＷ、及び、ＴＢとＴｓＢは同じ値となり、
（ＴｓＷ−ＴｓＢ）／（ＴＷ−ＴＢ）
は１となる。
【００９３】
図６は、平均化処理を実施する距離ｒと、（ＴｓＷ−ＴｓＢ）／（ＴＷ−ＴＢ）の値との関係を示している。平均化処理を実施する距離ｒが、ストライプの周期ｐの１／４よりも小さいときには、輝度０のストライプの中央の位置での平均化処理の範囲は、輝度０の輝度０のストライプ内に収まり、また、輝度１００のストライプの中央の位置での平均化処理の範囲は輝度１００のストライプ内に収まるため、平均化処理を実施する距離ｒを変化させても、（ＴｓＷ−ＴｓＢ）／（ＴＷ−ＴＢ）の値は１のまま変化しない。平均化処理を実施する距離ｒが、周期ｐの１／４を越えると、０の輝度と１００の輝度とが混ざり合うことで、（ＴｓＷ−ＴｓＢ）／（ＴＷ−ＴＢ）の値は低下し始める。平均化処理を実施する範囲の増加に対する（ＴｓＷ−ＴｓＢ）／（ＴＷ−ＴＢ）の値の低下の大きさ（傾き）は、平均化処理での重み付け、つまりは、中心画素に対する周辺画素の影響の大きさに依存して変化する。本実施形態では、例えば、ｒ＝３／ｐとなる距離ｒに対して平均化処理を行ったときに、（ＴｓＷ−ＴｓＢ）／（ＴＷ−ＴＢ）が０．５となる平均化を採用する。
【００９４】
第１の液晶表示素子１１３で平均化処理された画像を表示する場合には、正面方向から見ると、平均化処理によって映像がぼやけて見え、全体として映像のシャープさに欠けることも考えられる。そこで、演算ユニット１１８にて、第２の液晶表示素子１１４で表示すべき映像に、平均化処理によって変化した透過率を補正するための画像処理（透過率補正処理）を施し、トータルで、第１の液晶表示素子１１３に対して平均化処理を施していない場合の諧調特性が得られるように、第２の液晶表示素子１１４の透過率を制御する。演算ユニット１１８で施す第２の液晶表示素子１１４に対する画像処理は、典型的には、エッジ部を強調する画像処理であり、ここでは、便宜的に、エッジ強調処理と表現する。
【００９５】
エッジ強調処理では、例えばある画素のトータルの透過率が、第１の液晶表示素子１１３で平均化処理を実施することで、ＴａからＴａ＋α（α＞０又はα＜０）に変化するとする。この場合、演算ユニット１１８は、第２の液晶表示素子１１４でのその画素の透過率を、第２の液晶表示素子１１４と、平均化処理を施した第１の液晶表示素子１１３とを透過した光の透過輝度が平均化処理を実施しない場合の輝度Ｔａとなるように、βだけ変化させる。このようにすることで、第１の液晶表示素子１１３で平均化処理を施した画像を表示しつつ、トータルでの正面視野における透過率を、平均化処理を実施しない場合の透過率と同じにすることができる。
【００９６】
第２の液晶表示素子１１４でどの程度のエッジ強調処理が施されているかは、以下の手順で確認できる。例えば、第１の液晶表示素子１１３を全透過状態として、第２の液晶表示素子１１４のみを駆動し、縦又は横に、諧調が異なる２つの諧調、例えば、全透過時の輝度を１００とし、全遮光時の輝度を０として、２５の輝度と７５の輝度とを出す諧調を、それぞれの諧調の幅を同じ幅Ｗとしてストライプ状に表示する。第２の液晶表示素子１１４で表示されるこのストライプの真ん中の位置の輝度のうちの輝度が高い方をＵ１、低い方をＵ２とし、画面上での輝度が最も高い位置での輝度をＵ３、最も低い位置での輝度をＵ４とする。第２の液晶表示素子１１４でエッジ強調処理が施されていない場合には、
Ｕ１／Ｕ２＝Ｕ３／Ｕ４
が成立する。しかし、第２の液晶表示素子１１４でエッジ強調処理が施されているときには、
Ｕ１／Ｕ２＜Ｕ３／Ｕ４
となる。従って、Ｕ１／Ｕ２の値と、Ｕ３／Ｕ４の値とを比較することで、第２の液晶表示素子１１４でどの程度のエッジ強調処理が施されているかを表示映像から判別することができる。
【００９７】
