(57)【要約】【課題】光沢感が異なる画像を表示し分けることが可能な液晶表示装置を提供する。【解決手段】本発明の液晶表示装置は、光透過率を制御可能な第１液晶パネル（ＴＮ型液晶パネル）１０と、光散乱の度合を制御可能な第２液晶パネル（ＰＤＬＣ型液晶パネル）２０と、第１液晶パネルに供給される画像信号に基づいて第１液晶パネル１０に表示される画像の粗さを検出する画像粗さ検出手段（空間周波数判定回路）３１と、画像粗さ検出手段の検出結果に基づいて第２液晶パネル２０による光散乱の度合を制御する第２液晶パネル制御手段（ＰＤＬＣ型液晶パネル駆動回路）３３とを備えたことを特徴とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過率を制御可能な第１液晶パネルと、
前記第１液晶パネルの視認側または前記第１液晶パネルの視認側と反対側に積層され、光散乱の度合を制御可能な第２液晶パネルと、
前記第１液晶パネルに供給される画像信号に基づいて前記第１液晶パネルに表示される画像の粗さを検出する画像粗さ検出手段と、
前記画像粗さ検出手段の検出結果に基づいて前記第２液晶パネルによる光散乱の度合を制御する第２液晶パネル制御手段と、が備えられたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記第１液晶パネルと前記第２液晶パネルとからなる積層体の視認側と反対側に、前記積層体に光を照射する照明手段が備えられたことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記第１液晶パネルが前記第２液晶パネルの視認側に配置されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記画像粗さ検出手段が、前記第１液晶パネルの表示画面を複数に分割した分割領域毎に画像の粗さを検出し、
前記第２液晶パネル制御手段が、前記画像粗さ検出手段からの前記分割領域毎の複数の検出結果に基づいて、前記第１液晶パネルの前記分割領域の各々と平面的に重なる前記第２液晶パネルの各領域毎に光散乱の度合を制御することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記画像粗さ検出手段において、ウェーブレット変換法により前記画像の粗さを検出することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記画像粗さ検出手段において、前記画像信号の輝度分布に基づいて前記画像の粗さを検出することを特徴とする請求項1から請求項４のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記第２液晶パネルが高分子分散型液晶パネルで構成されていることを特徴とする請求項1から請求項６のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の液晶表示装置において、光吸収状態と透明状態とが制御可能な第１の液晶層と、光散乱状態と透明状態とが制御可能な第２の液晶層と、反射膜とが表示面側から順に配置されたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この液晶表示装置では、第１の液晶層が透明状態となり、第２の液晶層が散乱状態となるように各液晶層に電圧を印加し、明状態の表示を行う。一方、第１の液晶層が光吸収状態となり、第２の液晶層が透明状態となるように各液晶層に電圧を印加し、暗状態の表示を行う。この構成によれば、明状態の表示において反射光を散乱させることで実効的な反射率を上げるとともに、暗状態の表示において反射光を正反射成分のみとすることで実効的な反射率を下げることができる。その結果、コントラストが高く、明るい表示を得ることができる。
【特許文献１】特開平９−３１８９６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、近年の液晶表示装置には、使用者にとってより自然な画像を得ることが要求されており、例えば、光沢があってつるつるとした画像と光沢がなくざらざらとした画像とを表示し分けることが求められることもある。しかしながら、従来、このような要求を満足できる液晶表示装置は提供されていなかった。上記特許文献１の液晶表示装置においても、２層の液晶層を用いることで高コントラストの明るい反射表示が得られるものの、上記の要求に応えられるものではなかった。
【０００４】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、光沢感が異なる画像を表示し分けることが可能な液晶表示装置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】
