JP7302484B2 - 画像処理装置、表示装置、画像処理方法 - Google Patents

Description

本技術は画像処理装置、表示装置、画像処理方法に関し、特にリア液晶セルとフロント液晶セルを通過した光により表示画像が生成される表示パネルに対する画像信号の処理に関する。

液晶表示装置として各種の構造が知られている。その構造の一つとして下記特許文献１にはデュアル液晶セル型の液晶表示装置が開示されている。

特開２０１５－１９１０５３号公報

液晶セルは液晶特性により微量な光漏れがあり、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の分光が混ざることで特に低階調では高階調に比べ色域が狭くなる現象がある。これにより表示される画像の画質が低下する。
デュアル液晶セル型の表示装置では、リア液晶セルで階調をコントロールすることでコントラストを高くすることができるが、本技術はこのデュアル液晶セル型の表示装置を用いる場合に低階調域の色域を維持し、表示される画像の画質向上を実現することを目的とする。

本技術に係る画像処理装置は、リア液晶セルとフロント液晶セルを通過した光により表示画像が生成される表示パネルに対するカラー画像信号について、所定の係数を用いてグレースケール信号に変換するグレースケール変換部と、前記グレースケール変換部で得られた前記グレースケール信号について階調値変換を行って、前記リア液晶セルに対するリア画像信号を生成する階調値変換部と、前記カラー画像信号に対して前記リア画像信号を用いた演算処理を行って、前記フロント液晶セルに対するフロント画像信号を生成するフロント画像生成部と、を備え、カラー画像信号を構成する各色についての階調値の下限値と、カラー画像信号としての階調値についてのターゲット入力階調が予め設定されており、前記階調値変換部は、前記フロント液晶セルをカラー画像信号で駆動した場合に色域変化が大きい階調の範囲として予め設定された階調域について単色のターゲット入力階調のカラー画像信号が入力されたときにフロント画像信号が当該単色での下限値となり、前記階調域以外について階調値として取り得る範囲の最大値となるような変換カーブに基づいて階調値変換を行う。
この画像処理装置が処理対象とする画像信号は、デュアル液晶セル型の液晶表示パネルである。画像処理装置は、デュアル液晶セル型の液晶表示パネルのフロント液晶セルとリア液晶セルのそれぞれに対する画像信号の処理を行う。一方で液晶セルは微量な光漏れがあり、Ｒ、Ｇ、Ｂの分光が混ざることで特に低階調域では高階調域に比べ色域が狭く待ってしまう。そこで画像処理装置は、カラー画像表示を行うフロント液晶セルにおいて色域変化が大きい階調域（例えば低階調域）で階調表現を行うようなリア画像信号を生成するようにする。フロント画像信号については、このリア画像信号によるリア画像と合成したときに適切な画像となるように演算処理を行う。
また、入力されるカラー画像信号について、Ｒ、Ｇ、Ｂの各単色で見た場合にターゲット入力階調となっているときに、フロント画像信号の階調値がそのそれぞれの単色で下限値となるような階調値変換が行われるようにする。

上記した本技術に係る画像処理装置においては、前記グレースケール変換部は、カラー画像信号を構成する各色について、設定された階調値の下限値を用いて算出された係数を用いた演算により、カラー画像信号をグレースケール信号に変換することが考えられる。
即ちグレースケール信号を構成する各色（例えばＲ、Ｇ、Ｂ）について、まず階調値の下限値が設定される。フロント画像信号としての階調値の下限値である。この下限値を用いて、カラー画像からグレースケール画像へ変換する係数を設定する。グレースケール変換部は、この係数を用いた演算により、カラー画像信号をグレースケール信号に変換する。

上記した本技術に係る画像処理装置においては、カラー画像信号は赤、緑、青の各階調値で構成され、前記グレースケール変換部は、赤、緑、青のそれぞれについて設定された階調値の下限値を用いて算出された、赤、緑、青のそれぞれについての係数を用いた演算により、カラー画像信号をグレースケール信号に変換することが考えられる。
即ちカラー画像信号を構成するＲ、Ｇ、Ｂについて、階調値の下限値がそれぞれ別個に設定される。これらの下限値を用いて、カラー画像からグレースケール画像へ変換するＲ、Ｇ、Ｂの階調値に対する係数が設定される。グレースケール変換部は、これらの係数を用いた演算により、カラー画像信号をグレースケール信号に変換する。

上記した本技術に係る画像処理装置においては、前記下限値は、赤、緑、青のそれぞれについて、低階調域で色度が所定値に変化する階調値であることが考えられる。
例えば赤、緑、青の各階調色度として、色度の値が高階調域では安定しているところ、低階調域において所定値に至ることになる階調値を、下限値とする。

上記した本技術に係る画像処理装置においては、前記階調値変換部は、入力値に対して出力値が記憶されているルックアップテーブルを用いて階調値変換を行うことが考えられ
る。
即ちグレースケール信号の階調値からルックアップテーブル（ＬＵＴ）を参照してリア画像信号としての階調値を得る。

上記した本技術に係る画像処理装置においては、前記ターゲット入力階調は、人の目で色度変化を知覚しにくくなる低階調域の最大階調値として設定されることが考えられる。
ターゲット入力階調は、そのターゲット入力階調以下の階調は、色度変化が感知しにくいとする階調とする。

上記した本技術に係る画像処理装置においては、前記フロント画像生成部は、前記カラー画像信号から前記リア画像信号を除算することでフロント画像信号を生成することが考えられる。
即ちカラー画像信号としての例えばＲ、Ｇ、Ｂの各階調値について、それぞれリア画像信号の階調値を除算して、フロント画像信号としてのＲ、Ｇ、Ｂ階調値を得る。

上記した本技術に係る画像処理装置においては、フロント液晶セルに入射する光量成分に応じた補正係数を前記リア画像信号に乗算する光量補正部を備え、前記フロント画像生成部は、前記カラー画像信号から前記光量補正部で補正係数が乗算された前記リア画像信号を除算することでフロント画像信号を生成することが考えられる。
即ちカラー画像信号としての例えばＲ、Ｇ、Ｂの各階調値について、それぞれフロント液晶セルに入射する光量成分に応じて補正係数が与えられたリア画像信号の階調値を除算して、フロント画像信号としてのＲ、Ｇ、Ｂ階調値を得る。

本技術に係る表示装置は、リア液晶セルとフロント液晶セルを通過した光により表示画像が生成される表示パネルと、上記の画像処理装置を備える。
またその表示装置においては、前記表示パネルは、光源部と、前記リア液晶セルと、拡散層と、前記フロント液晶セルが、この順番で配置されていることが考えられる。
これによりいわゆるデュアル液晶セル型の液晶表示パネルを構成する。このようなデュアル液晶セル型の液晶表示パネルに対して、低階調域での色域変化を低減する画像処理が行われるようにする。
本技術に係る画像処理方法は、上記の画像処理装置におけるグレースケール変換部、階調値変換部、フロント画像生成部で行われる処理として、グレースケール変換手順と、階調値変換手順と、フロント画像生成手順とが行われるものである。

本技術によれば階調による色域変化が少なくなり、より低階調での色域が広がることで画質向上を実現できる。
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。

本技術の実施の形態の表示装置のブロック図である。 実施の形態のフロント液晶セル及びリア液晶セルの説明図である。 実施の形態の液晶表示パネルの配置の説明図である。 実施の形態のデュアルセル画像処理部のブロック図である。 実施の形態のデュアルセル画像処理部の要部のブロック図である。 低階調域での光漏れによる液晶の説明図である。 Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれの階調と色度の関係の説明図である。 実施の形態でＲ、Ｇ、Ｂについての使用する階調の説明図である。 ガンマ２．２で入力階調を最大値とした場合の各色ガンマの説明図である。 実施の形態のルックアップテーブル設定の説明図である。 実施の形態のリア液晶セル及びフロント液晶セルの入出力特性の説明図である。 実施の形態の低階調域での色域拡張効果の説明図である。

以下、実施の形態を次の順序で説明する。
＜１．表示装置の構成＞
＜２．デュアルセル画像処理部の構成＞
＜３．実施の形態における色域改善＞
＜４．まとめ及び変形例＞
なお説明上、３原色である赤色（red）、緑色（green）、青色（blue）は、それぞれアルファベットでＲ，Ｇ，Ｂと表記する。