タイミング制御部１１０は、平均化処理やエッジ強調処理における処理遅延時間を考慮して、第１及び第２の液晶表示素子１１３、１１４に、同じタイミングで画像が表示されるように、映像信号の送信タイミングを調整する。また、第１及び第２の液晶表示素子１１３、１１４で表示を行う際に必要なＶｓｙｎｃ、Ｈｓｙｎｃ、ＤｏｔＣｌｏｃｋ信号を第１及び第２の液晶表示素子１１３、１１４に入力する。タイミング制御部１１０が、装置全体のタイミングを制御することで、第１及び第２の液晶表示素子１１３、１１４での表示を同期させることができる。
【００９８】
本実施形態に用いた第１及び第２の液晶表示素子１１３、１１４単体でのコントラスト比は７００：１程度である。本実施形態では、これら第１及び第２の液晶表示素子１１３、１１４を積層することで、液晶表示装置１００のコントラスト比を５０万：１と大幅に向上できる。また、本実施形態では、積層された第１及び第２の液晶表示素子１１３、１１４の何れか一方で、平均化処理を施した、空間的な輝度の微分値が大きな箇所（エッジ部分）を目立たなくした画像を表示する。人間の感覚は、刺激値が大きく変動する部分に注目する傾向があり、観察者は、エッジ部分がぼかされていない第２の液晶表示素子１１４で表示される詳細な画像に注目することになる。このため、平均化処理を施した画像を表示する液晶表示素子は、全体のコントラストには寄与するが、観察者にあまり注視されず、これにより、斜めから観察した際の視差による違和感を抑えることができる。
【００９９】
第１及び第２の液晶表示素子１１３、１１４の何れかで平均化処理を施した画像を表示する場合には、平均化処理を実施する範囲が広いほど、視差による違和感が生じない斜め視野の角度を広くすることができるが、正面視野では、表示画像のエッジ部分がぼかされることで、全体的にぼけた印象の画像となる。本実施形態では、第１及び第２の液晶表示素子１１３、１１４のうちの平均化処理を施した画像を表示しない方で、平均化処理を施した画像による透過率の変化を補償するように透過率補正処理を施した画像を表示する。このようにすることで、平均化処理を行った画像によるぼけた印象を解消すると同時に、この層に対して観察者の認知力を集めることで、視差感を解消することができる。
【０１００】
なお、図１では、画像ソース部１１７、画像処理部１０５、及び、液晶表示部１１６を分離して図示しているが、それぞれの部分を別々のハードウェア構成する必要はなく、これら３つの部分が同一筐体内に存在していてもよい。また、画像ソース部１１７及び画像処理部１０５が同一筐体で、液晶表示部１１６が別筐体となっていてもよく、或いは、画像処理部１０５と液晶表示部１１６が同一筐体で、画像ソース部１１７が別筐体となっていてもよい。本発明は、液晶表示部１１６におけるカラーフィルター層の配置、及び、積層された液晶表示素子における画像処理に特徴部分があるため、本発明の有効性は、これらの存在場所に依存して低下することはない。
【０１０１】
画像処理部１０５における画像処理は、ハードウェアによる画像処理を採用できるほか、ソフトウェア処理による画像処理を採用することもできる。また、平均化処理やエッジ強調処理は、必ずしも画像処理部１０５で行う必要ななく、ＣＰＵを用いたソフトウェア処理や、ＭＰＥＧデコーダに代表されるグラフィックチップを用いて処理を行う画像ソース部１１７で行ってもよい。その場合には、図１では１系統である信号ケーブル１２０を二重化して、画像ソース部１１７から、第１の液晶表示素子１１３に表示させる画像と、第２の液晶表示素子１１４に表示させる画像とを出力すればよい。
【０１０２】