【０００５】
上記の目的を達成するために、本発明の液晶表示装置は、光透過率を制御可能な第１液晶パネルと、前記第１液晶パネルの視認側または前記第１液晶パネルの視認側と反対側に積層され、光散乱の度合を制御可能な第２液晶パネルと、前記第１液晶パネルに供給される画像信号に基づいて前記第１液晶パネルに表示される画像の粗さを検出する画像粗さ検出手段と、前記画像粗さ検出手段の検出結果に基づいて前記第２液晶パネルによる光散乱の度合を制御する第２液晶パネル制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００６】
なお、本発明で言う「画像の粗さ」とは、画像を形成している光の散乱の程度を意味する。具体的には、「粗さの程度が大きい画像」では画像光の散乱が大きく、観察者は光沢がなくざらつきのある画像と感じる。一方、「粗さの程度が小さい画像」では画像光の散乱が小さく、観察者は光沢がありつるつるした画像と感じる。
【０００７】
本発明の液晶表示装置においては、光透過率を制御可能で画像を実質的に形成する第１液晶パネルに対して供給される画像信号に基づき、画像粗さ検出手段が第１液晶パネルに表示される画像の粗さを検出する。そして、第２液晶パネル制御手段が画像粗さ検出手段からの検出結果に基づいて第２液晶パネルによる光散乱の度合を制御する。このとき、画像の粗さの程度が大きいと判断した場合には第２液晶パネルによる光散乱の度合を強くし、画像の粗さの程度が小さいと判断した場合には第２液晶パネルによる光散乱の度合を弱くする。これにより、第１液晶パネルに表示される画像に応じて散乱の度合が異なる光で画像が構成されることになり、観察者は画像の光沢感の違いを感じることができる。また、本発明の構成によれば、散乱フィルム等を使う場合に比べて明るい画像をより明るくすることができる。
【０００８】
また、第１液晶パネルと第２液晶パネルとの積層体の視認側と反対側に、前記積層体に光を照射する照明手段を備える構成としても良い。
本発明の液晶表示装置は、反射型液晶表示装置、透過型液晶表示装置、または反射表示と透過表示を兼ね備えた半透過反射型液晶表示装置のいずれにも適用することができる。しかしながら、第１液晶パネル、第２液晶パネルに光を照射する照明手段を備えた透過型液晶表示装置に適用することが望ましい。その理由は、反射型液晶表示装置では使用環境によって入射光の強度や方向が異なるのに対し、透過型液晶表示装置では照明手段からの入射光の強度や方向が固定できるので、第２液晶パネルによる光散乱の度合の最適設計が容易になるからである。
【０００９】
また、本発明の液晶表示装置においては、第１液晶パネルと第２液晶パネルのどちらを視認側に配置してもかまわないが、第１液晶パネルの方を第２液晶パネルよりも視認側に配置する方が望ましい。
その理由は、第２液晶パネルの方が視認側に配置されていると、例えば透過型液晶表示装置として用いた場合、第２液晶パネルによる光散乱の度合を強くしたときに外光の反射光も強く散乱してしまい、表示が見難くなる等の悪影響を及ぼす恐れがあるからである。
【００１０】
また、画像粗さ検出手段が、第１液晶パネルの表示画面を複数に分割した分割領域毎に画像の粗さを検出し、第２液晶パネル制御手段が、画像粗さ検出手段からの前記分割領域毎の複数の検出結果に基づいて、第１液晶パネルの前記分割領域の各々と平面的に重なる第２液晶パネルの各領域毎に光散乱の度合を制御する構成としても良い。
第１液晶パネルの表示画面を分割することなく上記の処理を行った場合、映像のシーンが切り替わった場合、例えば全体的に光沢感が強い画像から光沢感が弱い画像に切り替わった場合などに本発明の効果を発揮することができる。これに対して、第１液晶パネルの表示画面の分割領域毎に画像の粗さを検出し、前記分割領域の各々と平面的に重なる第２液晶パネルの各領域毎に光散乱の度合を制御すれば、１つの画面の中に光沢感が強い画像と光沢感が弱い画像とが混在している場合であっても、１つの画面内の各画像に応じて光散乱の度合を制御して最適な表示を行うことができる。
【００１１】
画像粗さ検出手段においては、ウェーブレット変換法により画像の粗さを検出することができる。
この構成によれば、フーリエ変換法を用いる場合などと異なり、リアルタイムで画像処理を行うことができ、より違和感のない画像を得ることができる。
【００１２】
あるいは、画像粗さ検出手段において、画像信号の輝度分布に基づいて画像の粗さを検出することもできる。
この構成によれば、画像の粗さをより簡易的に求めることができ、画像処理回路の負担を軽くすることができる。
【００１３】
