JP2005092034A - 液晶表示装置および表示方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ユーザが表示画面を見る角度によって、色が変化して見える階調反転を防止する。
【解決手段】 液晶表示装置１の表示画面に対するユーザの視認方向の入力を外部から受け取る手段２と、表示画面をユーザが正面から視認することを前提として作成された原画像データを、入力された視認方向に対応して階調反転が起こらないようなデータに変換する手段３と、変換後の画像データを用いて画面表示を行なう手段４とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液晶を用いる表示方式に係わり、更に詳しくは液晶表示画面を見る角度によって、表示される色が異なって見えるような階調反転を防止するために画像データを補正して、画面表示を行なう液晶表示装置、および表示方法に関する。

画像などのデータ表示装置として広く用いられている液晶表示装置では、ユーザが表示画面を見る角度によって画面が見にくくなることがよく知られている。表示画面を正面から見る場合に比べて斜めに見る場合には、一般に表示画面が見にくくなる。例えばＴＦＴ液晶を用いた表示装置では、表示画面の斜め上方向から見ると正面から見た場合と色が変わる、すなわち階調反転がおこることがある。

どの方向から見た時に階調反転がおこるかは液晶の製造方法や、その取付け方法によって変化するが、多くの液晶表示装置においては斜め上方向または下方向から見た時に階調反転がおこることが知られている。

図１２は従来の画面データ表示装置としての液晶表示システムの構成例である。同図において、パソコン５０と液晶表示装置５１とが接続され、また液晶表示装置５１はここでは工場などにおける制御に用いられるプログラマブル・ロジック・コントローラ（ＰＬＣ）５２に接続されているものとする。そしてパソコン５０側で画面データ作成ツール５４によって作成された画面データは、例えば一旦ファイル５５に格納された後に、表示装置５１に転送され、例えばＰＬＣ５２の各種の制御データの表示などに用いられる。

図１２のように、例えば液晶表示装置がＰＬＣ５２の各種の制御データの表示などに使用される場合には、表示装置５１は例えば制御パネルや各種の機械の近くで、様々な位置に取り付けられて使用されることになる。

そこでその位置（高さなど）、および表示画面の向きも様々となり、パソコン５０側で画面データ作成ツール５４を用いて作成された画面データ、すなわち本来正面から見ることを前提として作成されている画面データが表示装置５１側で表示された時に、例えばオペレータがその表示画面を見る角度によって、輝度階調の変化によって本来表示されるべき色と異なる色が見えてしまう、すなわち階調反転がおこる可能性が存在する。このような階調反転を防止するために広視角化フィルムを使用した液晶表示装置も用いられているが、その場合にはコストが高くなるという問題点があった。

このような液晶の視認方向（視野角）などに関連する問題点を解決するための従来技術として次の文献がある。
特開平７−２９４８７２号公報「液晶表示パネル」 特開２００３−１４９２４（Ｐ２００３−１４９２４Ａ）号公報 「光学異方素子の製造方法、および光学異方素子」 特許文献１にはアームを回転させて距離センサーをスキャンして自動的に視野角を検出し、視野角に応じて液晶表示パネルの各画素に印加する駆動電圧レベルを設定する技術が開示されているが、視野角の自動検出のために特別の機構を必要とし、また制御が複雑になるという問題点があった。

特許文献２には、偏光露光により位相差を生じた素子に、さらに紫外線を照射して製造され、液晶表示装置の視野拡大効果が得られる光学異方素子が開示されているが、このような特殊な素子の採用もコストなどの面から問題がある。

本発明の課題は、液晶表示画面を見る角度に対応して、コストを上げることなく、簡単なデータ変換処理によって画面データを補正して画面表示を行なうことにより、色の変化、すなわち階調反転を軽減することができる液晶表示装置、および表示方法を提供し、液晶表示装置の表示性能を向上させることである。

図１は本発明の液晶表示装置の原理構成ブロック図である。同図において液晶表示装置１は、視認方向入力手段２、画像データ変換手段３、および表示手段４を備える。
視認方向入力手段２は、液晶表示装置１の表示画面に対するユーザの視認方向の入力を外部から受け取るものであり、画像データ変換手段３は、表示画面をユーザが正面から視認することを前提として作成された原画像データを、入力された視認方向に対応するデータに変換するものであり、表示手段４は変換後の画像データを用いて画面表示を行なうものである。

