JP2007171413A - 画像表示装置、多階調表示方法及びコンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】フリッカーを招くことなく、従来のフレーム変調に比べて多階調表示が可能な画像表示装置、該画像表示装置の多階調表示方法、及び前記画像表示装置の多階調表示方法をコンピュータで実現するためのコンピュータプログラムを提供する。
【解決手段】デコード部９２は、ＬＵＴから出力される映像信号の下位４ビットを受け取り、フレーム変調の変調周期（例えば、８フレーム、７フレーム、６フレーム、５フレームなど）を特定し、各フレームのいずれのフレームを基本階調より＋１だけ階調を高くするかを示すフレーム変調パターンを特定する。フレーム変調回路９３は、フレーム変調の変調周期を計数するフレームカウンタなどを備え、デコード部９２から入力された変調周期及びフレーム変調パターンに基づいて、液晶パネルの表示をフレーム毎に書き換えるための駆動信号をゲートドライバ９４、ソースドライバ９５へ出力する。
【選択図】図２

Description

本発明は、表示パネルの階調表示能力以上の多階調表示をすることができる画像表示装置、該画像表示装置の多階調表示方法、及び前記画像表示装置の多階調表示方法をコンピュータで実現するためのコンピュータプログラムに関する。

液晶表示装置に代表される画像表示装置は、一対のガラス基板の間に液晶物質を封入した液晶パネルと液晶パネルの背面に配置されたバックライトとを備え、該液晶表示装置に接続された外部のパーソナルコンピュータ（以下、ＰＣという）から映像信号が入力される。液晶表示装置に内蔵されたゲートドライバ及びソースドライバは、液晶パネルの各画素を駆動するＴＦＴのゲート及びソースに接続され、液晶表示装置に入力された映像信号に基づいて、ＴＦＴのオン・オフを制御するとともに、オンに制御されたＴＦＴに、映像信号に応じた電圧（液晶パネルへの入力レベル）を印加して、液晶物質の電気光学特性により決定される光透過率を変える。これにより、液晶表示装置は、液晶パネルを透過する光の量を画素毎に制御して画像を階調表示する。

このような液晶表示装置は、様々なビジネスシーンで活用されつつあり、特に、医療分野、グラフィクス分野などでは、画像を多階調表示することが液晶表示装置の性能基準の重要な要素となっている。このため、画像を多階調表示する方法が提案されている。

例えば、１画面であるフレームを書き込む１フレーム周期の間において、任意の１画素を書き込む単位時間を階調表示に必要な数で時分割し、この時間に画素の液晶に加わる電界の平均値を分割の割合に応じて変化させることにより、階調表示することができる電気光学装置が提案されている（特許文献１参照）。

また、異なる周期に設定したＮ個の連続するフレームを１周期とし、Ｎ個のフレーム毎に点灯と非点灯の組み合わせからなる２Ｎ種類の点灯パターンとＮビットの階調データとを１対１に対応させて、所定ドットの階調データに応じて点灯パターンを選択して点灯と非点灯を制御して多階調表示を行う液晶表示装置が提案されている（特許文献２参照）。

また、いわゆる面積変調とフレーム変調とを組み合わせて表示階調を増やすようにした画像表示装置が提案されている。より具体的には、面積変調は、１画素を３個のセルで構成し、各セルを個別にオン・オフして、１画素の階調度を変調するものである。また、フレーム変調は、１フレームを４分割し、分割された各期間単位で入力された信号をオン・オフすることにより、１フレームの間で４つの階調レベルを表現するようにしたものである（特許文献３参照）。

図２１は従来のフレーム変調方式による多階調表示の例を示す説明図である。図において、ａ〜ｈ夫々は時系列に連続するフレームを示し、８フレーム毎に各フレームの階調を変更することにより、多階調を表示する。各フレームにおいて、「０」は基本階調を示し、「１」は基本階調よりも＋１だけ階調が高い。ＦＲＣ（Frame Rate Control）ビットは、３ビットで構成され、３ビットの組み合わせにより８つのパターンを表現する。例えば、ＦＲＣビットが「０００」である場合、ａ〜ｈの各フレームの階調は基本階調となる。また、ＦＲＣビットが「００１」である場合、ａ〜ｇの各フレームの階調は基本階調となり、ｈのフレームは基本階調よりも＋１だけ階調が高い。また、同様に、ＦＲＣビットが「１００」である場合、ａ〜ｄの各フレームの階調は基本階調となり、ｅ〜ｈのフレームは基本階調よりも＋１だけ階調が高い。このように、８フレームを１周期として、１周期内の各フレームの階調を１だけ階調差を持たせるように変更することにより、ａ〜ｈの各フレームが全て基本階調である場合と、ａ〜ｈの各フレームが全て基本階調より＋１だけ階調が高い場合との間で８段階の中間階調を表現することができる。図中の中間階調は、フレームａ〜ｈの階調の和をフレーム数である「８」で除算して算出している。

カラー表示用の液晶パネルは、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）それぞれが８ビットで階調表示（２５５階調）され、映像信号として入力された８ビットデータを、例えば、ＬＵＴ（Look Up Table）により１１ビットに変換する場合、ＬＵＴから出力される上位８ビットで基本階調（０〜２５５）を表し、下位３ビットをＦＲＣビットとして、フレーム変調パターンを選択する。例えば、ＬＵＴの出力が「１００００００００１０」の場合、上位８ビット（基本階調）は、「１０００００００」＝１２８となり、下位３ビットは、「０１０」であり、フレームａ〜ｆは、基本階調である「１２８」で表示され、フレームｇ、ｈは、基本階調よりも＋１だけ階調が高い「１２９」で表示される。これにより、１２８＋０．２５０の中間階調を表示することができる。なお、表示可能な階調数は、２５５階調×フレーム周期＋１で表され、８フレームをフレーム周期とする場合、２５５×８＋１より２０４１階調の表示が可能となる。