上記実施形態では、第１の液晶表示素子１１３がカラーフィルター層２５１（図２）を有する構成とし、第１の液晶表示素子１１３の１ピクセルが、ＲＧＢのカラーフィルター層に対応して３つの領域に分割される例について示したが、平均化処理を施した画像を表示することによる視差感の解消に関しては、カラーフィルター層は必須の要素ではない。従って、第１の液晶表示素子１１３を、第２の液晶表示素子１１４と同様に、モノクロ型の液晶表示素子として構成することもできる。また、カラーフィルター層の色は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色には限定されず、ＲＧＢＹＭＣのような多色カラーフィルターを用いることもできる。その場合には、カラーフィルター層の各色に対応して、１ピクセルを領域分割すればよい。また、１ピクセルを４つの領域に分割して、各領域を、Ｒ、Ｇ、Ｇ、Ｂに対応させてもよい。或いは、４つの領域を、ＲＧＢの各色に対応する領域と、色を有しない領域（Ｗ）とで構成してもよい。
【０１０３】
上記実施形態では、液晶駆動方式としてＩＰＳ方式を例に挙げて説明したが、液晶駆動方式はこの方式には限定されず、例えば、垂直配向型（ＶＡ）液晶方式、ツイストネマティック型（ＴＮ）液晶方式、ベント配向型（ＯＣＢ）液晶方式など、種々の方式を採用することもできる。また、図２では、液晶表示パネル２６１、２６２と、偏光板２０１〜２０４との間に位相差補償層を設けない構造としたが、この部分に、視野角の改善を目的とした位相差補償層を設ける場合でも、本発明の効果が減少することはない。
【０１０４】
位相差補償層を挿入する場合には、液晶層における液晶モードとの組み合わせによって、挿入する位相差補償層の光学特性等を設定すればよい。例えば、第１の液晶表示素子１１３で位相差補償層を挿入する場合であって、液晶表示素子１１３がＩＰＳ方式で駆動される場合には、偏光板２０１、２０２と液晶表示パネル２６１との間に、屈折率が最も高い方向の屈折率をｎｘとし、基板平行面内でｎｘの方向と直交する方向の屈折率をｎｙとし、ｎｘ及びｎｙと垂直な方向の屈折率をｎｚとしたとき、ｎｘ≧ｎｚ＞ｎｙの特性を有する位相差補償層を、ｎｘ方向が、偏光板２０１、２０２の光吸収軸又は光透過軸と平行になるように挿入する。このようにすることで、液晶表示素子１１３の視野角特性を改善することができる。
【０１０５】
また、液晶表示素子１１３がＶＡ方式で駆動される場合については、ｎｘ≧ｎｙ＞ｎｚの位相差補償層を、ｎｘ方向が偏光板２０１、２０２の光吸収軸又は光透過軸と平行になるように挿入することで、視野角特性を改善できる。液晶表示素子１１３がＴＮ方式又はＯＣＢ方式で駆動される場合には、負の位相差を有するディスコティック液晶層で構成され、ディスコティック液晶層の軸角度が厚み方向で連続的に変化するＷＶフィルムを位相差補償層として挿入することで、視野角特性を改善できる。位相差補償層は、液晶表示パネル２６１、２６２の片側のみで挿入されていてもよく、或いは、両側で挿入されていてもよい。上記では、位相差補償層の挿入位置を、液晶表示パネル２６１、２６２と偏光板２０１〜２０４との間としたが、実際には、液晶層２３１、２３２と偏光板２０１〜２０４との間であればどの位置であってもよい。また、挿入する位相差補償層は１層には限られず、複数の位相差補償層を挿入することもできる。
【０１０６】
第２実施形態
図７は、本発明の第２実施形態の液晶表示装置における液晶表示部の断面構造を示している。第１実施形態では、図２に示すように、２つの液晶表示素子１１３、１１４を積層することで、液晶表示素子単体でのコントラスト比をｘ：１とした場合に、およそｘ２：１のコントラスト比を得ることができる。本実施形態では、更に高いコントラスト比を得るために、図７に示すように、ｎ枚の液晶表示素子５２０−１〜５２０−ｎを積層する。この場合、およそｘｎ：１のコントラスト比を得ることができる。
【０１０７】