発明の実施の形態においては、画像データ変換手段３が視認方向に対応するデータへの変換として、原画像データを正面から視認した時と比較して階調反転を軽減するように、原画像データの変換を行なうこともできる。

この場合、画像データ変換手段３が、原画像データと視認方向に対応するデータとの間の関係を与える変換曲線に基づいて原画像データの変換を行なうこともでき、更に入力された視認方向に対応して複数の変換曲線のいずれかを選択して、選択された変換曲線に基づいて原画像データの変換を行なうこともできる。

次に本発明の表示方法については、液晶表示装置の表示画面に対するユーザの視認方向の入力を外部から受け取り、表示画面をユーザが正面から視認することを前提として作成された原画像データを、該入力された視認方向に対応するデータに変換し、変換後の画像データを用いて画面表示を行なう方法が用いられる。

発明の実施の形態においては、この表示方法を実現するために計算機によって使用されるプログラム、および計算機によって使用される、そのプログラムを格納した計算機読み出し可能可搬型記憶媒体を用いることができる。

本発明によれば、液晶表示装置の表示画面をユーザが見る角度を変化させた場合にも、正しい色をユーザが認識することが可能となる。液晶表示装置の位置や、その表示画面の角度などに対応して、何段階かの角度に応じた複数のデータ変換曲線を用意しておき、そのいずれかを選択して階調反転に対する補正処理を行なうことによって、角度に対応した適切なデータの表示を行なうことができ、液晶表示装置の実用性の向上に寄与するところが大きい。

以下本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。図２は本実施形態における液晶表示システムの構成例である。同図は基本的には図１２の従来例の構成と類似しているが、液晶表示装置はプログラマブル・ロジック・コントローラ（ＰＬＣ）に接続され、各種の制御用データや特性などを表示することを強調するために、プログラマブル表示器１０と名付けられ、プログラマブル表示器１０はパソコン１１とＰＬＣ１２とに接続されている。そしてパソコン１１の内部には、図１２におけると同様に画面作成ツール１３が備えられている。

プログラマブル表示器１０は全体を制御するＣＰＵ１５、表示素子としてのＬＣＤ１６、そのコントローラとしてのＬＣＤコントローラ１７、ＬＣＤ１６に表示するための画像データなどを格納するビデオメモリ１８、パソコン１１およびＰＬＣ１２などと接続される外部入出力ポート１９、フラッシュメモリ２０、作業用データなどが格納されるＲＡＭメモリ２１、およびタッチパネル２２を備えている。

図３は、ＰＬＣ１２の制御データなどをＬＣＤ１６に表示するにあたっての、ユーザが表示画面を見る角度に対応する画面データの変換とその表示の説明図である。
従来例の図１２と同様に、図２のパソコン１１の内部で画面作成ツール１３によって作成された画面データは、図３においてフラッシュメモリ２０に画面データ２５として格納されている。例えばタッチパネル２２によってユーザから表示画面を見る角度が入力されると、ＣＰＵ１５によってフラッシュメモリ２０に格納された画面データ２５に対するデータ変換が行なわれ、変換後のデータは展開されて例えばビデオメモリ１８に一旦格納され、その変換後のデータはビデオメモリ１８から読み出されて、ＬＣＤコントローラ１７によってＬＣＤ１６に表示される。なお図２、図３において、ＬＣＤコントローラ１７を備える代わりに、その動作をＣＰＵ１５が代行することも可能であり、この場合にはビデオメモリ１８の代わりに、ＲＡＭメモリ２１などが用いられる。

ここで液晶表示素子、例えばＴＦＴ液晶などにおける視認方向、すなわちユーザが表示画面を見る方向の影響について図４〜図６を用いて説明する。図４は液晶表示結果、例えばバックライトを使用した結果としての輝度と、液晶の画素に対応する入力データの大きさとの関係の説明図である。ここでは入力画像データは５ビット、すなわち０から３１の３２段階をとるものとし、また輝度も０から３１の３２階調をとるものとして、視認方向の影響を説明する。