図２２は従来のフレーム変調方式に面積変調方式を組み合わせた場合の多階調表示の例を示す説明図である。カラー表示用の液晶パネルは、ＲＧＢのカラーフィルタが１画素を構成する３つのセル（サブピクセル）上に形成されて１画素を表示するようになっており、カラー表示用の液晶パネルからＲＧＢのカラーフィルタを取り除けば、１画素を３つのセルで表示することができるモノクロ用の液晶パネルになる。面積変調方式は、この１画素を構成する３つのセルを個別に駆動することにより、１画素の階調を多階調表示するものである。

モノクロ表示用の液晶パネルは、映像信号として入力された８ビットデータを、例えば、ＬＵＴ（Look Up Table）により１３ビットに変換する場合、ＬＵＴから出力される上位１０ビットにより、基本階調及びセルの階調値を決定する。より具体的には、ＬＵＴから出力された上位１０ビットを「３」で除算し、除算による解を各セルの基本階調とし、余りを基本階調に加算する数とする。すなわち、余りが「１」の場合、１つのセル（第１セル）だけ基本階調より＋１だけ階調を高くし、余りが「２」の場合、２つのセル（例えば、第１セル及び第２セル）を基本階調より＋１だけ階調を高くし、３つ目のセル（第３セル）は基本階調とする。ＬＵＴから出力される下位３ビットをＦＲＣビットとして、フレーム変調パターンを選択する。

例えば、ＬＵＴの出力が「１０１１１１１１００１１１」の場合、上位１０ビットは、「１０１１１１１１００」＝７６４となり、７６４／３は、解が２５４で余りが２となる。すなわち、第３セルの基本階調は「２５４」であり、第１セル及び第２セルの階調は、基本階調である２５４より＋１だけ階調が高い２５５となる。下位３ビットは、「１１１」であり、第３セルについては、フレームａは、基本階調である「２５４」で表示され、フレームｂ〜ｈは、基本階調よりも＋１だけ階調が高い「２５５」で表示される。これにより、２５４＋０．９５８の中間階調を表示することができる。なお、表示可能な階調数は、２５５階調×３×フレーム周期＋１で表され、８フレームをフレーム周期とする場合、２５５×３×８＋１より６１２１階調の表示が可能となる。
特開平６−５９２７６号公報 特開２００１−１６６７４２号公報 特開平１１−３５２９５４号公報

しかしながら、特許文献１〜３の多階調方式、従来のフレーム変調方式、及び面積変調方式などは、中間階調を擬似的に作り出すものであり、画面の書き換えにより生ずる人間の網膜の残存効果を利用している。このため、例えば、フレーム変調方式の多階調表示において、さらに多階調表示を行うとする場合、時系列に連続する８個のフレームをさらに、１０個、１２個と増加させ、いわゆるフレーム変調の変調周期を長くする必要がある。しかし、変調周期を長くした場合、フレームの書き換えが人間の目に認識されるようになり、ちらつき（フリッカー）の原因となるという問題があった。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、画像データにより表現される階調値に基づいて、時系列に構成された複数のフレームからなるフレーム群に含まれるフレーム数を変更する変更手段を備えることにより、フリッカーを招くことなく、従来のフレーム変調に比べて多階調表示が可能な画像表示装置、該画像表示装置の多階調表示方法、及び前記画像表示装置の多階調表示方法をコンピュータで実現するためのコンピュータプログラムを提供することを目的とする。

また、本発明の他の目的は、１画素を構成する多階調表示可能な複数のセル、及び画像データにより表現される階調値に基づいて、前記フレーム群毎に各画素のセルを個別に駆動する駆動手段を備えることにより、従来の面積変調に比べて多階調表示が可能な画像表示装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、画像データにより表現される階調値に対応する信号を出力する出力手段を備え、該出力手段で出力された信号に基づいて、前記フレーム数を変更するとともに、前記セルを駆動することにより、出力された信号により面積変調を含むフレーム変調を行い、従来よりも簡単な構成で多階調表示が可能な画像表示装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、同一フレーム数で変調する場合、同画素同士の階調順序を画素毎に変更する手段を備えることにより、フリッカーを一層低減することができる画像表示装置を提供することにある。

第１発明に係る画像表示装置は、画像を表示する表示手段と、画像データに基づいて、時系列に構成された複数のフレームからなるフレーム群毎に画像の各画素の階調を変調する階調変調手段とを備える画像表示装置において、画像データにより表現される階調値に基づいて、フレーム群に含まれるフレーム数を変更する変更手段を備えることを特徴とする。

第２発明に係る画像表示装置は、第１発明において、前記表示手段は、１画素を構成する多階調表示可能な複数のセルと、画像データにより表現される階調値に基づいて、フレーム群毎に各画素のセルを個別に駆動する駆動手段とを備えることを特徴とする。

第３発明に係る画像表示装置は、第２発明において、画像データにより表現される階調値に対応する信号を出力する出力手段を備え、前記変更手段及び駆動手段夫々は、前記出力手段で出力された信号に基づいて、フレーム数を変更するとともに、前記セルを駆動すべくなしてあることを特徴とする。

第４発明に係る画像表示装置は、第１発明乃至第３発明のいずれかひとつにおいて、同一フレーム数で変調する画素同士の時系列の階調順序を画素毎に変更する手段を備えることを特徴とする。

第５発明に係る多階調表示方法は、画像を表示する表示手段と、画像データに基づいて、時系列に構成された複数のフレームからなるフレーム群毎に画像の各画素の階調を変調する階調変調手段とを備える画像表示装置の多階調表示方法において、画像データにより表現される階調値に基づいて、フレーム群に含まれるフレーム数を変更することを特徴とする。

第６発明に係るコンピュータプログラムは、コンピュータに、画像データに基づいて、時系列に構成された複数のフレームからなるフレーム群毎に画像の各画素の階調を変調して多階調表示を実行させるためのコンピュータプログラムにおいて、コンピュータを、画像データにより表現される階調値に対応する信号を抽出する手段と、抽出された信号に基づいて、フレーム群に含まれるフレーム数を特定する手段と、特定されたフレーム毎に階調値を設定する手段として機能させることを特徴とする。