＜１．表示装置の構成＞
図１は実施の形態の表示装置９０の構成を示している。表示装置９０は、液晶表示パネル１、画像処理装置１０、フロント液晶セル駆動部２０、リア液晶セル駆動部３０を有する。

液晶表示パネル１は、デュアルセル型の液晶表示パネルとされ、フロント液晶セル２、拡散層４、リア液晶セル３、バックライト５を備える。
バックライト５の前面側に、リア液晶セル３、拡散層４、フロント液晶セル２がこの順番で重なるように配置されており、視認者はフロント液晶セル２の前面側から表示された画像を見ることになる。
フロント液晶セル２、リア液晶セル３はそれぞれ１つの液晶表示パネルを形成するが、本実施の形態では、デュアル液晶セル型の表示パネル全体を液晶表示パネル１と呼ぶこととする。

画像処理装置１０は、カラー画像信号（例えばＵＨＤ（Ultra High Definition）フォーマットの信号など）として入力された画像信号Ｓ１について液晶表示パネル１での表示のための信号処理を行う。
画像処理装置１０は表示画像処理部１１とデュアルセル画像処理部１２を有する。
表示画像処理部１１は、入力された画像信号Ｓ１に対して、必要なデコード処理、輝度処理、色処理、解像度変換等を行い、処理後の画像信号Sig_inをデュアルセル画像処理部１２に供給する。少なくとも画像信号Sig_inの段階では、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色の階調値を示すカラー画像信号とされている。

デュアルセル画像処理部１２は、詳細は後述するが、デュアルセル型の液晶表示パネル１に対応する処理を行う。
即ちデュアルセル画像処理部１２は入力された画像信号Sig_inに対する信号処理を行い、フロント液晶セル２に対する画像信号（フロント画像信号Sig_FR）、及びリア液晶セル３に対する画像信号（リア画像信号Sig_RE）を生成して出力する。
フロント画像信号Sig_FRはＲ、Ｇ、Ｂの階調値を含むカラー画像信号である。一方、リア画像信号Sig_REはグレースケールとしての階調値を含む白黒（グレースケール）画像信号である。

フロント画像信号Sig_FRはフロント液晶セル駆動部２０に供給される。フロント液晶セル駆動部２０はフロント画像信号Sig_FRに基づいてフロント液晶セル２を駆動し、カラー画像表示を実行させる。
リア画像信号Sig_REはリア液晶セル駆動部３０に供給される。リア液晶セル駆動部３０はリア画像信号Sig_REに基づいてリア液晶セル３を駆動し、白黒画像表示を実行させる。

フロント液晶セル駆動部２０及びフロント液晶セル２の構造の一例を図２Ａに示している。
フロント液晶セル駆動部２０は、表示制御部２１と、垂直駆動部２２と、水平駆動部２３を有し、これらの構成でフロント液晶セル２を駆動する。

表示制御部２１は、フロント画像信号Sig_FRに基づいて、垂直駆動部２２に対して制御信号を供給するとともに、水平駆動部２３に対して画像信号（Ｒ、Ｇ、Ｂの階調値に応じた信号）および制御信号を供給し、これらがお互いに同期して動作するように制御する。
垂直駆動部２２は、表示制御部２１から供給される制御信号に基づいて、フロント液晶セル２における表示駆動の対象となる１水平ラインを順次選択する。
水平駆動部２３は、表示制御部２１から供給される画像信号および制御信号に基づいて、１水平ライン分の画素電圧を生成し、垂直駆動部２２が選択した１水平ライン分のサブ画素２６（２６Ｒ，２６Ｇ，２６Ｂ）に供給する。

フロント液晶セル２には、複数の画素２５がマトリックス状に配置されている。
各画素２５は、３つのサブ画素２６Ｒ，２６Ｇ，２６Ｂを有している。
サブ画素２６Ｒは、赤色のカラーフィルタを有するものであり、サブ画素２６Ｇは、緑色のカラーフィルタを有するものであり、サブ画素２６Ｂは青色のカラーフィルタを有するものである。
これらのサブ画素２６Ｒ，２６Ｇ，２６Ｂには、水平駆動部２３から画素電圧がそれぞれ供給される。そして、サブ画素２６Ｒ，２６Ｇ，２６Ｂは、画素電圧に応じて、光の透過率をそれぞれ変化させるようになっている。

リア液晶セル駆動部３０及びリア液晶セル３の構造の一例を図２Ｂに示している。
リア液晶セル駆動部３０は、表示制御部３１と、垂直駆動部３２と、水平駆動部３３を有し、これらの構成でリア液晶セル３を駆動する。

表示制御部３１は、リア画像信号Sig_REに基づいて、垂直駆動部３２に対して制御信号を供給するとともに、水平駆動部３３に対して画像信号（グレースケールとしての階調値に応じた信号）および制御信号を供給し、これらがお互いに同期して動作するように制御する。
垂直駆動部３２は、表示制御部３１から供給される制御信号に基づいて、リア液晶セル３における表示駆動の対象となる１水平ラインを順次選択する。
水平駆動部３３は、表示制御部３１から供給される画像信号および制御信号に基づいて、１水平ライン分の画素電圧を生成し、垂直駆動部３２が選択した１水平ライン分のサブ画素３６に供給するものである。

リア液晶セル３には、複数の画素３５がマトリックス状に配置されている。
各画素３５は、３つのサブ画素３６を有している。各サブ画素３６は、カラーフィルタを有しないものである。すなわち、フロント液晶セル２における各サブ画素２６Ｒ，２６Ｇ，２６Ｂは、対応する色のカラーフィルタを有するようにしたが、リア液晶セル３における各サブ画素３６は、カラーフィルタを有しない。
１つの画素３５に属する３つのサブ画素３６には、水平駆動部３３から同じ画素電圧が供給される。そして、サブ画素３６は、画素電圧に応じて、光の透過率を変化させるようになっている。
なお、リア液晶セル３の画素３５は、上記の３つのサブ画素分を１つの電極、及びブラックマトリックスの１画素として構成してもよい。即ち、カラーフィルタレスだけでなく、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）、透明電極、配線、ブラックマトリックスという各液晶構造要素についてもサブ画素を持たない構造とされることもある。その場合、１つの画素３５は、フロント液晶セル２における３つのサブ画素２６Ｒ，２６Ｇ，２６Ｂに対応することになる。

このようなリア液晶セル３は、カラー画像を表示することができる汎用の液晶表示パネルの製造工程において、カラーフィルタの形成工程を省くことにより製造することができる。これにより、表示装置９０では、専用品を開発する場合に比べて開発コストや製造コストを削減することができる。

図１に示したバックライト５は、図示しないバックライト制御信号に基づいて、光を射出する。バックライト５は、リア液晶セル３の背面側に配置される。
バックライト５は、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）による発光部を備えて発光を行う。

図３は、液晶表示パネル１の配置構成を表すものである。
図示するように液晶表示パネル１では、バックライト５、リア液晶セル３、拡散層４、フロント液晶セル２が、この順に配置されており、図３におけるフロント液晶セル２の上面が、表示面ＤＰになっている。
つまり、バックライト５から射出した光が、バックライト５、リア液晶セル３、拡散層４、フロント液晶セル２を順に通過し、視認者に届くようになっている。
フロント液晶セル２およびリア液晶セル３は、互いに離間して配置されている。そして、このフロント液晶セル２とリア液晶セル３の間の空隙８には、拡散層４が配置されている。

フロント液晶セル２は、基板１２２，１２４と、液晶層１２３と、偏光板１２１，１２５とを有する。
基板１２２，１２４は、例えばガラス基板により構成されるものであり、互いに対向するように配置されている。
基板１２２の基板１２４側の面には、サブ画素２６ごとに画素電極が形成され、上述の水平駆動部２３により画素電圧が印加されるようになっている。
基板１２４の基板１２２側の面には、各サブ画素２６に共通の電極が形成されている。また、基板１２４には、カラーフィルタや、ブラックマトリクスが形成されている。
液晶層１２３は、基板１２２と基板１２４との間に封止されたものであり、基板１２２の画素電極に印加された画素電圧に応じて、光の透過率が変化するものである。
偏光板１２１は、基板１２２の光入射側に貼り付けられており、偏光板１２５は、基板１２４の光出射側に貼り付けられている。偏光板１２１の透過軸と偏光板１２５の透過軸とは、互いに交差するようになっている。