正面から見た場合には、簡単のために輝度は入力データの値に比例するものとし、入力データの値に対して直線的に増加するものとする。これに対して斜め上方向から見た場合には、特に入力データの値が小さい時の減衰が大きく、入力データの値がある値以上になると輝度が急激に増加する傾向がある。また、表示画面の法線方向と視認方向との成す角θが大きくなるほど曲線は下に膨らんだ形となる。斜め下方向から見た場合には、曲線の形は斜め上方向から見た場合と逆に、上に膨らんだ、すなわち入力データが大きい範囲で輝度が飽和するような曲線となる。

図４の曲線はＲ，Ｇ，Ｂの３原色に対してほぼ同様な曲線となるものとし、また前述のように液晶素子はその製造方法や装置への取付け方法などによって視認方向の影響が異なってくるが、ここでは図４のような特性を持つ液晶を例として、本発明の階調補正方式について更に説明する。

図５は図４の特性に対応するデータ変換曲線の数値表示（テーブル）の例である。同図において、正面から表示画面を見ることを前提として作成された画像データを入力値として、見る角度に対応する変数としてのγの値を用いて、次式によって変換後のデータを求めた時の値が補正値としてテーブルに示されている。なおこの式内の“３１”は入力データの最大値であり、一般に表示器の輝度階調によって決定される定数である。

実際の入力画像データの変換は上式を用いて計算してもよく、あるいは図５のテーブルを用いて補正値を求めてもよいことは当然である。
図５においてγの値は、前述のようにユーザによる画面の視認方向に対応する値であり、例えば斜め下方向補正（大）に対してはその値は０．２５である。これは図４右の角度θが大の時の輝度の特性を補正するために用いられる。また例えば斜め上方向補正（小）の場合のγの値は２であり、これは図４の中央の角度θが比較的小さい場合の輝度特性を補正するために用いられる。

図６は図５の変換特性を図示したものである。同図において中央の補正なしの直線は図４の左の正面から見た場合の輝度特性に対応し、実質的に補正は行なわれることなく、入力データがそのまま出力される。これに対して上方向補正に対応する２本の曲線は図４の中央の図に対応し、入力データが小さい範囲でその値を大きくする補正を行なうために、変換曲線は上に膨らんだ形となり、またユーザが画面を見る方向が画面の法線方向となす角度θが大きくなるほどその膨らみは大きくなる。

逆に斜め下方向に対する２本の補正曲線は図４の右側の図に対応し、入力データが大きい値での飽和を避けるため、下に膨らんだ補正曲線となっている。
図７はこのような色補正、すなわち画像データ変換の具体例の説明図である。同図において、上中央は正面から見た場合に対応する変換前のある画素に対する画像データであり、ＲとＧの値が共に３１であることがら、その表示色は黄色となる。下中央のデータもある別の画素に対する正面から見た場合に対応する変換前の画像データであるが、Ｒの値が３１、Ｇの値が１５であることから、やや色に変化があるものの、正面から見た場合には表示色は基本的に黄色となる。

これに対して左側は斜め上方向から見た場合の表示に対応し、表示結果の輝度に相当する等価的な画像データを示し、上のデータではＧの値がやや減少して２９となるものの、表示色としては黄色を視認することができる。これに対して下のデータに対しては、Ｇの値が１５から、例えば３に減衰することによって、正面から見た場合の表示が黄色であったのに対して、斜め上方向から見た場合の表示色は赤に見えてしまうということになる。

右側の変換後のデータは上のデータに対しては当然変化しないが、下のデータに対してはＧの値が１５から２５に補正されることによって斜め上方向から見た時の減衰を補正することができ、減衰を考慮しても、斜め上方向から見た場合にも表示を黄色として視認することが可能となる。

図８は本実施形態における画像データ補正表示処理の全体フローチャートである。同図において処理が開始されると、まずステップＳ１で見る方向の指定、すなわち表示装置が取り付けられた位置や状態に対応して、例えば表示画面の法線方向と視認方向とがなす角度θのユーザによる入力が受け取られる。