第１発明、第５発明、及び第６発明にあっては、変更手段は、画像データにより表現される階調値に基づいて、時系列に構成された複数のフレームからなるフレーム群に含まれるフレーム数を変更する。例えば、前記変更手段は、画像データにより表現される階調値に基づいて、前記フレーム数を８フレームに変更する（すなわち、フレーム変調の変調周期を８フレームに変更する）。この場合、８フレームを１周期として、いわゆるフレーム変調による画素の階調変調を行う。また、前記変更手段は、画像データにより表現される階調値に基づいて、前記フレーム数を７フレームに変更する。この場合、７フレームを１周期として、いわゆるフレーム変調による画素の階調変調を行う。同様に、前記変更手段は、画像データにより表現される階調値に基づいて、前記フレーム数を６フレームに変更する。この場合、６フレームを１周期として、いわゆるフレーム変調による画素の階調変調を行う。このように、フレーム変調の変調周期を、画像データにより表現される階調値に基づいて変更することにより、変調周期が一定である場合の階調差を補間して、より多階調表示をする。

第２発明にあっては、駆動手段は、画像データにより表現される階調値に基づいて、１画素を構成する多階調表示可能な複数のセルを、前記フレーム群毎に個別に駆動して、いわゆる面積変調を行う。例えば、１画素が３つのセル（サブピクセル）で構成される場合、前記駆動手段は、画像データにより表現される階調値に基づいて、３つのセルのうち、いずれも駆動しない、１つのみ駆動する、２つを駆動する、又は３つ全て駆動する。これにより、１画素の階調を多階調表示する。

第３発明にあっては、出力手段は、画像データにより表現される階調値に対応する信号（例えば、ビットシリアルなビット列信号）を出力する。出力された信号により、前記変更手段は、前記フレーム数を変更し、前記駆動手段は、前記セルを駆動する。例えば、８ビットの入力信号を１３ビットに変換するＬＵＴで、入力信号を１３ビットに変換する。上位８ビットを基本階調に割り当て、下位５ビットのビット信号に応じて、フレーム群に含まれるフレーム数、すなわち、フレーム変調の変調周期を変更するとともに、１画素の各セルを駆動して面積変調を行う。これにより、従来、面積変調を行う際に必要であった除算演算を不要にする。

第４発明にあっては、同一フレーム数で変調する場合、同画素同士の時系列の階調順序を画素毎に変更する。これにより、同一階調で表示される隣接領域が大きくなることを防止してフリッカーの発生を抑制する。

第１発明、第５発明、及び第６発明にあっては、画像データにより表現される階調値に基づいて、時系列に構成された複数のフレームからなるフレーム群に含まれるフレーム数を変更する変更手段を備えることにより、フリッカーを招くことなく、従来のフレーム変調に比べて多階調で表示することができる。

第２発明にあっては、１画素を構成する多階調表示可能な複数のセル、及び画像データにより表現される階調値に基づいて、前記フレーム群毎に各画素のセルを個別に駆動する駆動手段を備えることにより、従来の面積変調に比べて多階調で表示することができる。

第３発明にあっては、画像データにより表現される階調値に基づいて、信号を出力する出力手段を備え、該出力手段で出力された信号に基づいて、前記フレーム数を変更するとともに、前記セルを駆動することにより、出力された信号により面積変調を含むフレーム変調を行うことができ、従来必要であった除算処理が不要になり、従来よりも回路を簡素化することができる。

第４発明にあっては、隣接する複数の画素からなる画素ブロック内の各画素の階調が同一であっても、画素同士の階調順序を変更することにより、画素間のフレーム毎の階調の組み合わせが変更されるため、フリッカーを一層低減することができる。

実施の形態１
以下、本発明を実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る画像表示装置の例である液晶表示装置１００の構成を示す概略図である。液晶表示装置１００は、ＣＰＵ１、ＲＯＭ２、ＲＡＭ３、記憶部４、信号入力部５、操作部６、ビデオメモリ７、バックライト電源回路８、液晶駆動回路９、バックライト１０、液晶パネル１１などを備えている。

液晶表示装置１００は、信号入力部５に入力された映像信号に基づいて、液晶パネル１１の表示面に映像を表示する機能を有する。映像信号としては、アナログ信号形式又はデジタル信号形式のいずれであってもよい。

ＣＰＵ１は、バス１２を介して上述のハードウエア各部と接続されてあり、それらを制御するとともに、ＲＯＭ２に記憶された制御プログラムを、例えばＳＲＡＭで構成されるＲＡＭ３にロードすることにより、多階調表示などの処理を実行する。例えば、ＲＯＭ２は、上述したように液晶表示装置１００の動作に必要な各種プログラムを予め記憶している。

操作部６は、液晶表示装置１００を操作するための各種のファンクションキーを備えている。ファンクションキーとしては、例えば、液晶パネル１１を点灯させるための電源投入キー、バックライト１０の光量を調整して表示面のブライトネスを設定するブライトネス設定キー、キャリブレーションを行うためのキャリブレーション実行キー、液晶パネル１１での画像の表示処理を終了させる終了キーなどがある。

記憶部４は、ＬＵＴ（Look Up Table）４１ａ、４１ｂ、…を記憶している。ＬＵＴ４１ａ、４１ｂ、…は、入力された映像信号により表現される階調レベルと、その階調レベルに対応する液晶パネルへの入力レベルとが関連付けられたテーブルである。例えば、ＬＵＴ４１ａは、映像信号として入力されるＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）それぞれの８ビットを１２ビットに変換する。変換された上位８ビットは、液晶パネルへの入力レベルとしての基本階調を表す。また、変換された下位４ビットは、ＦＲＣ（Frame Rate Control）ビットとして、フレーム変調の変調周期（フレーム群に含まれるフレーム数）、及びフレーム変調パターン（フレーム群に含まれる各フレームの階調値を示すパターン）を決定する。また、ＬＵＴ４１ａ、４１ｂ、…には、変調周期（フレーム数）の上限値（例えば、８フレーム）を超えない変調周期が設定され、フリッカーの発生を防止する。なお、記憶されたＬＵＴ４１ａ、４１ｂ、…は、ＣＰＵ１の制御のもと、処理に応じて選択される。

信号入力部５は、映像信号線Ｌを介して外部のＰＣ２００に接続されており、ＰＣ２００から出力された映像信号を受け取り、ＣＰＵ１の制御のもと、受け取った映像信号をビデオメモリ７に記憶する。ＣＰＵ１は、ビデオメモリ７に記憶された映像信号を、選択したＬＵＴ４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、…のいずれかで変換し、変換したビット信号（ビット列）を液晶駆動回路９へ出力する。