液晶表示部１１６ａを構成するｎ枚の液晶表示素子５２０のそれぞれは、液晶表示パネル５１０と、液晶表示パネル５１０を外側から挟み込む一対の偏光板５０１、５０７を有する。各液晶表示パネル５１０は、一対の透明基板５０２、５０６と、一対の透明基板５０２、５０６に挟み込まれた液晶層５０４と、液晶層５０４に隣接して形成された配向膜５０３、５０５とを有する。また、第１の液晶表示パネル５１０−１は、上記に加えてカラーフィルター層５０８を有している。最下層の第ｎの液晶表示素子５２０−ｎの背面側には、光源１１５が配置される。第１の液晶表示素子５２０−１は、図２の第１の液晶表示素子１１３と同様な構成であり、第２〜第ｎの液晶表示素子５２０−２〜５１０−ｎは、それぞれ図２の第２の液晶表示素子１１４と同様な構成である。
【０１０８】
図８は、第２実施形態の液晶表示装置１００ａを、その駆動システムと共に示している。本実施形態では、画像処理部１０５ａは、液晶表示部１１６ａのｎ枚の液晶表示素子５２０−１〜５２０−ｎに対応して、ｎ個の画像処理ユニット１３０−１〜１３０−ｎを有する。各画像処理ユニット１３０は、図１における画像処理部１０５と同様な構成を有し、分配器１３１を介して画像ソース部１１７から映像信号を受信し、対応する液晶表示素子５２０を駆動するための信号を生成する。各画像処理ユニット１３０は、生成した駆動信号を、対応する信号ケーブル１２３を介して液晶表示部１１６ａに入力する。画像処理ユニット１３０には、例えばSpartan-3E ディスプレイ・ソリューション・ボードを用いることができる。ｎ個の画像処理ユニット１３０のうちの何れかのタイミング制御部、図８の例では、画像処理ユニット１３０−ｎのタイミング制御部１１０は、各画像処理ユニット１３０が液晶表示部１１６ａに信号を出力するタイミングを制御し、各液晶表示素子５２０で表示される画像を同期させる。
【０１０９】
液晶表示部１１６ａでは、第２の液晶表示素子５２０−２でのみエッジ強調処理を行い、その他の液晶表示素子５２０では、平均化処理を実施する。第２の液晶表示素子５２０−２を除く各液晶表示素子５２０で、平均化処理を行う距離については、最上層の液晶表示素子５２０−１の液晶層の位置から、最下層の液晶表示素子５２０−ｎの液晶層の位置までの間の距離に応じた値とすることができる。また、第３〜第ｎの液晶表示素子５２０−３〜５２０−ｎでは、平均化処理によってエッジが目立たなくなっており、観察者に視認されにくいことから、第１の液晶表示素子５２０−１の液晶層の位置と、第２の液晶表示素子５２０−２の液晶層との間の距離に応じた値としてもよい。いずれの場合も、斜めから観察した際の視差による違和感を解消できる。
【０１１０】
本実施形態では、ｎ枚の液晶表示素子５２０を積層した液晶表示部１１６ａを用いる。このようにすることで、更なる高コントラスト化が可能となる。また、ｎ枚の液晶表示素子５２０のうちの少なくとも１枚で、平均化処理を施した画像を表示することで、斜め視野での視差による違和感を解消できる。さらに、ｎ枚の液晶表示素子５２０のうちの平均化処理を施さない液晶表示素子のうちの少なくとも１枚で、エッジ強調処理（透過率補正処理）をした画像を表示することで、平均化処理を施した画像を表示する液晶表示素子の存在による正面視野での透過率の変化を抑制できる。
【０１１１】
なお、本実施形態では、第２の液晶表示素子５２０−２でエッジ強調処理をした画像を表示する例について示したが、これには限定されず、他の層の液晶表示素子５２０でエッジ強調処理をした画像を表示してもよい。また、全ての層で平均化処理又はエッジ強調処理が施されている必要はなく、通常通りに画像を表示する液晶表示素子５２０が存在していてもよい。画像処理部１０５ａでは、各液晶表示素子５２０に対応して画像処理ユニット１３０を用意したが、これには限定されず、１つの画像処理ユニット１３０を、複数の液晶表示素子５２０に対応させてもよい。
【０１１２】