続いてステップＳ２で指定された角度θに対応する画像データ変換曲線が、図６で説明した複数本の変換曲線のうちから選択され、ステップＳ３で各画素に対するＲ，Ｇ，Ｂの画像データ（パソコン１１側で作成）と変換曲線とをもとに表示用画像データが作成され、ステップＳ４で変換後の画像が表示されて処理を終了する。

以上の説明においては表示画面上の各画素に対応するＲ，Ｇ，Ｂの画像データのそれぞれに対してデータ変換を行なうものとして実施例を説明したが、各画素に対応する画像データを直接に変換する代わりに、各画素に対応するパレットデータの変換を行なう場合を、異なる実施例として図９、および図１０を用いて説明する。

図９はパレットデータテーブルの説明図である。このテーブルは、液晶表示装置の表示画面上で、各画素に対応して表示可能な色の画像データを格納するものである。例えば１２８色の表示を可能とする場合には、Ｒ，Ｇ，Ｂのそれぞれに対応するデータが０〜１２７の色番号に対して格納されている。例えば色番号０に対してはＲ，Ｇ，Ｂの値は全て０であり、この場合には黒が表示され、色番号１１３ではＲ，Ｇ，Ｂのそれぞれの値が共に１５であり、色としてはグレーが表示され、色番号１２７に対してはＲ，Ｇ，Ｂの値が全て３１であることから、白が表示されることになる。

図１０はパレットデータテーブルに対応する画素データメモリの格納内容の例である。画素データメモリには、表示画面上でのｍ×ｎ個の画素のそれぞれに対応して、表示すべき色がパレットデータテーブルの色番号として与えられる。これによって、パレットデータテーブルの内容を用いて、各画素に対する色番号を指定することによって任意の画面表示が可能となる。

異なる実施例においては、パレットデータテーブルの格納内容、すなわち色番号に対応するＲ，Ｇ，Ｂの値を、表示画面をユーザが見る方向（角度θ）に対応して、図６の変換曲線のいずれかを用いて変換することにより、図１０の画像データメモリの内容はそのままで、表示画面に対応した色の補正処理が行なわれる。

以上において本発明の液晶表示装置および表示方法についてその詳細を説明したが、この液晶表示装置は当然一般的なコンピュータシステム内に含んで使用することが可能である。図１１はそのようなコンピュータシステム、すなわちハードウエア環境の構成ブロック図である。

図１１においてコンピュータシステムは中央処理装置（ＣＰＵ）３０、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）３１、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）３２、通信インタフェース３３、記憶装置３４、液晶表示装置を含む入出力装置３５、可搬型記憶媒体の読み取り装置３６、およびこれらの全てが接続されたバス３７によって構成されている。

記憶装置３４としてはハードディスク、磁気ディスクなど様々な形式の記憶装置を使用することができ、このような記憶装置３４、またはＲＯＭ３１に図８のフローチャートに示されたプログラムや、本発明の特許請求の範囲の請求項６のプログラムなどが格納され、そのようなプログラムがＣＰＵ３０によって実行されることにより、本実施形態におけるユーザの視認方向に応じた画像データの変換による階調反転の防止が可能となる。

このようなプログラムは、プログラム提供者３８側から、ネットワーク３９、および通信インタフェース３３を介して、例えば記憶装置３４に格納されることも、また市販され、流通している可搬型記憶媒体４０に格納され、読み取り装置３６にセットされて、ＣＰＵ３０によって実行されることも可能である。可搬型記憶媒体４０としてはＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＤＶＤなど様々な形式の記憶媒体を使用することができ、このような記憶媒体に格納されたプログラムが読み取り装置３６によって読み取られることにより、本実施形態におけるユーザが液晶表示画面を見る角度に対応した画像データの補正処理が可能となる。

以上においては、例えばパソコン側で、ユーザが正面から表示画面を見ることを前提として画像データが作成され、表示装置側でユーザの視認方向に応じて画像データの変換を行なうものとしたが、例えばパソコン側であらかじめ視認方向（角度）をパラメータとして画像データを作成し、表示装置側でそれを利用した表示を行なうなど、さまざまな実施の形態をとることができることは当然である。すなわち、図２，図３において、パソコン１１側でユーザの視認方向に対応した画像データを作成し、プログラマブル表示器１０側ではその画像データをビデオメモリ１８に格納し、表示を行なうことも可能である。