図２は液晶駆動回路９の構成を示すブロック図である。液晶駆動回路９は、インタフェース部９１、デコード部９２、フレーム変調回路９３、ゲートドライバ９４、ソースドライバ９５などを備える。インタフェース部９１は、例えば、ＬＵＴ４１ａから出力される映像信号の上位８ビットを受け取り、受け取った映像信号をゲートドライバ９４、ソースドライバ９５へ出力する。

デコード部９２は、ＬＵＴ４１ａから出力される映像信号の下位４ビットを受け取り、受け取った４ビットのビット信号の組み合わせに応じて、フレーム変調の変調周期（例えば、８フレーム、７フレーム、６フレーム、５フレームなど）を特定するとともに、特定した変調周期における各フレームのいずれのフレームにおいて画素の階調（ＬＵＴ４１ａから出力される映像信号の上位８ビットで表現される基本階調）を＋１だけ階調を高くするかを示すフレーム変調パターンを特定する。これにより、デコード部９２は、映像信号に基づいて、フレーム変調の変調周期を変更するとともに、フレーム変調パターンを変更することができる。デコード部９２は、特定したフレーム変調の変調周期及びフレーム変調パターンをフレーム変調回路９３へ出力する。

フレーム変調回路９３は、フレーム変調の変調周期を計数するフレームカウンタなどを備え、デコード部９２から入力された変調周期及びフレーム変調パターンに基づいて、液晶パネル１１の表示をフレーム毎に書き換えるための駆動信号をゲートドライバ９４、ソースドライバ９５へ出力する。

ゲートドライバ９４、ソースドライバ９５は、ＣＰＵ１の制御のもと、インタフェース部９１から入力された映像信号（ＬＵＴ４１ａの出力の上位８ビット）に基づいて、１フレームを構成する各画素の階調を基本階調として液晶パネル１１を駆動する。また、ゲートドライバ９４、ソースドライバ９５は、ＣＰＵ１の制御のもと、フレーム変調回路９３から出力された駆動信号に基づいて、特定された変調周期内の各フレームをフレーム変調パターンに応じて、基本階調より＋１だけ階調を高くするように液晶パネル１１を駆動する。これにより、ＣＰＵ１は、ＰＣ２００から出力された映像信号の入力レベルに関連付けられた階調レベルで液晶パネル１１の透過率を調整して映像の多階調表示をすることができる。

液晶パネル１１は、一対のガラス基板が対向配置され、その間隙内に液晶物質である液晶層が形成された構造を有し、一方のガラス基板には複数の画素電極と、画素電極の夫々にドレインを接続したＴＦＴとが、他方のガラス基板には共通電極が設けてある。ＴＦＴのゲート及びソースは、夫々ゲートドライバ９４及びソースドライバ９５の各出力段に順次接続されている。

液晶パネル１１は、ゲートドライバ９４から入力されたゲート信号によって各画素のＴＦＴのオン／オフが制御され、ソースドライバ９５から入力される出力電圧（液晶パネル１１への入力レベル）をオン期間に各画素のＴＦＴに印加することにより、液晶物質の電気光学特性によって決定される光透過率を制御して映像を階調表示する。液晶パネル１１は一対の偏光板で挟まれ、さらにその背面に光源としてのバックライト１０を配置してある。

バックライト電源回路８は、その出力電圧を調整する機能を有し、調整された電圧をバックライト１０へ出力することにより、バックライト１０から出射する光の輝度を調整する。これにより、液晶パネル１１の表示面のブライトネスを調整することができる。

図３は液晶表示装置１００の多階調表示方法の概念を示す概念図である。図において、四角形の枠は、１フレームを示す。１フレーム中には、所定数の画素が含まれ、各画素は、例えば、８ビットのビット信号により２５５階調の階調表示がなされる。模様入りのフレームと白ぬきのフレームとは、８ビットで表される階調レベルにおいて、１階調だけの差があるものとする。

フレーム変調による階調表現では、フレーム周期（図において、８フレーム、７フレーム、６フレーム、５フレーム）におけるいくつかのフレームの階調を＋１だけ高い階調で表す。人間の目には、フレームが所定の垂直同期の周期で書き換えられる場合、複数のフレームの階調が合成されて認識されるため、結果として８ビットで表される階調（２５５階調）しか表示できない液晶パネルであっても、多階調を表示することができる。

図４は液晶表示装置１００の多階調表示方法の多階調化を示す説明図である。図において、四角形の枠は、１フレームを示し、各フレームを表示画面での書き換え順に時系列に３０フレーム並べたものである。１フレーム中には、所定数の画素が含まれ、各画素は、例えば、８ビットのビット信号により２５５階調の階調表示がなされる。模様入りのフレームと白ぬきのフレームとは、８ビットで表される階調レベルにおいて、１階調だけの差があるものとする。

従来、フレーム変調の変調周期が、例えば、８フレームの如く固定かつ単一な値を用いていたのに対し、本発明の多階調表示は、入力される映像信号に基づいて、フレーム変調の変調周期を変更したことに特徴がある。変調周期が、８フレームである場合、基本階調に対して階調を＋１だけ高く表示させるフレームを１つから２つにすることにより、３０フレーム当り８フレーム中の４フレーム分の階調差を生ずる。さらに変調周期を変更することにより、４フレーム分の階調差を補間することができる。例えば、変調周期を７フレーム、６フレーム、５フレームと変更した場合、基本階調に対して階調を＋１だけ高く表示させるフレームを１つから２つにすることにより、３０フレーム当り、５フレーム、５フレーム、６フレーム分の階調差を生ずることができ、多階調表示が可能になる。

図５はフレーム変調パターンの例を示す説明図である。図において、ａ〜ｈ夫々は時系列に連続するフレームを示し、各フレームにおいて、「０」は基本階調を示し、「１」は基本階調よりも＋１だけ階調が高いことを示す。例えば、最上段のフレーム変調パターンは、変調周期が８フレームであり、８フレーム中のすべてのフレームは、基本階調で表現されるものである。この場合、中間階調は、フレームａ〜ｈの階調の和をフレーム数である「８」で除算した値「０．０００」、すなわち、基本階調に等しくなる。