リア液晶セル３は、基板１３２，１３４と、液晶層１３３と、偏光板１３１，１３５とを有する。
基板１３２，１３４は、例えばガラス基板により構成されるものであり、互いに対向するように配置されている。
基板１３２の基板１３４側の面には、サブ画素２６ごとに画素電極が形成され、上述の水平駆動部３３により画素電圧が印加されるようになっている。
なお上述のようにサブ画素を持たない構造も考えられ、その場合、画素３５ごとに画素電極が形成される。
基板１３４の基板１３２側の面には、各サブ画素３６に共通の電極が形成されている。また、基板１３４には、ブラックマトリクスが形成されている。そして基板１３４には、フロント液晶セル２の基板１２４とは異なり、カラーフィルタは形成されていない。
液晶層１３３は、基板１３２と基板１３４との間に封止されたものであり、基板１３２の画素電極に印加された画素電圧に応じて、光の透過率が変化するものである。
偏光板１３１は、基板１３２の光入射側に貼り付けられており、偏光板１３５は、基板１３４の光出射側に貼り付けられている。偏光板１３１の透過軸と偏光板１３５の透過軸とは、互いに交差するようになっている。

拡散層４は、リア液晶セル３側から入射した光を拡散するものである。拡散層４は、例えば、樹脂フィルム上または樹脂フィルム内にランダムにビーズを散布した拡散フィルムを用いることができる。
この拡散層４は、表示画像におけるモアレを低減するためのものである。すなわち、液晶表示パネル１は、２枚の液晶表示パネルであるフロント液晶セル２とリア液晶セル３を重ねて配置しているため、表示画像にモアレが生じてしまうおそれがある。そこで液晶表示パネル１では、拡散層４をフロント液晶セル２とリア液晶セル３の間に配置することにより、モアレを低減し、画質の低下を抑えるようにしている。

拡散層４は、空隙８において、いずれの位置に配置してもよいが、図３に示したように、フロント液晶セル２に近い側に配置されるのが望ましい。すなわち、パネル間距離ｄのうち、拡散層４とフロント液晶セル２との間の距離ｄ１が、拡散層４とリア液晶セル３との間の距離ｄ２よりも小さい（ｄ１＜ｄ２）ことが望ましい。
この場合、拡散層４とフロント液晶セル２との間、および拡散層４とリア液晶セル３との間のうちの一方または双方に透明材料層を形成してもよい。
また、拡散層４をフロント液晶セル２に隣接するように（ｄ１＝０）配置するのがより望ましい。拡散層４をフロント液晶セル２に近づけるほど、モアレをより効果的に抑制することができ、また鮮鋭度を高めることができるためである。

拡散層４の拡散度合い（ヘイズ値）は、高いほどモアレを効果的に抑制できる。例えばヘイズ値が９０％以上であれば、所望の画質を得るためのパネル間距離ｄの設計の自由度を高めることができる。ただし、ヘイズ値が高くなると、輝度低下が懸念されることから、リア液晶セル３を低解像度にするとともにカラーフィルタを削除することが望ましい。
また、拡散層４のヘイズ値が低い場合でも、例えば、拡散層４をフロント液晶セル２に近付けて配置することにより所望の画質を得ることができる。

バックライト５は、発光アレイ４２に加え、拡散板１４１を有している。拡散板１４１は、発光アレイ４２から出射した光を拡散するものである。
発光アレイ４２は例えばＬＥＤが配列されて構成されている。

＜２．デュアルセル画像処理部の構成＞
デュアルセル画像処理部１２の構成を図４，図５で説明する。
図４はデュアルセル画像処理部１２のブロック図であり、図５は図４におけるリア画像生成部５１内を詳細に示したブロック図である。

図４に示すようにデュアルセル画像処理部１２は、ＲＧＢ入力部５０、リア画像生成部５１、フロント画像生成部５２、光量補正部５３、パネルガンマ処理部５４，５７、調整部５５，５８、リア出力部５６、フロント出力部５９を有する。

表示画像処理部１１からの画像信号Sig_inはＲＧＢ入力部５０に入力され、ＲＧＢ入力部５０からリア画像生成部５１に供給される。
画像信号Sig_inは例えばＲ、Ｇ、Ｂについてそれぞれ１０ビットによる１０２４階調の信号である。もちろん１０２４階調（１０ビット）とするのは説明上の一例に過ぎず、より少ない又はより多い階調（ビット数）の信号としてもよい。

リア画像生成部５１は、後述する処理でリア画像信号Sig_REを生成する。このリア画像信号Sig_REは例えばＷ（白色）の１０２４階調（１０ビット：０～１０２３）の信号である。
リア画像信号Sig_REはパネルガンマ処理部５４でリア液晶セル３に応じたガンマ処理が施された後、調整部５５で必要な調整処理が施される。そしてリア出力部５６で遅延調整処理や３つのサブ画素３６に対応する並列化等が行われ、リア液晶セル駆動部３０に供給される。
なお、上述のようにリア液晶セル３にサブ画素が構成されない場合、リア画像信号Sig_REは、フロント液晶セル２における３つのサブ画素２６Ｒ，２６Ｇ，２６Ｂに対応する３つのタイミングのフロント画像信号Sig_FRに対応して出力される。

リア画像生成部５１で生成されたリア画像信号Sig_REは、光量補正部５３にも供給される。光量補正部５３は、フロント液晶セル２に入射する光量成分の補正のための光量補正係数ｋＬＣをリア画像信号Sig_REに乗算してフロント画像生成部５２に出力する。
光量補正係数ｋＬＣは例えば固定値である。但し光量補正係数ｋＬＣは可変値とすることも考えられる。例えば画像に応じて適応的に光量補正係数ｋＬＣが算出されるものとしてもよい。

フロント画像生成部５２には画像信号Sig_inが供給される。フロント画像生成部５２は、図５のように除算部５２ａが設けられており、入力された画像信号Sig_inからリア画像信号Sig_REを除算することでフロント画像信号Sig_FRを生成する。

デュアルセル型の液晶表示パネル１の場合、リア液晶セル３での画像とフロント液晶セル２での画像が合成された画像が表示画像として視認されることになる。つまりリア液晶セル３での輝度とフロント液晶セル２での輝度が乗算された画像が表示される。従ってフロント画像信号Sig_FRについては、その輝度をリア画像信号Sig_REの分だけ除算しておくことで、各画素について元々の画像信号Sig_inの輝度に応じた表示ができることになる。このような理由から、フロント画像信号Sig_FRは画像信号Sig_inからリア画像信号Sig_REを除算することで生成されるようにしている。
但し、実際にはリア液晶セル３からの出射からフロント液晶セル２に入射されるまでには光量差が生ずるため、正確には単純な除算ではなく補正が必要である。そこで光量補正部５３でリア画像信号Sig_REを補正している（Sig_RE・ｋＬＣ）。
このため、フロント画像生成部５２（除算部５２ａ）では、フロント画像信号Sig_FRを、
Sig_FR＝Sig_in／（Sig_RE・ｋＬＣ）
として算出することとしている。

ここで画像信号Sig_inは、Ｒ、Ｇ、Ｂの階調値Sig_in（R）、Sig_in（G）、Sig_in（B）を含む信号であるため、より具体的には、フロント画像信号Sig_FRは、そのＲ、Ｇ、Ｂの階調値Sig_FR（R）、Sig_FR（G）、Sig_FR（B）として、
Sig_FR（R）＝Sig_in（R）／（Sig_RE・ｋＬＣ）
Sig_FR（G）＝Sig_in（G）／（Sig_RE・ｋＬＣ）
Sig_FR（B）＝Sig_in（B）／（Sig_RE・ｋＬＣ）
のように生成されることになる。
Ｒ、Ｇ、Ｂの階調値Sig_FR（R）、Sig_FR（G）、Sig_FR（B）は、それぞれ例えば１０ビットで１０２４階調（０～１０２３）の信号である。