第２液晶パネルは、高分子分散型液晶パネルで構成することができる。
この構成によれば、高分子分散型液晶パネルを用いることによって透過光の散乱の度合を容易かつ的確に制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施の形態を図１〜図５を参照して説明する。
本実施形態の液晶表示装置は、バックライトを備えた透過型液晶表示装置の例である。
図１は、本実施形態の液晶表示装置の概略構成を示す断面図である。図２は、同液晶表示装置を構成する各パネルの画素構成を示す平面図である。図３は、同液晶表示装置の作用を説明するための図である。図４は、同液晶表示装置の駆動回路部の構成を示すブロック図である。図５は、同駆動回路部の後述する空間周波数判定回路の動作を説明するためのフローチャートである。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１５】
本実施形態の液晶表示装置１は、図１に示すように、観察者側（視認側）から順にＴＮ（Twisted Nematic）型液晶パネル（第１液晶パネル）１０、高分子分散（Polymer Dispersed Liquid Crystal,以下、ＰＤＬＣとも言う）型液晶パネル（第２液晶パネル）２０、バックライト（照明手段）３０が積層配置されている。そして、バックライト３０から射出された光は、ＰＤＬＣ型液晶パネル２０によって散乱の度合（指向性）が制御された後、ＴＮ型液晶パネル１０に入射され、ＴＮ型液晶パネル１０により透過率が変調されて画像が形成される。バックライト３０は、冷陰極管、ＬＥＤ等からなる光源、リフレクタ、導光板等を有している。
【００１６】
ＴＮ型液晶パネル１０は、ガラス等の透明基板からなる下基板（視認側と反対側の基板）１１の内面（液晶層側の面）に、インジウム錫酸化物（Indium Tin Oxide, 以下、ＩＴＯと略記する）等の透明導電膜からなる複数の画素電極１２が形成され、画素電極１２を覆うようにポリイミド等からなる配向膜１３が形成されている。また、複数の画素電極１２は下基板１１上にマトリクス状に配置されており、画素電極１２に画像信号を供給する薄膜トランジスタ、データ線、走査線等が形成されているが、ここでは図示を省略する。一方、ガラス等の透明基板からなる上基板（視認側の基板）１５の内面に、ＩＴＯ等の透明導電膜からなる共通電極１６が形成され、共通電極１６を覆うようにポリイミド等からなる配向膜１７が形成されている。そして、下基板１１と上基板１５との間に液晶層５が挟持されている。液晶層５は、下基板１１と上基板１５との間で液晶分子が９０°ツイストしたＴＮモードの液晶層５である。下基板１１と上基板１５の各々の外面（液晶層と反対側の面）には、互いに透過軸が直交するように偏光板１４ａ，１４ｂが配置されている。
【００１７】
ＰＤＬＣ型液晶パネル２０は、ガラス等の透明基板からなる下基板２１の内面に、ＩＴＯ等の透明導電膜からなる複数の分割領域電極２２が形成され、分割領域電極２２を覆うようにポリイミド等からなる配向膜２３が形成されている。分割領域電極２２の配置については後述する。また、複数の分割領域電極２２は下基板上にマトリクス状に配置されており、分割領域電極２２には配線等（図示せず）を介して個別に制御信号が供給される構成となっている。一方、ガラス等の透明基板からなる上基板２５の内面に、ＩＴＯ等の透明導電膜からなる共通電極２６が形成され、共通電極２６を覆うようにポリイミド等からなる配向膜２７が形成されている。そして、下基板２１と上基板２５との間に液晶層８が挟持されている。液晶層８には、高分子ポリマーによるネットワークと液晶分子とが混在しており、液晶分子の駆動によりネットワーク相と液晶相との屈折率差が変化して、透過光の散乱の度合が制御可能となっている。
【００１８】
本実施形態の場合、ＴＮ型液晶パネル１０は、図２（ａ）に示すように、画面水平方向に４ｍ個の画素電極１２、画面垂直方向に３ｎ個の画素電極１２が配列されており、全体で４ｍ×３ｎ個の画素電極１２を有している。これら複数の画素電極１２を有する画素領域を、仮想的に画面水平方向に４分割、画面垂直方向に３分割し、全体で１２個の領域に分割する場合を想定する。ここでは、各分割領域をＡ１１〜Ａ３４と表す。一方、ＰＤＬＣ型液晶パネル２０は、図２（ｂ）に示すように、ＴＮ型液晶パネル１０の分割領域Ａ１１〜Ａ３４に対応して、各分割領域Ａ１１〜Ａ３４と平面的に重なる領域に分割領域電極Ｂ１１〜Ｂ３４が設けられている。したがって、ＰＤＬＣ型液晶パネル２０の各分割領域電極Ｂ１１〜Ｂ３４は、ＴＮ型液晶パネル１０のｍ×ｎ個の画素における光散乱の制御を担うことになる。
【００１９】