上から２段目のフレーム変調パターンは、変調周期が７フレームであり、７フレーム中のすべてのフレームは、基本階調で表現されるものである。この場合、中間階調は、フレームａ〜ｇの階調の和をフレーム数である「７」で除算した値「０．０００」、すなわち、基本階調に等しくなる。また、上から５段目のフレーム変調パターンは、変調周期が８フレームであり、８フレーム中、フレームａ〜ｇは、基本階調で表現され、フレームｈは、基本階調より＋１だけ階調が高い。この場合、中間階調は、フレームａ〜ｈの階調の和をフレーム数である「８」で除算した値「０．１２５」、すなわち、基本階調より、０．１２５だけ階調が高くなる。また、同様に、上から８段目のフレーム変調パターンは、変調周期が５フレームであり、５フレーム中、フレームａ〜ｄは、基本階調で表現され、フレームｅは、基本階調より＋１だけ階調が高い。この場合、中間階調は、フレームａ〜ｅの階調の和をフレーム数である「５」で除算した値「０．２００」、すなわち、基本階調より、０．２００だけ階調が高くなる。

図６はフレーム変調パターンとＦＲＣビットとの関係を示す説明図である。図６で示されるフレーム変調パターンは、図５で示されたフレーム変調パターンの中から中間階調が理想中間階調に近い１６通りのフレーム変調パターンを抽出したものであり、夫々のフレーム変調パターンを特定するためのＦＲＣビットを対応付けて示している。図中の理想中間階調は、１階調を変調パターン数である「１６」で等分した値を、ＦＲＣビットに対応した変調パターンの順番に対応させることにより求めている。なお、図において、１６通りのフレーム変調パターンを示しているが、ＦＲＣビットが「０００１」、「１１１１」である場合、フレーム変調パターンにより表される中間階調が理想中間階調に近いものがないため、夫々「００００」、「１１１０」と同じフレーム変調パターンを用いている。このため、図６では、実質的に１４通りの中間階調の表示をすることができる。これにより、フレーム変調の変調周期が、８フレーム単一である場合には、２０４１階調の表示をすることができたのに対し、５フレーム〜８フレームの変調周期を可変することにより、３５７１階調（２５５階調×１４＋１）の多階調表示が可能になる。

上述のフレーム変調方式は、カラー表示用の液晶パネルであっても、モノクロ表示用の液晶パネルであっても用いることができる。モノクロ表示用の液晶パネルの場合、本発明のフレーム変調パターンにいわゆる面積変調を含めることができる。カラー表示用の液晶パネルは、ＲＧＢのカラーフィルタが１画素を構成する３つのセル（サブピクセル）上に形成されて１画素を表示するようになっており、カラー表示用の液晶パネルからＲＧＢのカラーフィルタを取り除けば、１画素を３つのセルで表示することができるモノクロ用の液晶パネルになる。面積変調方式は、この１画素を構成する３つのセルを個別に駆動することにより、１画素の階調を多階調表示するものである。

図７は面積変調を含めたフレーム変調パターンの例を示す説明図である。図において、第１列目は、１画素を構成する第１セルの階調を示し、第２列目は、１画素を構成する第２セルの階調を示し、第３列目は、１画素を構成する第３セルの階調を示す。第３セルの階調は、時系列に連続するフレームａ〜ｈで表される。図中、「０」は基本階調を示し、「１」は基本階調よりも＋１だけ階調が高いことを示す。例えば、最上段のフレーム変調パターンは、画素を構成するすべてのセルは、基本階調で表示されるものである。この場合、中間階調は、「０．０００」、すなわち、基本階調に等しくなる。

上から３段目のフレーム変調パターンは、変調周期が７フレームであり、第１セル及び第２セルは、基本階調で表示され、第３セルについては、フレームａ〜ｆは、基本階調で表示され、フレームｇは、基本階調より＋１だけ階調が高い。この場合、中間階調は、「０．０４８」、すなわち、基本階調より、０．０４８だけ階調が高くなる。また、同様に、上から１０段目のフレーム変調パターンは、変調周期が５フレームであり、第１セル及び第２セルは、基本階調で表示され、第３セルについては、５フレーム中、フレームａ〜ｃは、基本階調で表現され、フレームｄ、ｅは、基本階調より＋１だけ階調が高い。この場合、中間階調は、「０．１３３」、すなわち、基本階調より、０．１３３だけ階調が高くなる。

図８は面積変調を含めたフレーム変調パターンとＦＲＣビットとの関係の例を示す説明図である。図８で示されるフレーム変調パターンは、図７で示されたフレーム変調パターンの中から中間階調が理想中間階調に近い３２通りのフレーム変調パターンを抽出したものであり、夫々のフレーム変調パターンを特定するためのＦＲＣビット（下位５ビット値）を対応付けて示している。この場合、ＬＵＴは、８ビットの入力データを１３ビットに変換するものが用いられ、ＬＵＴの出力の上位８ビットにより基本階調を表現し、下位５ビットにより面積変調を含めたフレーム変調パターンを表現するようにしている。

これにより、フレーム変調の変調周期が、８フレーム単一である場合には、面積変調により６１２１階調の表示をすることができたのに対し、５フレーム〜８フレームの変調周期を可変することにより、８１６１階調（２５５階調×３２＋１）の多階調表示が可能になる。また、従来の面積変調による基本階調の算出には、除算（「３」で除算）処理が必要であったが、ＦＲＣビット（下位５ビットの組み合わせ）を用いることにより、除算回路が不要になり、回路を簡素化することができる。

図９は面積変調を含めたフレーム変調パターンとＦＲＣビットとの関係の他の例を示す説明図である。図９で示されるフレーム変調パターンは、図７で示されたフレーム変調パターンの中から中間階調が理想中間階調に近い６４通りのフレーム変調パターンを抽出したものであり、夫々のフレーム変調パターンを特定するためのＦＲＣビット（下位６ビット値）を対応付けて示している。この場合、ＬＵＴは、８ビットの入力データを１４ビットに変換するものが用いられ、ＬＵＴの出力の上位８ビットにより基本階調を表現し、下位６ビットにより面積変調を含めたフレーム変調パターンを表現するようにしている。なお、６４通りのフレーム変調パターンのうち、１０通りのフレーム変調パターンは、理想階調パターンに近似するため、実質的には、５４通りのフレーム変調パターンが用いられることになる。