さらに以上の説明ではユーザの表示画面に対する視認方向の変化を（斜め）上下方向として実施例を説明したが、方向の変化が左右方向の場合にも本発明を適用できることは当然である。

本発明は液晶表示装置の製造産業は当然のこととして、液晶表示素子を使用するあらゆる産業において利用可能である。

本発明の液晶表示装置の原理構成ブロック図である。 液晶表示システムの構成例のブロック図である。 図２における画像データの変換動作の説明図である。 輝度と入力データの関係に対する視認方向の影響の説明図である。 入力データの変換特性の数値表示の例である。 画像データの変換特性曲線の例である。 画像データ変換の具体例の説明図である。 画像データ補正表示処理の全体フローチャートである。 パレットデータテーブルの説明図である。 パレットデータテーブルに対応する画素データメモリの格納内容の例である。 本発明におけるプログラムのコンピュータへのローディングを説明する図である。 液晶表示システムの従来例の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１，５１ 液晶表示装置
２ 視認方向入力手段
３ 画像データ変換手段
４ 表示手段
１０ プログラマブル表示器
１１，５０ パソコン
１２，５２ プログラマブル・ロジック・コントローラ（ＰＬＣ）
１３ 画面作成ツール
１５，３０ ＣＰＵ
１６ ＬＣＤ
１７ ＬＣＤコントローラ
１８ ビデオメモリ
１９ 外部入出力ポート
２０ フラッシュメモリ
２１ ＲＡＭメモリ
２２ タッチパネル
２５ 画面データ
３１ リードオンリメモリ（ＲＯＭ）
３２ ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）
３３ 通信インタフェース
３４ 記憶装置
３５ 入出力装置
３６ 読取り装置
３７ バス
３８ プログラム提供者
３９ ネットワーク
４０ 可搬型記憶媒体
５４ 画面データ作成ツール
５５ ファイル

Claims (7)

1. 液晶を用いた表示装置において、
   該装置の表示画面に対するユーザの視認方向の入力を、外部から受け取る視認方向入力手段と、
   該表示画面をユーザが正面から視認することを前提として作成された原画像データを、該入力された視認方向に対応するデータに変換する画像データ変換手段と、
   該変換後の画像データを用いて画面表示を行なう表示手段とを備えることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記画像データ変換手段が、前記視認方向に対応するデータへの変換として、前記原画像データを正面から視認した時と比較して色の変化がおこらないように、前記原画像データの変換を行なうことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
3. 前記画像データ変換手段が、前記原画像データと前記視認方向に対応するデータとの間の関係を与える変換曲線に基づいて原画像データの変換を行なうことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
4. 前記画像データ変換手段が、前記入力された視認方向に対応して、複数の前記変換曲線のいずれかを選択し、該選択された変換曲線に基づいて原画像データの変換を行なうことを特徴とする請求項３記載の液晶表示装置。
5. 液晶表示装置を用いる表示方法において、
   該装置の表示画面に対するユーザの視認方向の入力を外部から受け取り、
   該表示画面をユーザが正面から視認することを前提として作成された原画像データを、該入力された視認方向に対応するデータに変換し、
   該変換後の画像データを用いて画面表示を行なうことを特徴とする表示方法。
6. 液晶表示装置を備える計算機によって使用されるプログラムにおいて、
   該装置の表示画面に対するユーザの視認方向の入力を外部から受け取る手順と、
   該表示画面をユーザが正面から視認することを前提として作成された原画像データを、該入力された視認方向に対応するデータに変換する手順と、
   該変換後の画像データを用いて画面表示を行なう手順とを計算機に実行させるためのプログラム。
7. 液晶表示装置を備える計算機によって使用される記憶媒体において、
   該装置の表示画面に対するユーザの視認方向の入力を外部から受け取るステップと、
   該表示画面をユーザが正面から視認することを前提として作成された原画像データを、該入力された視認方向に対応するデータに変換するステップと、
   該変換後の画像データを用いて画面表示を行なうステップとを計算機に実行させるプログラムを格納した計算機読み出し可能可搬型記憶媒体。
   

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