なお、液晶表示パネル１が光量補正の必要性が小さい構造の場合などは、光量補正係数ｋＬＣを与えずに、Sig_FR＝Sig_in／Sig_REとすることも考えられる。

フロント画像生成部５２で生成されたフロント画像信号Sig_FRは図４に示すパネルガンマ処理部５７でフロント液晶セル２に応じたガンマ処理が施された後、調整部５８で必要な調整処理が施される。そしてフロント出力部５９で３つのサブ画素２６Ｒ，２６Ｇ，２６Ｂに対応する並列化等が行われ、フロント液晶セル駆動部２０に供給される。

図５によりリア画像生成部５１内の構成を説明する。
リア画像生成部５１では、入力されたカラー画像信号である画像信号Sig_inを、グレースケール変換部７０でグレースケール信号（白黒画像信号）Ｇｒに変換する。
グレースケール変換は、係数ｋＲ，ｋＧ，ｋＢを用いて、
Ｇｒ＝ｋＲ・Sig_in（R）＋ｋＧ・Sig_in（G）＋ｋＢ・Sig_in（B）
として行う。
即ち、画像信号Sig_inに含まれるＲ、Ｇ、Ｂのそれぞれの階調値Sig_in（R）、Sig_in（G）、Sig_in（B）に対応してＲ用の係数ｋＲ、Ｇ用の係数ｋＧ、Ｂ用の係数ｋＢを乗算し、それらを加算することでグレースケール信号Ｇｒとする。このグレースケール信号Ｇｒは、Ｗ（白色）としての階調値（０～１０２３）となる。
なお、係数ｋＲ，ｋＧ，ｋＢの設定手法については後述する。

このようなグレースケール信号Ｇｒは、階調変換部７２に供給されて階調値変換される。
階調変換部７２は、ＬＵＴ（Look Up Table）７３とガンマ変換部７４で構成される。ガンマ変換部７４は、入力されたグレースケール信号Ｇｒの階調値をＬＵＴ入力信号LUT inとしてＬＵＴ７３を参照し、対応する出力階調値（ＬＵＴ出力信号LUTout）を得る。そしてその出力階調値（ＬＵＴ出力信号LUTout）を合成部７８に供給する。
この階調変換部７２ではグレースケール信号Ｇｒについて、フロント液晶セル２をカラー画像信号で駆動した場合に色域変化が大きい階調の範囲として設定した階調域についての階調表現を行う信号となるように階調値変換を行うことになる。
ＬＵＴ７３の設定については後述するが、本実施の形態では、特にグレースケール変換部７０で用いる係数ｋＲ，ｋＧ，ｋＢ、及びＬＵＴ７３による階調値変換によって、低階調域での色域拡張を実現することになる。

なおリア画像生成部５１では高階調時の階調再現性のために、階調保持部７５が設けられている。
階調保持部７５は画像信号Sig_inにおけるＲ、Ｇ、Ｂのそれぞれの階調値Sig_in（R）、Sig_in（G）、Sig_in（B）のうちで最大値を検出し、検出した最大値に所定の処理を行って信号Ｍを生成する。この信号Ｍは合成部７８に供給される。

合成部７８では、ある時点の画像信号Sig_inについて、信号Ｍとしての階調値と、ＬＵＴ出力信号LUToutとしての階調値が同タイミングで供給されるが、そのうちの階調値が大きい方を選択してリア画像信号Sig_REとしての階調値とする。
この合成部７８の出力（リア画像信号Sig_RE）は、空間処理部７９で処理されたうえでリア画像生成部５１から出力される。
このことから、大まかに言えば、高階調域の画素についての画像信号Sig_inが入力された場合は、信号Ｍによる階調値がリア画像信号Sig_REに反映されやすく、低階調域の画素についての画像信号Sig_inが入力された場合は、ＬＵＴ出力信号LUToutによる階調値がリア画像信号Sig_REに反映されやすいことになる。但し、ＬＵＴ７３の出力階調値は、単純に画像信号Sig_inの階調に応じたものとはならないため一概には言えない。

信号Ｍを用いるのは、例えば単色でＲの１０２３階調の信号が入力された場合などに、グレースケール変換、ＬＵＴ７３による変換で、１０２３階調に戻らない可能性があるためである。これは係数ｋＲ，ｋＧ，ｋＢ、及びＬＵＴ７３の設定による。
このような場合を想定して、階調性を保持するために、最大値に基づく信号Ｍを用いる場合があるようにしている。

＜３．実施の形態における色域改善＞
以上の構成のデュアルセル画像処理部１２の処理、特にリア画像生成部５１の処理により実現される、低階調域での色域改善について説明する。

上述したように、１枚の液晶セルは液晶特性により微量な光漏れがあり、完全な黒が再現出来ない。
図６は横軸を入力階調、縦軸を輝度（Luminance［ｃｄ／ｍ²]）として１枚の液晶セルのＷ（ホワイト）の輝度の計測値ｗＭＤと、ガンマ２．２のカーブを示している。
なお、ここでいう“Ｗ”は、Ｒ階調，Ｇ階調，Ｂ階調がそれぞれ同階調とした場合である。例えばＲ階調値＝Ｇ階調値＝Ｂ階調値＝“１０”のときの輝度の計測値が、入力階調値“１０”の場合の輝度値である。
横軸の階調は、例えば１０ビットデータを想定して０～１０２３の１０２４階調としたときの、そのうちの０～１０００の範囲を示している。

計測値ｗＭＤのカーブは、ガンマ２．２に一致することが性能上好適とされるが、図のように低階調の領域では輝度が下がりきっていない。これは光漏れにより、より低い輝度が出せていないことを表している。
そしてこのように低階調では本来の階調が出力できないことで、コントラストの低下が生じている。

また、この光漏れによって低階調時は色度変化が大きくなり（色域は狭くなる）、図７のようにＲ、Ｇ、Ｂでも特性が異なる場合がある。
図７はＲ、Ｇ、Ｂのそれぞれの単色出力時の階調に対する色度変化を、色度図の軸としてのｘ、ｙ、ｕ’、ｖ’、Δｕ'ｖ'のそれぞれの値で示している。横軸は入力階調であり、０～１０２３のうちの０～１０００の範囲を示している。縦軸は色度である。
これらの図から光漏れの影響により、低階調の領域で色度変化が大きくなっていることがみてとれる（実際には、色が薄くなるように見える）。
またこのような色度変化は、Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれで一様ではないこともわかる。

このように１枚の液晶セルを用いる場合の課題を、本実施の形態ではデュアルセル構成を採用し、かつ上述の図４，図５の構成を用いることで解決する。
特には、カラーセルであるフロント液晶セル２側の色域変化が少ない階調範囲だけを使うようにバックライト側（白黒側）であるリア液晶セル３の表示階調をＬＵＴ変換で調整する。

具体的にリア液晶セル３についての画像処理として、グレースケール変換部７０で行うグレースケール変換と、ガンマ変換部７２及びＬＵＴ７３によるＬＵＴ階調変換を用いて実現する階調性色域改善の手法を、以下（１）～（５）として説明していく。

（１）フロント液晶セル２の単色階調色度確認による下限値ターゲット設定
グレースケール変換部７０で用いる各色についての係数ｋＲ，ｋＢ，ｋＧを設定する。
このために、まず１枚セル（本実施の形態の場合、フロント液晶セル２）で、各単色について入力階調に対する出力色度特性を確認する。この特性は表示パネル毎に特性が異なるので実機確認することが望ましい。
そして特性として得られた結果から色度変化が少ない入力階調範囲（下限値ターゲット）を設定する。

図８は、図７と同様にＲ、Ｇ、Ｂのそれぞれの単色出力時の階調に対する色度変化を示している。
下限値ターゲットとしては、色度変化が少ない入力階調範囲の下限を決めるのであるが、例えば、各単色で、下限値ターゲットはΔｕ'ｖ'＝０．０３３（１０ＪＮＤ）までの階調範囲とすることとする。
この場合、下限値ターゲットは、
R_min階調＝２３９／１０２３
G_min階調＝１２７／１０２３
B_min階調＝２５５／１０２３
として仮設定する。