これにより、フレーム変調の変調周期が、８フレーム単一である場合には、面積変調により６１２１階調の表示をすることができたのに対し、５フレーム〜８フレームの変調周期を可変することにより、１３７７１階調（２５５階調×５４＋１）の多階調表示が可能になる。また、従来の面積変調による基本階調の算出には、除算（「３」で除算）処理が必要であったが、ＦＲＣビット（下位６ビットの組み合わせ）を用いることにより、除算回路が不要になり、回路を簡素化することができる。

次に、本発明に係る液晶表示装置１００の多階調表示方法をフローチャートを用いて説明する。図１０は本発明の液晶表示装置１００の多階調表示方法の処理の手順を示すフローチャートである。ＣＰＵ１は、入力信号の有無を判定し（Ｓ１１）、入力信号がない場合（Ｓ１１でＮＯ）、ステップＳ１１の処理を続け、入力信号があるまで待機する。

入力信号がある場合（Ｓ１１でＹＥＳ）、ＣＰＵ１は、入力信号を取得し（Ｓ１２）、取得した入力信号をＬＵＴで変換処理させる（Ｓ１３）。ＣＰＵ１は、ＬＵＴで変換されて出力された所定の上位ビットに基づいて、基本階調を特定し（Ｓ１４）、所定の下位ビットに基づいて、フレーム変調の変調周期、フレーム変調パターンを特定する（Ｓ１５）。なお、モノクロ表示用の場合には、フレーム変調パターンに面積変調も含まれる。

ＣＰＵ１は、特定された変調周期、フレーム変調パターンに基づき、各フレームを順次書き換える（Ｓ１６）。ＣＰＵ１は、処理終了の要求の有無を判定し（Ｓ１７）、処理終了要求がない場合（Ｓ１７でＮＯ）、ステップＳ１２以降の処理を続ける。処理終了の要求がある場合（Ｓ１７でＹＥＳ）、ＣＰＵ１は、処理を終了する。

以上説明したように、従来、フレーム変調の変調周期が、例えば、８フレームの如く固定かつ単一な値を用いていたのに対し、本発明にあっては、入力される映像信号に基づいて、フレーム変調の変調周期を変更することにより、階調差を補間して、従来よりも多階調で表示することができる。また、ＬＵＴから出力される所要の下位ビットに基づいて、面積変調を含めたフレーム変調パターンを設定することにより、除算回路が不要になり、回路構成を簡素化することができる。このように、本発明にあっては、医療分野、グラフィクス分野などのキャリブレーションを行う分野では特に有用であり、輝度・色ムラ補正を行う場合は、多階調処理による滑らかな階調表示が必須であり、多階調化できる本発明は、これらの分野で重要な役割を果たすものである。

上述の実施の形態においては、液晶表示装置１００は、制御用のＣＰＵ１を内蔵する構成であったが、これに限定されるものではなく、例えば、ＣＰＵ１、ＲＯＭ２、ＲＡＭ３、記憶部４などを別個のＰＣに組み込み、バックライト１０、液晶パネル１１などを備えたモニタ本体と分離して構成することも可能である。

上述の実施の形態において、フレーム変調パターンをいくつか例示したが、フレーム変調パターンは、これに限定されるものではなく、所望のフレーム変調パターンを用いることができる。

上述の実施の形態においては、入力信号が８ビットで表される２５５階調の例について説明したが、階調数は、これに限定されるものではなく、他の階調数を用いることもできる。

上述の実施の形態においては、基本階調に対して、＋１だけ階調を高くして階調差を付ける構成であったが、これに限定されるものではなく、基本階調に対して、−１だけ階調を低くして階調差を付ける構成であってもよい。また、ある中間階調を表示するため、単一変調周期、単一パターンで表示するばかりでなく、異なる変調周期、異なるパターンを組み合わせて中間階調を表示してもよい。

実施の形態２
実施の形態１では、入力される映像信号に基づいて、フレーム変調の変調周期を変更する構成であったが、例えば、フレーム変調の変調周期が、フリッカーの発生を抑止する上限値以下であっても、フリッカーが僅かながら発生する場合がある。

図１１はフレーム群の各フレーム内の画素ブロックの階調例を示す説明図である。図において、画素ブロックは、例えば、隣接する９画素（３×３画素）で構成されているものとし、模様入りの画素と白ぬきの画素とは、８ビットで表される階調レベルにおいて、１階調だけの差があるものとする（例えば、白ぬきの画素が１階調高い）。フレーム変調の変調周期は、５フレームとする。図に示すように、５フレームの内、第１〜第４フレームにおいて、画素ブロック内の各画素の階調が同一であり、第５フレーム目で、１階調高く変調されている。この場合、９画素から構成される画素ブロック全体が同一階調で表示されるため、同一階調、同一周期で変化する領域が広がり、フリッカーが現われ易くなる。

このような問題点に対処するため、フレーム変調の変調周期内で、画素毎に階調順序を変更することにより、僅かなフリッカーの発生も抑止することが可能になる。

図１２は各フレームにおける各画素の階調状態を示す説明図である。図１２は図１１に示す画素ブロックの階調例において、各画素の階調状態をＡ〜Ｅで示したものである。図に示すように、Ａ〜Ｅ夫々は同一階調を表し、各フレームにおいて、画素ブロック内の各画素は同一階調である。

図１３は変調周期内で各画素の階調順序の遷移ルールの例を示す説明図である。図において、Ａ〜Ｅは、各画素の階調状態を示す。この場合、フレーム変調の変調周期は５フレームであるが、これに限定されるものではない。図１３（ａ）に示すように、画素ブロック内の同一ライン内及び各フレーム間においては、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ａ、…のように、階調状態を１ずつ変化させる。また、図１３（ｂ）に示すように、画素ブロック内のライン間においては、Ａ、Ｃ、Ｅ、Ｂ、Ｄ、…のように階調状態を２ずつ変化させる。なお、ライン間において、階調状態を２ずつ変化させるのは、例えば、画素ブロック内で斜め方向に階調状態が重なる場合、斜め方向に流れる模様が発生する可能性があり、これを防止するためである。階調順序の遷移ルールとして、この両者のルールを用いて、各画素の階調順序（階調状態）を変化させる。