ＴＮ型液晶パネル１０とＰＤＬＣ型液晶パネル２０の動作と表示画像との関係は、図３に示すようになる。ここでは、中間調を考えず、ＴＮ型液晶パネル１０の「明状態」（図３では「ＯＮ」と記す）、「暗状態」（図３では「ＯＦＦ」と記す）と、ＰＤＬＣ型液晶パネル２０の「散乱状態」（図３では「ＯＮ」と記す）、「無散乱状態」（図３では「ＯＦＦ」と記す）との４つの組み合わせのみを考える。
【００２０】
ＴＮ型液晶パネル１０が「明状態」のときにＰＤＬＣ型液晶パネル２０を「散乱状態」とすると（図３の左から２番目）、ＰＤＬＣ型液晶パネル２０によって十分に散乱された光の大部分がＴＮ型液晶パネル１０を透過するため、指向性の弱い光によって画像が形成されることになり、光沢感の弱いざらつきのある画像が得られる。一方、ＴＮ型液晶パネル１０が「明状態」のときにＰＤＬＣ型液晶パネル２０を「無散乱状態」とすると（図３の左から４番目）、ＰＤＬＣ型液晶パネル２０内を散乱することなくほぼ直進した光がＴＮ型液晶パネル１０を透過するため、指向性の強い光によって画像が形成されることになり、光沢感の強いつるつるとした画像が得られる。また、ＴＮ型液晶パネル１０が「暗状態」のとき（図３の左端と左から３番目）には、ＰＤＬＣ型液晶パネル２０を「散乱状態」としても「無散乱状態」としても、ほぼ同等の黒表示が得られる。
【００２１】
本実施形態の液晶表示装置１は、図４に示すように、空間周波数判定回路（画像粗さ検出手段）３１と、ＴＮ型液晶パネル駆動回路３２と、ＰＤＬＣ型液晶パネル駆動回路（第２液晶パネル制御手段）３３とを備えた駆動回路部３０を有している。ＴＮ型液晶パネル駆動回路３２は、従来一般の液晶パネル駆動回路と同様のものであり、外部から入力された画像信号を駆動電圧としてＴＮ型液晶パネル１０に供給する。空間周波数判定回路３１は、図２（ａ）に示したように、ＴＮ型液晶パネル１０の画面を１２個に分割した分割領域Ａ１１〜Ａ３４毎に画像の粗さを検出し、分割領域Ａ１１〜Ａ３４に対応するＰＤＬＣ型液晶パネル２０の各分割領域電極Ｂ１１〜Ｂ３４に供給するＰＤＬＣ駆動電圧を、図５の制御フローに従って決定する。なお、ここでは、画像信号のうち輝度信号のみに着目している。
【００２２】
空間周波数判定回路３１では、図５に示すように、まず最初にＴＮ型液晶パネル１０の画面を複数の領域に分割する（ステップＳ１）。例えば、本実施形態の水平４分割、垂直３分割というように分割の仕方を予め固定している場合にはステップＳ１の手順を省略することができる。あるいは、画面の分割の仕方を画像に応じて変化させる構成としても良い。この構成の場合、その時々で変化する分割領域毎にＰＤＬＣ型液晶パネル２０の光散乱の度合を制御する必要がある。したがってこの場合、本実施形態のようにＰＤＬＣ型液晶パネル２０の分割領域電極Ｂ１１〜Ｂ３４を大まかに設けるのではなく、ＴＮ型液晶パネル１０側と同様に細かく設けておき、そのときの分割領域内の分割領域電極２２を同様に駆動する構成としても良い。
【００２３】
次に、各分割領域毎に輝度信号のウェーブレット（Wavelet）変換処理を行う（ステップＳ２）。ウェーブレット変換処理は、周波数解析の手法の一つとして知られたものであり、ハイパスフィルター（Highpass Filter）により高周波成分（高空間周波数成分、すなわち強散乱成分）を取り出すものである。
【００２４】
次に、ステップＳ２のウェーブレット変換処理により得られた高空間周波数の各分割領域内における平均値を算出する（ステップＳ３）。このステップＳ３では、画像を構成する輝度信号の高周波成分の量を計算しており、結果的には各分割領域内の画像光の散乱の強さを数値化していることになる。
【００２５】
次に、ステップＳ３により得られた高空間周波数の平均値に基づき、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）と照らし合わせてＰＤＬＣ型液晶パネル２０の各分割領域電極２２に与えるＰＤＬＣ駆動電圧値を各分割領域毎に決定する（ステップＳ４）。この場合、高空間周波数の平均値とそのときの最適な光散乱を実現するＰＤＬＣ駆動電圧値との相関関係を予め求めておき、ＬＵＴとして記憶させておく。具体的には、空間周波数の平均値が高い程、ＰＤＬＣ駆動電圧値が高くなるようなＬＵＴが作成される。また、本実施形態で用いるＰＤＬＣ型液晶パネル２０は、駆動電圧値が高い程、光散乱の度合が強くなるものである。ステップＳ４で決定されたＰＤＬＣ駆動電圧値は、信号としてＰＤＬＣ型液晶パネル駆動回路３３に送られ、ＰＤＬＣ型液晶パネル駆動回路３３からＰＤＬＣ型液晶パネル２０に駆動電圧が供給される。
【００２６】