（２）リア液晶セル３についてのグレースケール変換パラメータの仮設定
上記（１）で設定した各階調下限値の逆数をパラメータ係数ｋＲ，ｋＧ，ｋＢとする 。なお、ｋＲ、ｋＧ、ｋＢのトータルで“１”となるように分母で割るようにする。

ｋＲ＝1/R_min階調／（1/R_min階調＋1/G_min階調＋1/B_min階調）
ｋＧ＝1/G_min階調／（1/R_min階調＋1/G_min階調＋1/B_min階調）
ｋＢ＝1/B_min階調／（1/R_min階調＋1/G_min階調＋1/B_min階調）
これらの式に、上記の仮設定したR_min階調、G_min階調、B_min階調を代入すると、
ｋＲ＝０．２６
ｋＧ＝０．４９
ｋＢ＝０．２５
となる。このように係数ｋＲ，ｋＧ，ｋＢを仮設定する。
係数の傾向としては、ターゲット下限値が大きい（低階調域で色変化が大きい）色ほど、係数値としては小さくなる（リア出力階調は低くなる）。

（３）ターゲットとなる入力階調の設定
入力階調としてのカラー画像信号Sig_inのどの階調値まで色域を確保するかを決める。
液晶パネルに限らず、輝度が低くなると、人は、目の色覚特性（暗所視～薄明視と呼ばれる）によって色を知覚しにくくなる。
このため、その色を知覚できなくなる階調以下の低階調まで色を再現しても、画質向上としての十分な効果は得られにくい。換言すれば極低階調では色域を狭くしても画質への影響は極めて小さいと考えられる。
また色域確保の階調域を広くすると、二重画等の画質課題とトレードオフとなるという事情もある。二重画とは、リア液晶セル３の影によって、視認者が、表示画像が２重になっているような感じを知覚しまう現象である。
そこで、どこまでの入力階調に対して単色色域確保するかを、実機の目視による官能評価を行う。

官能評価には、パネルガンマ２．２で入力階調を最大値としたときに約１０００［ｃｄ／ｍ²]となる輝度で、且つ低階調時も十分な色域が確保出来る液晶表示パネル１を用いた。
入力階調の最大値とは、Ｒ階調＝１０２３／１０２３、Ｇ階調＝１０２３／１０２３、Ｂ階調＝１０２３／１０２３の場合である。
この官能評価により、Ｒ、Ｇ、Ｂ単色の入力階調が８０／１０２３以下の場合に色域の有意差が小さくなることがわかった。
図９はパネルガンマ２．２で入力階調を最大値とした場合の各色ガンマを示している。
入力階調８０／１０２３以下で輝度３［ｃｄ／ｍ²]）以下の破線で囲った範囲は、人の目では、色に対する感度が鈍くなり色度が変化しても差を知覚しにくくなる。すなわち、入力階調８０／１０２３以下では広色域の効果が得られにくい。
以上より、入力階調８０／１０２３をターゲット入力階調と仮設定する。

（４）リア液晶セル３のガンマ変換用のＬＵＴの設定
上述の（１）（２）（３）における仮設定値から条件を満たすようにＬＵＴ値（カーブ）を決定する。カーブの作り方によってはターゲット階調以外のフロント液晶セル２とリア液晶セル３の階調関係（色度特性）が変わるが、ここではあくまでターゲット階調の領域に限定する。
ここでは、上述の（３）の単色ターゲット入力階調（８０／１０２３）時にフロント液晶セル２の下限値ターゲット階調になるようにＬＵＴ変換設定を行うようにする例を述べる。

以下の表記は次のように行う。
Ｒ単色の場合の単色ターゲット入力階調、つまりＲ値＝８０／１０２３、Ｇ値＝０／１０２３、Ｂ値＝０／１０２３の入力を“Sig_in (80，0，0)”とする。
Ｇ単色の場合の単色ターゲット入力階調、つまりＲ値＝０／１０２３、Ｇ値＝８０／１０２３、Ｂ値＝０／１０２３の入力を“Sig_in (0，80，0)”とする。
Ｂ単色の場合の単色ターゲット入力階調、つまりＲ値＝０／１０２３、Ｇ値＝０／１０２３、Ｂ値＝８０／１０２３の入力を“Sig_in (0，0，80)”とする。
グレースケール変換部７０からのグレースケール信号Ｇｒについては“Ｇｒ（＊）”とする（“＊”は＊／１０２３としての階調値を示す０から１０２３の間の値)。
リア画像信号Sig_REについてはSig_RE (＊)のように階調値を表記する。
ＬＵＴ入力信号LUT in、ＬＵＴ出力信号LUT out についても LUT in (＊) 、 LUT out (＊)のように階調値を表記する。
フロント画像信号Sig_FRについてはSig_FR (＊，＊，＊)のように階調値を表記する。 (＊，＊，＊)は（Ｒ値，Ｇ値，Ｂ値）である。

Ｒ単色の場合の入力階調値Sig_in(80，0，0)は、上述のように仮設定した係数ｋＲ，ｋＧ，ｋＢを用いてグレースケール変換され、階調値２１／１０２３のグレースケール信号Gray(21) となる。
ここで下限値ターゲットは、R_min階調＝２３９／１０２３と仮設定されている。
フロント画像信号Sig_FR＝Sig_F(239，0，0)とするには、除算部５２ａのＲ値の除算結果が“２３９”となるようにリア画像信号Sig_REが得られればよい。従ってリア画像信号Sig_RE＝Sig_RE(342)となればよい（ここでは説明の簡略化のため光量補正部５３の係数は無視している）。
このことからグレースケール信号Gray(21)からリア画像信号Sig_RE(342)への変換が行われればよい。従って、Ｒ単色の場合の条件としてLUT in(21) → LUT out(342)を満たすこと（階調値２１／１０２３を階調値３４２／１０２３に変換すること）が求められる。

Ｇ単色の場合の入力階調値Sig_in(0，80，0)は、仮設定した係数ｋＲ，ｋＧ，ｋＢを用いてグレースケール変換され、グレースケール信号Gray(39) となる。
下限値ターゲットは、G_min階調＝１２７／１０２３と仮設定されている。
フロント画像信号Sig_FR＝Sig_F(0，127，0)とするには、除算部５２ａのＧ値の除算結果が“１２７”となるようにリア画像信号Sig_RE(644)が得られればよい。
従ってグレースケール信号Gray(39)からリア画像信号Sig_RE(644)への変換が行われればよいことになるため、Ｇ単色の場合の条件としてLUT in(39) → LUT out(644)を満たすこと（階調値３９／１０２３を階調値６４４／１０２３に変換すること）が求められる。

Ｂ単色の場合の入力階調値Sig_in(0，0，80)は、仮設定した係数ｋＲ，ｋＧ，ｋＢを用いてグレースケール変換され、グレースケール信号Gray(20) となる。
下限値ターゲットは、B_min階調＝２５５／１０２３と仮設定されている。
フロント画像信号Sig_FR＝Sig_F(0，0，255)とするには、除算部５２ａのＢ値の除算結果が“２５５”となるようなリア画像信号Sig_RE (321)が得られればよい。
従ってグレースケール信号Gray(20)からリア画像信号Sig_RE(321)への変換が行われればよいため、Ｂ単色の場合の条件としてLUT in(20) → LUT out(321)を満たすこと（階調値２０／１０２３を階調値３２１／１０２３に変換すること）が求められる。

以上より、
LUT in(21) → LUT out(342)・・・Ｒ単色条件
LUT in(39) → LUT out(644)・・・Ｇ単色条件
LUT in(20) → LUT out(321)・・・Ｂ単色条件
を満たすような変換が行われるようにＬＵＴ７３を設計（仮設定）すればよいことになる。
図１０Ｂは仮設定されるＬＵＴ７３の入力階調（横軸）－出力階調（縦軸）としての変換カーブを示しており、図１０Ａは図１０Ｂの一部（破線で囲った部分）を拡大したものである。