図１４は図１２の階調状態に遷移ルールを適用した場合の各画素の階調状態を示す説明図である。図１２において、第１フレームの第１ラインの画素は、Ａ、Ａ、Ａであり、これに上述の遷移ルールを適用すると、同一ライン内は、階調状態を１ずつ変化させるため、Ａ、Ｂ、Ｃとなる。同様に、第１フレームの第２ラインの画素は、Ａ、Ａ、Ａであり、これに上述の遷移ルールを適用すると、ライン間は、階調状態を２ずつ変化させ、ライン内は、階調状態を１ずつ変化させるため、Ａ、Ａ、ＡはＣ、Ｄ、Ｅとなる。同様に、第１フレームの第３ラインの画素は、Ａ、Ａ、Ａであり、これに上述の遷移ルールを適用すると、ライン間は、階調状態を２ずつ変化させ、ライン内は、階調状態を１ずつ変化させるため、Ａ、Ａ、ＡはＥ、Ａ、Ｂとなる。

また、第２フレームの第１ラインの画素は、Ｂ、Ｂ、Ｂであり、これに上述の遷移ルールを適用すると、同一ライン内は、階調状態を１ずつ変化させるため、Ｂ、Ｃ、Ｄとなる。同様に、第２フレームの第２ラインの画素は、Ｂ、Ｂ、Ｂであり、これに上述の遷移ルールを適用すると、ライン間は、階調状態を２ずつ変化させ、ライン内は、階調状態を１ずつ変化させるため、Ｂ、Ｂ、ＢはＤ、Ｅ、Ａとなる。同様に、第２フレームの第３ラインの画素は、Ｂ、Ｂ、Ｂであり、これに上述の遷移ルールを適用すると、ライン間は、階調状態を２ずつ変化させ、ライン内は、階調状態を１ずつ変化させるため、Ｂ、Ｂ、ＢはＡ、Ｂ、Ｃとなる。以下同様に変化させることにより、図１４の階調状態が得られる。

図１５は階調順序を変更した後のフレーム群の各フレーム内の画素ブロックの階調例を示す説明図である。図１５は図１４の例を図１１に適用した後の画素ブロックの階調例を示す。図に示すように、階調状態Ａ〜Ｄに対して、階調状態Ｅは、＋１だけ階調が高い。すなわち、模様入りの画素と白ぬきの画素とは、８ビットで表される階調レベルにおいて、１階調だけの差がある（例えば、白ぬきの画素が１階調高い）。第１フレームから第５フレームに至るまで、フレーム毎に、模様入りの画素と白ぬきの画素との組み合わせ、すなわち、画素毎に階調順序を変更することにより、同一階調、同一周期で変化する領域が広がることを防止する。

図１１では、隣接する画素すべてが同一階調である場合を示したが、これに限定されるものではなく、隣接する画素すべてが同一階調でない場合であっても、本発明を適用することが可能である。

図１６は隣接する画素が同一階調でない場合の各フレーム内の画素ブロックの階調例を示す説明図である。図において、画素ブロックは、例えば、隣接する９画素（３×３画素）で構成されているものとし、模様入りの画素と白ぬきの画素とは、８ビットで表される階調レベルにおいて、１階調だけの差があるものとする（例えば、白ぬきの画素が１階調高い）。フレーム変調の変調周期は、５フレームとする。図に示すように、左上の画素は、５フレーム中３フレームで、中央の画素は５フレーム中２フレームで、その他の画素は５フレーム中１フレームで、夫々＋１だけ階調が高い。

図１７は図１６の階調順序を変更した後の各フレーム内の画素ブロックの階調例を示す説明図である。図において、画素ブロック内の模様入りの画素と白ぬきの画素とは、８ビットで表される階調レベルにおいて、１階調だけの差があるものとする（例えば、白ぬきの画素が１階調高い）。上述の図１３で示した遷移ルールを適用することにより、同一階調の画素がフレーム毎に分散するため、フリッカーの発生が軽減されることになる。

図１１及び図１６では、同一の変調周期の場合について説明したが、これに限定されるものではなく、変調周期が異なる画素が画素ブロック内に含まれる場合であっても、本発明を適用することが可能である。

図１８は変調周期が異なる画素が含まれる場合の各フレーム内の画素ブロックの階調例を示す説明図である。図において、画素ブロックは、例えば、隣接する９画素（３×３画素）で構成されているものとし、模様入りの画素と白ぬきの画素とは、８ビットで表される階調レベルにおいて、１階調だけの差があるものとする（例えば、白ぬきの画素が１階調高い）。また、網掛けの画素（図において、第２ラインの３つの画素、第３ラインの１、２番目の画素）が、異なる変調周期（５フレーム以外）の画素とする。

図１９は図１８の階調順序を変更した後の各フレーム内の画素ブロックの階調例を示す説明図である。図において、画素ブロック内の模様入りの画素と白ぬきの画素とは、８ビットで表される階調レベルにおいて、１階調だけの差があり、網掛けの画素（図において、第２ラインの３つの画素、第３ラインの１、２番目の画素）が、異なる変調周期（５フレーム以外）の画素である。上述の図１３で示した遷移ルールを適用することにより、異なる変調周期の画素を除いて、同一変調周期（５フレーム）の画素同士で遷移ルールが適用され、同一階調の画素がフレーム毎に分散するため、フリッカーの発生が軽減されることになる。

図２０は実施の形態２の液晶表示装置１００の多階調表示方法の処理の手順を示すフローチャートである。ＣＰＵ１は、入力信号の有無を判定し（Ｓ２１）、入力信号がない場合（Ｓ２１でＮＯ）、ステップＳ２１の処理を続け、入力信号があるまで待機する。