このように、本実施形態の液晶表示装置１においては、空間周波数判定回路３１においてウェーブレット変換処理により得られた高空間周波数の平均値が大きく、ＴＮ型液晶パネル１０に表示される画像の粗さの程度が大きいと判断された場合にはＰＤＬＣ型液晶パネル２０の光散乱の度合を強くする。一方、高空間周波数の平均値が小さく、画像の粗さの程度が小さいと判断された場合にはＰＤＬＣ型液晶パネル２０の光散乱の度合を弱くする。これにより、ＴＮ型液晶パネル１０に表示される画像、例えば光沢感のある金属面と光沢感のない紙面というように、光沢感が異なる画像に応じて散乱の度合が異なる光で画像が生成されることになり、観察者に画像の光沢感の違いを感じさせることができる。また、散乱性を制御可能な液晶パネルを用いているため、散乱フィルム等を使う場合に比べて明るい画像をより明るくすることができる。
【００２７】
さらに、本実施形態の場合、ＴＮ型液晶パネル１０の表示画面の分割領域Ａ１１〜Ａ３４毎に高空間周波数の平均値（画像の粗さ）を検出し、分割領域の各々に対応したＰＤＬＣ型液晶パネル２０の各分割領域電極Ｂ１１〜Ｂ３４の形成領域毎に光散乱の度合を制御している。この構成によれば、１つの画面の中に光沢感が強い画像と光沢感が弱い画像とが混在している場合であっても、１つの画面内の局所的な位置に応じて光散乱の度合を制御することで光沢感が最適化されたきめ細かな表示を行うことができる。
【００２８】
また、本実施形態は透過型液晶表示装置であり、ＰＤＬＣ型液晶パネル２０の背面側にバックライト３０を備えているため、反射型液晶表示装置と異なり、バックライト３０から強度や方向が制御された光がＰＤＬＣ型液晶パネル２０に入射されることによってＰＤＬＣ型液晶パネル２０による光散乱の度合の最適化が容易になる。さらに、ＴＮ型液晶パネル１０の方をＰＤＬＣ型液晶パネル２０よりも視認側に配置しているため、ＰＤＬＣ型液晶パネル２０を視認側に配置したときの外光の散乱光の影響が低減でき、表示が見難くなる等の問題が生じることがない。画像粗さ検出手段においては、ウェーブレット変換法を用いて画像の粗さを検出しているため、フーリエ変換法を用いる場合などと異なり、リアルタイムで画像処理を行うことができ、より違和感のない画像を得ることができる。
【００２９】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば上記実施形態では光透過率を制御する第１液晶パネルとしてＴＮ型液晶パネル１０を用いたが、ＴＮ型液晶パネル１０に限ることなく、他のいかなるモードの液晶パネルを用いることもできる。また、表示の見栄えは悪くなるものの、ＰＤＬＣ型液晶パネル（第２液晶パネル）２０の方をＴＮ型液晶パネル（第１液晶パネル）１０よりも視認側に配置してもよい。また、透過型液晶表示装置のみならず、反射型液晶表示装置や半透過反射型液晶表示装置にも本発明を適用することが可能である。その他、各液晶パネルの具体的な構成については、適宜変更が可能である。
【００３０】
また、上記実施形態では、画像の粗さを検出する手段としてウェーブレット変換処理を用いたが、この手法に代えて、画像信号の輝度分布に基づいて画像の粗さを検出することもできる。例えば、各分割領域において所定の水平ラインの複数の画素（あるいは分割領域内の全ての画素でもよい）に供給される画像信号の輝度分布から、輝度値の平均値と分散を求め、分散を平均値で除算した値を算出する。その値が大きければ、散乱性が強い、すなわち画像が粗いと判断することができ、その値が小さければ、散乱性が弱い、すなわち画像が粗くないと判断することができる。この方法では、画像の粗さをより簡易的に求めることができ、画像処理回路の負担を軽くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態の液晶表示装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】同液晶表示装置を構成する各パネルの画素構成を示す平面図である。
【図３】同液晶表示装置の作用を説明するための図である。
【図４】同液晶表示装置の駆動回路部の構成を示すブロック図である。
【図５】同駆動回路部の空間周波数判定回路の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３２】
１…液晶表示装置、１０…ＴＮ型液晶パネル（第１液晶パネル）、２０…ＰＤＬＣ型液晶パネル（第２液晶パネル）、３０…バックライト（照明手段）、３１…空間周波数判定回路（画像粗さ検出手段）、３３…ＰＤＬＣ型液晶パネル駆動回路（第２液晶パネル制御手段）
【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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