図１０Ａには、座標上に点Ｒｐ、点Ｇｐ、点Ｂｐを示した。点ＲｐはＲ単色条件としてLUT in(21)→LUT out(342)の座標である。点Ｇｐ、点Ｂｐは、それぞれ同様に上記のＧ単色条件、Ｂ単色条件のＬＵＴ入出力値を示す座標である。
これらの点Ｒｐ、点Ｇｐ、点Ｂｐを含む近似曲線がＬＵＴ７３の仮設定例となる。
近似値となる関数を使って設定することで、必ずしも厳密に上記条件を満たすこととは成らない場合もあるが、おおよその条件を満たすようにすれば有効である。
このような本実施の形態のＬＵＴ７３の入出力特性は変換カーブの形状自体を問うものでは無く、低階調時のフロントとリアの階調関係を決める目安となるもので、上記の条件を満たすようにＬＵＴ７３の入出力特性を設定すれば、低階調時のフロント階調と色度はターゲット通りとなり、色域が確保されることになる。
またこの特性は色域だけでなく２枚セルの画質上の課題となる２重画やフレア、コントラスト等の様々な特性を左右する要素となる。

なお、図１０ＢのＬＵＴ７３の変換カーブでは、だいたい入力階調値が高い領域（例えば４００以上の領域）は、出力階調値＝１０２３／１０２３としている。これは、高階調域では、リア液晶セル３は開放し、フロント液晶セル２のみで階調表現を行うようにしているためである。
先に述べたように１枚の液晶パネルにおいては低階調域について光漏れや色度変化が大きくなることがあり、本実施の形態では、フロント液晶セル２とリア液晶セル３により、それを解消する。この場合、リア液晶セル３は、フロント液晶セル２において光漏れや色度変化の影響が表れる低階調域について補完を行うという目的となる。すると、リア画像信号Sig_REについての出力ガンマ特性は、低階調域のみ階調調整することとし、フロント液晶セル２だけでも問題無い高階調域は透過（白）にするのが良いと考えられる。このため図１０Ｂのように高階調域では、リア液晶セル３を開放するようにＬＵＴ変換を行う。

（５）デュアルセル構成での出力階調の確認
以上の（１）～（４）の仮設定条件における２枚の液晶セルの出力階調関係を図１１に示す。
図１１Ａはリア液晶セル３の入出力特性であり、横軸を入力階調値、縦軸を出力階調値としている。ここではＲ、Ｇ、Ｂ、Ｗ（ホワイト）のそれぞれについて示している。
図１１Ｂはフロント液晶セル２の入出力特性であり、横軸を入力階調値、縦軸を出力階調値としている。ここではＲ、Ｇ、Ｂのそれぞれについて示している。図１１Ｃは、図１１Ｂにおいて破線で囲った低階調域を拡大したものである。

先の図１０ＢのＬＵＴ７３の変換カーブによって、図１１Ａ、図１１Ｂのリア液晶セル３、フロント液晶セル２についての出力階調カーブが変わるが、図１１Ｃの拡大図からわかるように、入力ターゲット階調（８０／１０２３）ではフロント画像信号Sig_FRは各単色で設定したmin階調付近となり、それ以上の入力階調ではmin設定階調以上の出力となる。
例えばＲ単色で入力ターゲット階調（８０／１０２３）の場合、出力階調はR_min階調＝２３９／１０２３付近となる。
Ｇ単色で入力ターゲット階調（８０／１０２３）の場合、出力階調はG_min階調＝１２７／１０２３付近となる。
Ｂ単色で入力ターゲット階調（８０／１０２３）の場合、出力階調はB_min階調＝２５５／１０２３付近となる。
従って、色度変化は設定した範囲内に抑えられることになり、目標の色域が確保されることになる。
一方で、図１１Ａのように低階調域での階調はリア液晶セル３側で表現される。

つまり考え方としては、フロント液晶セル２側では、図８に示したようにＲ、Ｇ、Ｂ各色で色度変化が大きく、かつ変化の度合いが異なる低階調域での色表現を控えるように、単色階調色度の下限値ターゲット設定を行う。そしてＲ、Ｇ、Ｂ各単色での入力ターゲット階調の場合に、フロント液晶セル２で下限値ターゲット階調（付近）の出力が得られるようにしている。低階調域での階調表現はリア液晶セル３側で担うようにする。
この考えに沿って、フロント液晶セル２において色度変化が小さい階調範囲を使用するようにするために、グレースケール変換の係数ｋＲ，ｋＧ，ｋＢとＬＵＴ７３の特性を上述のように設定する。これにより色域変動を抑制する。

以上のように本実施の形態では、グレースケール変換部７０でのグレースケール変換処理に用いる係数ｋＲ，ｋＧ，ｋＢの設定、及びＬＵＴ７３の変換により、階調による色域変化を少なくでき、より低階調での色域が広がることで画質向上を実現する。
図１２Ａ、図１２Ｂに、改善効果の例を示す。
図１２Ａは比較例と本実施の形態についてＤＣＩカバー率を示している。比較例とは、１枚の液晶セルを有する液晶表示パネルの場合である。
ここでは輝度レベルとして１００ＩＲＥ、１０ＩＲＥ、５ＩＲＥの場合でそれぞれ示している。
図１２Ｂではｕ'ｖ'色度図で色域Ｃｇ１、Ｃｇ２、Ｃｇ３、Ｃｇ４、Ｃｇ５を示している。色域Ｃｇ１は１００ＩＲＥ、色域Ｃｇ２は比較例（１０ＩＲＥ）、色域Ｃｇ３は比較例（５ＩＲＥ）、色域Ｃｇ４は実施の形態（１０ＩＲＥ）、色域Ｃｇ５は実施の形態（５ＩＲＥ）の場合である。
これらの図から、本実施の形態では低階調側で大幅な色域改善が確認できる。

＜４．まとめ及び変形例＞
以上の実施の形態では次のような効果が得られる。
実施の形態の画像処理装置（デュアルセル画像処理部１２）は、リア液晶セル３とフロント液晶セル２を通過した光により表示画像が生成される液晶表示パネル１に対するカラー画像信号である画像信号Sig_inについて、所定の係数ｋＲ，ｋＧ，ｋＢを用いてグレースケール信号Ｇｒ（白黒画像信号）に変換するグレースケール変換部７０（白黒変換部）を備える。またデュアルセル画像処理部１２は、グレースケール変換部７０で得られたグレースケール信号Ｇｒについて、フロント液晶セル２をカラー画像信号で駆動した場合に色域変化が大きい階調の範囲として設定した階調域についての階調表現を行う信号となるように階調値変換を行って、リア液晶セル３に対する白黒画像信号であるリア画像信号Sig_REを生成する階調値変換部７２を備える。さらにデュアルセル画像処理部１２は、画像信号Sig_inに対してリア画像信号Sig_REを用いた演算処理を行って、フロント液晶セルに対２するカラー画像信号であるフロント画像信号Sig_FRを生成するフロント画像生成部５２を備える。
この構成により、例えば低階調域においてリア画像信号Sig_REによって階調表現が十分できるようにすることで、フロント画像信号Sig_FRでは色域変動が大きい低階調域の階調値が階調表現に寄与しなくともよい状態にできる。換言すれば、フロント画像信号Sig_FRについては、色域変動が大きい低階調域の階調値を用いなくとも液晶表示パネル１としては低階調域でも十分な階調表現がなされた表示画像を得ることができる。このため実施の形態では、フロント画像信号Sig_FRについては色域が狭くなる階調域を用いないようにする。これにより低階調域でも色域を維持できる。即ち階調による色域変化が少なくなり、より低階調での色域が広がることで画質向上を実現できる。
またＬＵＴ７３を用いた階調値変換と、グレースケール変換部７０でのグレースケール変換のための係数ｋＲ，ｋＧ，ｋＢの設定によって、必要な階調色域とトレードオフとなる二重画のバランスをとることが可能となる。