第１及び第２の実施形態に対応する液晶表示装置を作成して実験を行ったところ、本発明の効果を確認できた。実証試験に際しては、液晶表示素子を、全てＩＰＳ方式の液晶表示素子としたが、本発明の効果は、この方式には限られず、ＶＡ液晶方式、ＴＮ液晶方式、ＯＣＢ液晶方式などさまざまな方式で適用可能である。ＩＰＳ方式以外の液晶表示標識では、ＴＦＴを作成しない側の透明基板に透明電極を作成し、ＴＦＴから供給される電荷により、基板と垂直な方向に電界を印加することで、液晶層を駆動すればよい。
【０１１３】
第３実施形態
図９は、本発明の第３実施形態の液晶表示装置における液晶表示部の断面構造を示している。上記実施形態では、例えば図７に示すように、各液晶表示素子５２０を、液晶表示パネル５１０と、これを外側から挟み込む一対の偏光板５０１、５０７とで構成した。この場合、隣接する２つの液晶表示パネル５１０間には、２枚の偏光板５０１、５０７が配置され、その２枚の偏光板の光透過軸又は光吸収軸を平行として、２枚の偏光板による光吸収を最小としていた。本実施形態の液晶表示部１１６ｂでは、図９に示すように、最下層の第ｎの液晶表示素子５２０−ｎについては、図７に示す構成と同様とし、それ以外の液晶表示素子５２０ａについては、下層側の偏光板５０７に相当する偏光板を省略して、隣接する２つの液晶表示パネル５１０ａ間に配置される偏光板を１枚とする。
【０１１４】
本実施形態では、最下層の液晶表示素子５２０以外の液晶表示素子５２０ａで、偏光板を１枚省略する。これにより、各液晶表示パネル５１０間で生じる、偏光板を２枚で透過することにより生じる２０％程度の透過率減少を生じさせないようにすることができる。従って、本実施形態では、各液晶表示パネル間に偏光板を２枚配置する第２実施形態に比して、光透過時の輝度を１／（０．８n-1）倍にすることができる。
【０１１５】
第４実施形態
上記各実施形態では、光源１１５（図１）として、白色で均一な光を出射する光源を用いた。本実施形態では、光源に、ＲＧＢの３つの光を時分割で出力する光源を用いる。この場合、積層された液晶表示素子は、それぞれ、ＲＧＢの画面に相当する画像を、時分割で、フィールドシーケンシャル表示で表示する。このような表示形式を採用する場合でも、少なくとも１層で平均化処理を施した画像を表示することで、斜めから見た際の視差による違和感を解消できる。
【０１１６】
第５実施形態
本実施形態では、液晶表示素子の駆動方式として、例えばＴＮ方式のように、印加された電圧により液晶分子の基板に対する角度が変化する駆動方式を採用する。このような駆動方式では、観察者の観察方向によって視野角が変動するという問題がある。これは、液晶分子の基板に対する角度が変化するために、見る角度に依存して液晶分子の複屈折性が変動し、見える角度が変化することに起因する。このような視野角特性の液晶表示素子を、同じ配置で複数重ね合わせた場合には、重ねた層数分だけ、相乗効果で悪化していくことが考えられる。そこで、このような駆動方式を採用する場合には、隣接する２つの層で、液晶層の中央部分における液晶分子が立ち上がる方向を反対側にする。この場合には、この２つの層で、視野角依存性の特性を逆方向とすることで打ち消し合わせることができ、視野角特性の平均化を図ることができる。
【０１１７】
第６実施形態
図１０は、本発明の第６実施形態の液晶表示装置を、その駆動システムと共に示している。本実施形態の液晶表示装置１００ｂは、液晶表示部１１６ｂの光源１１５ａの発光強度が可変に設定される。光源１１５ａは、例えばマトリクス状に配列された複数の発光ダイオードで構成される。具体的には、光源１１５ａは、４８０×６４０個の高輝度白色発光ダイオードで構成される。各発光ダイオード輝度は、バックライト駆動回路１１９によって制御される。画像処理部１０５ｂは、バックライト制御部（画像処理ボード）１３２を備えており、バックライト制御部１３２は、分配器１３１を介して受信した映像信号から、画素ごと、或いは、全体を複数の領域に分割した領域ごとにピーク輝度を割り出し、信号ケーブル１２４を介してバックライト駆動回路１１９を制御し、光源１１５ａの発光強度を、ピーク輝度に基づいて制御する。このようにすることで、光源の発光強度を制御しない場合に比して、コントラスト比を、１．５倍程度高めることができる。