入力信号がある場合（Ｓ２１でＹＥＳ）、ＣＰＵ１は、入力信号を取得し（Ｓ２２）、取得した入力信号をＬＵＴで変換処理させる（Ｓ２３）。ＣＰＵ１は、ＬＵＴで変換されて出力された所定の上位ビットに基づいて、基本階調を特定し（Ｓ２４）、所定の下位ビットに基づいて、フレーム変調の変調周期、フレーム変調パターンを特定する（Ｓ２５）。なお、モノクロ表示用の場合には、フレーム変調パターンに面積変調も含まれる。

ＣＰＵ１は、特定された変調周期、フレーム変調パターンに基づき、対象の（特定された）変調周期での各画素の遷移状態を特定し（Ｓ２６）、特定した遷移状態に応じて画素データの処理を行う（Ｓ２７）。これにより、遷移ルールに従って、同一フレーム数で変調する画素同士の時系列の階調順序を画素毎に変更する。ＣＰＵ１は、処理終了の要求の有無を判定し（Ｓ２８）、処理終了要求がない場合（Ｓ２８でＮＯ）、ステップＳ２２以降の処理を続ける。処理終了の要求がある場合（Ｓ２８でＹＥＳ）、ＣＰＵ１は、処理を終了する。

上述の実施の形態では、画素ブロックとして、３×３画素の場合について説明したが、画素ブロックのサイズは、これに限定されるものではなく、製品に要求される機能、仕様などに応じて、サイズを変更することができる。また、ユーザの要求に応じて、画素ブロックのサイズを設定するように構成してもよい。

上述の実施の形態では、画素ブロック内で、階調を＋１階調上げる画素を２つ設けるものであったが、前記画素の数は、２つに限定されるものではなく、１つでも、３つ以上であってもよい。また、１階調だけ階調差がある画素の配置（組み合わせ）は、一例であって、これに限定されるものではない。また、フレーム変調の変調周期が５フレームの場合で、説明したが、変調周期も５フレームに限定されるものではない。

本発明に係る画像表示装置の例である液晶表示装置の構成を示す概略図である。 液晶駆動回路の構成を示すブロック図である。 液晶表示装置の多階調表示方法の概念を示す概念図である。 液晶表示装置の多階調表示方法の多階調化を示す説明図である。 フレーム変調パターンの例を示す説明図である。 フレーム変調パターンとＦＲＣビットとの関係を示す説明図である。 面積変調を含めたフレーム変調パターンの例を示す説明図である。 面積変調を含めたフレーム変調パターンとＦＲＣビットとの関係の例を示す説明図である。 面積変調を含めたフレーム変調パターンとＦＲＣビットとの関係の他の例を示す説明図である。 本発明の液晶表示装置の多階調表示方法の処理の手順を示すフローチャートである。 フレーム群の各フレーム内の画素ブロックの階調例を示す説明図である。 各フレームにおける各画素の階調状態を示す説明図である。 変調周期内で各画素の階調順序の遷移ルールの例を示す説明図である。 図１２の階調状態に遷移ルールを適用した場合の各画素の階調状態を示す説明図である。 階調順序を変更した後のフレーム群の各フレーム内の画素ブロックの階調例を示す説明図である。 隣接する画素が同一階調でない場合の各フレーム内の画素ブロックの階調例を示す説明図である。 図１６の階調順序を変更した後の各フレーム内の画素ブロックの階調例を示す説明図である。 変調周期が異なる画素が含まれる場合の各フレーム内の画素ブロックの階調例を示す説明図である。 図１８の階調順序を変更した後の各フレーム内の画素ブロックの階調例を示す説明図である。 実施の形態２の液晶表示装置の多階調表示方法の処理の手順を示すフローチャートである。 従来のフレーム変調方式による多階調表示の例を示す説明図である。 従来のフレーム変調方式に面積変調方式を組み合わせた場合の多階調表示の例を示す説明図である。

符号の説明

１ ＣＰＵ
２ ＲＯＭ
３ ＲＡＭ
４ 記憶部
５ 信号入力部
６ 操作部
７ ビデオメモリ
８ バックライト電源回路
９ 液晶駆動回路
１０ バックライト
１１ 液晶パネル
４１ａ、４１ｂ、４１ｃ ＬＵＴ
９１ インタフェース部
９２ デコード部
９３ フレーム変調回路
９４ ゲートドライバ
９５ ソースドライバ

Claims (6)

1. 画像を表示する表示手段と、画像データに基づいて、時系列に構成された複数のフレームからなるフレーム群毎に画像の各画素の階調を変調する階調変調手段とを備える画像表示装置において、
   画像データにより表現される階調値に基づいて、フレーム群に含まれるフレーム数を変更する変更手段を備えることを特徴とする画像表示装置。
2. 前記表示手段は、
   １画素を構成する多階調表示可能な複数のセルと、
   画像データにより表現される階調値に基づいて、フレーム群毎に各画素のセルを個別に駆動する駆動手段と
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 画像データにより表現される階調値に対応する信号を出力する出力手段を備え、
   前記変更手段及び駆動手段夫々は、
   前記出力手段で出力された信号に基づいて、フレーム数を変更するとともに、前記セルを駆動すべくなしてあることを特徴とする請求項２に記載の画像表示装置。
4. 同一フレーム数で変調する画素同士の時系列の階調順序を画素毎に変更する手段を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかひとつに記載の画像表示装置。
5. 画像を表示する表示手段と、画像データに基づいて、時系列に構成された複数のフレームからなるフレーム群毎に画像の各画素の階調を変調する階調変調手段とを備える画像表示装置の多階調表示方法において、
   画像データにより表現される階調値に基づいて、フレーム群に含まれるフレーム数を変更することを特徴とする多階調表示方法。
6. コンピュータに、画像データに基づいて、時系列に構成された複数のフレームからなるフレーム群毎に画像の各画素の階調を変調して多階調表示を実行させるためのコンピュータプログラムにおいて、
   コンピュータを、
   画像データにより表現される階調値に対応する信号を抽出する手段と、
   抽出された信号に基づいて、フレーム群に含まれるフレーム数を特定する手段と、
   特定されたフレーム毎に階調値を設定する手段と
   して機能させることを特徴とするコンピュータプログラム。

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