実施の形態のグレースケール変換部７０は、カラー画像信号を構成する各色について、設定された階調値の下限値を用いて算出された係数を用いた演算により、カラー画像信号を白黒画像信号に変換するようにした。
即ちカラー画像信号を構成する各色（例えばＲ、Ｇ、Ｂ）について、まず階調値の下限値（R_min階調、G_min階調、B_min階調）が設定される。即ちフロント画像信号Sig_FRとしての階調値の下限値である。この下限値を用いて、カラー画像から白黒画像へ変換する係数（ｋＲ、ｋＧ、ｋＢ）を設定する。白黒変換部は、この係数を用いた演算により、カラー画像信号Sig_inを白黒画像信号（グレースケール信号Ｇｒ）に変換する。
このように白黒画像信号に変換することで、フロント画像信号Sig_FRとしての階調値の下限値を反映した画像処理が実現される。つまりフロント画像信号Sig_FRとして色域変化が少ない階調域を用いることとする場合に、その階調域の下限を設定することができる。階調域の下限値を適切に選択することで、色域変化を小さくするという効果が適切に発揮される。

特に実施の形態では、グレースケール変換部７０は、Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれについて設定された階調値の下限値を用いて算出された、Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれについての係数ｋＲ，ｋＧ，ｋＢを用いた演算により、カラー画像信号を白黒画像信号に変換する例を挙げた。
即ちカラー画像信号を構成するＲ、Ｇ、Ｂについて、階調値の下限値（R_min階調、G_min階調、B_min階調）がそれぞれ別個に設定される。これらの下限値を用いて、カラー画像から白黒画像へ変換するＲ、Ｇ、Ｂの階調値に対する係数（ｋＲ、ｋＧ、ｋＢ）が設定される。白黒変換部は、これらの係数を用いた演算により、カラー画像信号Sig_inを白黒画像信号（グレースケール信号Ｇｒ）に変換する。
Ｒ、Ｇ、Ｂの各色は、それぞれ低階調域での色度の変化具合が異なる。このため、階調値の下限値も、Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれで設定することが望ましい。Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれの階調値の下限値から、Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれの階調値に対する係数を設定し、この係数によりグレースケール変換を行うことで、各色の色度変化の違いも加味した画像処理が可能できる。即ち、フロント液晶セル３側のＲ、Ｇ、Ｂそれぞれの色域階調範囲の実力値に合わせた処理設定ができる。

また実施の形態において述べた下限値は、Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれについて、低階調域で色度が所定値に変化する階調値であるとした。
実施の形態の場合、Ｒ、Ｇ、Ｂの階調値の下限値（R_min階調、G_min階調、B_min階調）は、Δｕ'ｖ'＝０．０３３（１０ＪＮＤ）となる階調値とした。Ｒ、Ｇ、Ｂについてこのような基準で下限値を設定することで、Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれの低階調域での色度変動に応じた係数設定ができる。これにより低階調域で色度変化が少なくなるような画像処理の精度を上げることができる。

実施の形態では、階調値変換部７２は、入力値に対して出力値が記憶されているＬＵＴ７３を用いて階調値変換を行うものとした。
ＬＵＴ入力信号LUT inに対するＬＵＴ出力信号LUToutをＬＵＴ７３の設計により高い自由度で適切に設定できる。これにより、フロント液晶セル側の色域変化が大きい階調の範囲として設定した階調域でリア画像信号が階調表現を行う信号となるような階調値変換を正確且つ容易に実現できる。

実施の形態では、カラー画像信号を構成する各色についての階調値の下限値と、カラー画像信号としての階調値についてのターゲット入力階調（例えば８０／１０２３）が設定され、単色のターゲット入力階調のカラー画像信号が入力されたときに、フロント画像信号Sig_FRが、当該単色での下限値となるようにＬＵＴ７３が設定されているものとした。
輝度が低くなると人は目の色覚特性によって色を知覚しにくくなるため、あまりに低階調の場合には実施の形態の画像処理は意味をなさない場合が生ずる。そこで色を知覚できる最低階調としてターゲット入力階調を設定し、そのターゲット入力階調の場合に下限値となるようにＬＵＴ７３を設定する。これにより、有意な階調域での色域改善ができる。

また、ターゲット入力階調は、人の目で色度変化を知覚しにくくなる低階調域の最大階調値として設定されるものとした。
例えば官能評価により、人は目で色域変化を知覚しにくくなる階調をターゲット入力階調とすることで、実際に、色域拡張の意味のない階調域で不必要な処理が行われないようにすることができる。

実施の形態では、フロント画像生成部５２は、画像信号Sig_inからリア画像信号Sig_REを除算することでフロント画像信号を生成するものとした。
即ちカラー画像信号である画像信号Sig_inとしての例えばＲ、Ｇ、Ｂの各階調値について、それぞれリア画像信号Sig_REの階調値を除算して、フロント画像信号としてのＲ、Ｇ、Ｂの階調値を得る。
カラー画像信号からリア画像信号を除算することで、リア液晶セル３とフロント液晶セル２を重ねた画像として適切な階調が得られる状態とすることができる。

実施の形態では、デュアルセル画像処理部１２はフロント液晶セル２に入射する光量成分に応じた補正係数ｋＬＣをリア画像信号Sig_REに乗算する光量補正部５３を備え、フロント画像生成部５２は、画像信号Sig_inから補正係数ｋＬＣが乗算されたリア画像信号Sig_REを除算することでフロント画像信号Sig_FRを生成する例を挙げた。
リア液晶セル３からフロント液晶セル２に入射する光量成分を考慮したフロント画像信号Sig_FRを得ることができ、リア液晶セル３とフロント液晶セル２を重ねた画像として適切な階調が得られる状態とすることができる。

実施の形態の表示装置９０は、リア液晶セルとフロント液晶セルを通過した光により表示画像が生成されるデュアルセル型の液晶表示パネル１と、上述のデュアルセル画像処理部１２を有する。
液晶表示パネル１は、バックライト５と、リア液晶セル３と、拡散層４と、フロント液晶セル２が、この順番で配置されている。
このようなデュアル液晶セル型の液晶表示パネル１に対して、低階調域での色域変化を低減する画像処理がデュアルセル画像処理部１２で実現される。

なお本実施の形態開示の技術は、上述の実施の形態の構成や設定手法に限られず、デュアルセル画像処理部１２の構成例、グレースケール変換部７０で用いる係数ｋＲ，ｋＧ，ｋＢ係数の設定例、ＬＵＴ７３の設定例などについて、各種の変形例が考えられる。
また低階調域で色域変化が大きい液晶パネルに適用したが、低階調域に限らず、特定の階調域で色域変動がある場合に本実施の形態技術は応用可能である。