【０１１８】
第７実施形態
本実施形態では、複数の映像ソースを用意して、複数の液晶表示素子に異なる画像を表示させる。例えば、第１の液晶表示素子で映像を表示して、第２の液晶表示素子で、表示される映像の一部をマスクする。積層された複数の液晶表示素子を有する液晶表示装置としては、このような表示を行うものも考えられる。
【０１１９】
なお、上記各実施形態では、液晶表示素子内部の非線形素子にＴＦＴを用いる例について説明したが、これには限られない。例えば、非線形素子として、薄膜ダイオードを用いることもできる。また、解像度が低い場合などでは、液晶表示素子を単純マトリクス駆動で駆動してもよい。上記各実施形態の液晶表示装置は、高コントラスト比を実現できるため、高コントラストな画像を要求される画像診断装置の映像表示部や、放送局などで用いるモニター、映画を上映するような暗室で映像を提供する場所で用いる電子機器の画像表示部として用いるときに、大きな効果を有する。
【０１２０】
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明の液晶表示装置及び画像表示システムは、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、平均化処理の前段階や後段階でγ補正処理を実施するなどの画像処理を追加するなど、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】本発明の第１実施形態の液晶表示装置を、その駆動システムと共に示すブロック図。
【図２】液晶表示部の断面構造を示す断面図。
【図３】液晶表示部における主要部分を抽出した断面を示す断面図。
【図４】液晶表示装置と視点との関係を示す模式図。
【図５】（ａ）は、平均化処理前の画像を示し、（ｂ）は、平均化処理後の画像を示す図。
【図６】平均化処理を実施する距離ｒと、（ＴｓＷ−ＴｓＢ）／（ＴＷ−ＴＢ）の値との関係を示すグラフ。
【図７】本発明の第２実施形態の液晶表示装置における液晶表示部の断面構造を示す断面図。
【図８】第２実施形態の液晶表示装置を、その駆動システムと共に示すブロック図。
【図９】本発明の第３実施形態の液晶表示装置における液晶表示部の断面構造を示す断面図。
【図１０】本発明の第６実施形態の液晶表示装置を、その駆動システムと共に示すブロック図。
【図１１】従来の液晶表示素子を２層重ね合わせた構造の液晶表示装置の構成を示す断面図。
【符号の説明】
【０１２２】
１０１：画像ソース
１０２、１０７、１０８：トランスミッタ
１０３：レシーバ
１０４：ローカルメモリ
１０５：画像処理部
１０６、１０９：バッファメモリ
１１０：タイミング制御部
１１１、１１２：液晶駆動回路
１１３、１１４、３０１、３０２：液晶表示素子
１１５：光源
１１６：液晶表示部
１１７：画像ソース部
１１８：演算ユニット
１１９：バックライト駆動回路
１２０〜１２４：信号ケーブル
１３０：画像処理ユニット
１３１：分配器
１３２：バックライト制御部
２０１〜２０４、５０１、５０７：偏光板
２１１〜２１４、３２１〜３２４、５０２、５０６：透明基板
２２１〜２２４、５０３、５０５：配向膜
２３１、２３２、３２５、３２６、５０４：液晶層
２５１：カラーフィルター層
２６１、２６２：液晶表示パネル
４０１：液晶ディスプレイ
【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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