なお、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。

なお本技術は以下のような構成も採ることができる。
（１）
リア液晶セルとフロント液晶セルを通過した光により表示画像が生成される表示パネルに対するカラー画像信号について、所定の係数を用いて白黒画像信号に変換する白黒変換部と、
前記白黒変換部で得られた白黒画像信号について、前記フロント液晶セルをカラー画像信号で駆動した場合に色域変化が大きい階調の範囲として設定した階調域についての階調表現を行う信号となるように階調値変換を行って、前記リア液晶セルに対する白黒画像信号であるリア画像信号を生成する階調値変換部と、
前記カラー画像信号に対して前記リア画像信号を用いた演算処理を行って、前記フロント液晶セルに対するカラー画像信号であるフロント画像信号を生成するフロント画像生成部と、を備えた
画像処理装置。
（２）
前記白黒変換部は、カラー画像信号を構成する各色について、設定された階調値の下限値を用いて算出された係数を用いた演算により、カラー画像信号を白黒画像信号に変換する
上記（１）に記載の画像処理装置。
（３）
カラー画像信号は赤、緑、青の各階調値で構成され、
前記白黒変換部は、赤、緑、青のそれぞれについて設定された階調値の下限値を用いて算出された、赤、緑、青のそれぞれについての係数を用いた演算により、カラー画像信号を白黒画像信号に変換する
上記（２）に記載の画像処理装置。
（４）
前記下限値は、赤、緑、青のそれぞれについて、低階調域で色度が所定値に変化する階調値である
上記（３）に記載の画像処理装置。
（５）
前記階調値変換部は、入力値に対して出力値が記憶されているルックアップテーブルを用いて階調値変換を行う
上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の画像処理装置。
（６）
カラー画像信号を構成する各色についての階調値の下限値と、カラー画像信号としての階調値についてのターゲット入力階調が設定され、
単色のターゲット入力階調のカラー画像信号が入力されたときに、フロント画像信号が、当該単色での下限値となるように、前記ルックアップテーブルが設定されている
上記（５）に記載の画像処理装置。
（７）
前記ターゲット入力階調は、人の目で色度変化を知覚しにくくなる低階調域の最大階調値として設定される
上記（６）に記載の画像処理装置。
（８）
前記フロント画像生成部は、前記カラー画像信号から前記リア画像信号を除算することでフロント画像信号を生成する
上記（１）乃至（７）のいずれかに記載の画像処理装置。
（９）
フロント液晶セルに入射する光量成分に応じた補正係数を前記リア画像信号に乗算する光量補正部を備え、
前記フロント画像生成部は、前記カラー画像信号から前記光量補正部で補正係数が乗算された前記リア画像信号を除算することでフロント画像信号を生成する
上記（１）乃至（７）のいずれかに記載の画像処理装置。
（１０）
リア液晶セルとフロント液晶セルを通過した光により表示画像が生成される表示パネルと、
前記表示パネルに対するカラー画像信号について、所定の係数を用いて白黒画像信号に変換する白黒変換部と、
前記白黒変換部で得られた白黒画像信号について、前記フロント液晶セルをカラー画像信号で駆動した場合に色域変化が大きい階調の範囲として設定した階調域についての階調表現を行う信号となるように階調値変換を行って、前記リア液晶セルに対する白黒画像信号であるリア画像信号を生成する階調値変換部と、
前記カラー画像信号に対して前記リア画像信号を用いた演算処理を行って、前記フロント液晶セルに対するカラー画像信号であるフロント画像信号を生成するフロント画像生成部と、を備えた
表示装置。
（１１）
前記表示パネルは、
光源部と、前記リア液晶セルと、拡散層と、前記フロント液晶セルが、この順番で配置されている
上記（１０）に記載の表示装置。
（１２）
リア液晶セルとフロント液晶セルを通過した光により表示画像が生成される表示パネルに対するカラー画像信号について、所定の係数を用いて白黒画像信号に変換する白黒変換手順と、
前記白黒変換手順で得られた白黒画像信号について、前記フロント液晶セルをカラー画像信号で駆動した場合に色域変化が大きい階調の範囲として設定した階調域についての階調表現を行う信号となるように階調値変換を行って、前記リア液晶セルに対する白黒画像信号であるリア画像信号を生成する階調値変換手順と、
前記カラー画像信号に対して前記リア画像信号を用いた演算処理を行って、前記フロント液晶セルに対するカラー画像信号であるフロント画像信号を生成するフロント画像生成手順と、を画像処理装置が行う
画像処理方法。

１…液晶表示パネル、２…フロント液晶セル、３…リア液晶セル、４…拡散層、５…バックライト、２０…フロント液晶セル駆動部、３０…リア液晶セル駆動部、５１…リア画像生成部、５２…フロント画像生成部、５３…光量補正部、５４，５７…パネルガンマ処理部、５５，５８…調整部、５６…リア出力部、５７…フロント出力部、７０…グレースケール変換部、７２…階調値変換部、７３…ＬＵＴ、７４…ガンマ変換部、７５…階調保持部、７８…合成部、７９…空間処理部、９０…表示装置

Claims (11)

1. リア液晶セルとフロント液晶セルを通過した光により表示画像が生成される表示パネルに対するカラー画像信号について、所定の係数を用いてグレースケール信号に変換するグレースケール変換部と、
   前記グレースケール変換部で得られた前記グレースケール信号について階調値変換を行って、前記リア液晶セルに対するリア画像信号を生成する階調値変換部と、
   前記カラー画像信号に対して前記リア画像信号を用いた演算処理を行って、前記フロント液晶セルに対するフロント画像信号を生成するフロント画像生成部と、を備え、
   前記カラー画像信号を構成する各色についての階調値の下限値と、前記カラー画像信号としての階調値についてのターゲット入力階調が予め設定されており、
   前記階調値変換部は、前記フロント液晶セルを前記カラー画像信号で駆動した場合に色域変化が大きい階調の範囲として予め設定された階調域について単色のターゲット入力階調の前記カラー画像信号が入力されたときに前記フロント画像信号が当該単色での下限値となり、前記階調域以外について階調値として取り得る範囲の最大値となるような変換カーブに基づいて階調値変換を行う
   画像処理装置。
2. 前記グレースケール変換部は、前記カラー画像信号を構成する各色について、設定された階調値の下限値を用いて算出された係数を用いた演算により、前記カラー画像信号を前記グレースケール信号に変換する
   請求項１に記載の画像処理装置。
3. 前記カラー画像信号は赤、緑、青の各階調値で構成され、
   前記グレースケール変換部は、赤、緑、青のそれぞれについて設定された階調値の下限値を用いて算出された、赤、緑、青のそれぞれについての係数を用いた演算により、前記カラー画像信号を前記グレースケール信号に変換する
   請求項２に記載の画像処理装置。
4. 前記下限値は、赤、緑、青のそれぞれについて、低階調域で色度が所定値に変化する階調値である
   請求項３に記載の画像処理装置。
5. 前記階調値変換部は、入力値に対して出力値が記憶されているルックアップテーブルを用いて階調値変換を行う
   請求項１に記載の画像処理装置。
6. 前記ターゲット入力階調は、人の目で色度変化を知覚しにくくなる低階調域の最大階調値として設定される
   請求項１に記載の画像処理装置。
7. 前記フロント画像生成部は、前記カラー画像信号から前記リア画像信号を除算することで前記フロント画像信号を生成する
   請求項１に記載の画像処理装置。
8. 前記フロント液晶セルに入射する光量成分に応じた補正係数を前記リア画像信号に乗算する光量補正部を備え、
   前記フロント画像生成部は、前記カラー画像信号から前記光量補正部で補正係数が乗算された前記リア画像信号を除算することで前記フロント画像信号を生成する
   請求項１に記載の画像処理装置。
9. リア液晶セルとフロント液晶セルを通過した光により表示画像が生成される表示パネルと、
   前記表示パネルに対するカラー画像信号について、所定の係数を用いてグレースケール信号に変換するグレースケール変換部と、
   前記グレースケール変換部で得られた前記グレースケール信号について階調値変換を行って、前記リア液晶セルに対するリア画像信号を生成する階調値変換部と、
   前記カラー画像信号に対して前記リア画像信号を用いた演算処理を行って、前記フロント液晶セルに対するフロント画像信号を生成するフロント画像生成部と、を備え、
   前記カラー画像信号を構成する各色についての階調値の下限値と、前記カラー画像信号としての階調値についてのターゲット入力階調が予め設定されており、
   前記階調値変換部は、前記フロント液晶セルを前記カラー画像信号で駆動した場合に色域変化が大きい階調の範囲として予め設定された階調域について単色のターゲット入力階調の前記カラー画像信号が入力されたときに前記フロント画像信号が当該単色での下限値となり、前記階調域以外について階調値として取り得る範囲の最大値となるような変換カーブに基づいて階調値変換を行う
   表示装置。
10. 前記表示パネルは、
    光源部と、前記リア液晶セルと、拡散層と、前記フロント液晶セルが、この順番で配置されている
    請求項９に記載の表示装置。
11. リア液晶セルとフロント液晶セルを通過した光により表示画像が生成される表示パネルに対するカラー画像信号について、所定の係数を用いてグレースケール信号に変換するグレースケール変換手順と、
    前記グレースケール変換手順で得られた前記グレースケール信号について階調値変換を行って、前記リア液晶セルに対するリア画像信号を生成する階調値変換手順と、
    前記カラー画像信号に対して前記リア画像信号を用いた演算処理を行って、前記フロント液晶セルに対するフロント画像信号を生成するフロント画像生成手順と、を画像処理装置が行い、
    前記カラー画像信号を構成する各色についての階調値の下限値と、前記カラー画像信号としての階調値についてのターゲット入力階調が予め設定されており、
    前記階調値変換手順では、前記フロント液晶セルを前記カラー画像信号で駆動した場合に色域変化が大きい階調の範囲として予め設定された階調域について単色のターゲット入力階調の前記カラー画像信号が入力されたときに前記フロント画像信号が当該単色での下限値となり、前記階調域以外について階調値として取り得る範囲の最大値となるような変換カーブに基づいて階調値変換を行う
    画像処理方法。

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