JP2007199375A - 電圧駆動型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】入力映像データにより示される表示画像の明るさの分布が特定の領域に集中した場合であっても、本来の画像に限りなく近い画像を表示させながら表示品質の向上を図ること。
【解決手段】変換手段９は、入力映像データに基づいた１フィールド分の画像での表示階調の分布が所定範囲に集中した状態がガンマ設定検出部７により検出されたときに、検出対象となった入力映像データを上記所定範囲での表示階調が増大した状態（例えば最大表示階調幅）に変換してソースドライバ２に与えると共に、ガンマ補正回路５からソースドライバ２へ出力されるガンマ補正設定電圧を、変換後の映像データによる表示階調を表現可能な状態に調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、印加電圧に応じて明るさの階調が変化するアクティブマトリクス型の表示デバイスを備えた電圧駆動型表示装置に関する。

この種の表示装置の代表的な例である液晶表示装置においては、その液晶モジュールの光透過率、つまり明るさ（表示輝度）の階調が、入力映像データのビット数に応じた状態に制御されるものであり、例えば、６ビット表示では６４階調、８ビット表示では２５６階調が、液晶モジュールの光透過率０〜１００％に割り付けられる。このような液晶表示装置では、印加電圧と光透過率との間の特性に非線形の相関関係（ガンマ特性）を有するため、印加電圧をガンマ補正回路により補正する制御が行われている。但し、このような制御を行ったとしても、入力映像データに基づいた表示画像の明るさの分布が特定の明るさ範囲内に集中した場合には、当該表示画像での微妙な明るさの変化を表示することができず、その部分で表現能力の低下を招くことになる。

従来では、例えば特許文献１に見られるように、表示画像の明るさの分布が特定の領域に集中した場合に、その表示画像の明るさを単純に拡大するという調整を行う手段が考えられている。具体的には、この手段では、例えば、入力映像データにより示される明るさが最高輝度の０〜２０％の範囲内にしか存在しない場合には、その映像データ中の明るさデータを単純に３倍し、表示画像の明るさが０〜６０％の範囲となるような調整を行うことになる。
特開平６−３３２３９８号公報

上記従来の手段の場合、液晶モジュールの階調−光透過率特性は、光透過率０〜１００％に対してビット数に応じた階調が割り当てられたままで常に一定であり、その最低輝度は０％、最高輝度は１００％となるように制御されることになる。つまり、この手段では、表示画像全体の明るさを増大させることにより表現能力の向上を図っているに過ぎないため、例えば、調整前の入力映像データにより示される表示画像が相対的に暗い状態では、調整後の表示画像の全体が白っぽくなるなど、その表示画像が本来の画像からかけ離れた不自然な状態になるという問題点があり、また、表示画像における微妙な明るさの表示が困難になるものであり、総じて表示品質の低下を来たすという問題点もあった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、入力映像データにより示される表示画像の明るさの分布が特定の領域に集中した場合であっても、本来の画像に限りなく近い画像を表示させながら表示品質の向上を実現できるようになる電圧駆動型表示装置を提供することにある。

請求項１記載の手段によれば、入力映像データに基づいた１フィールド分または１ライン分の表示画像での表示階調の分布が検出手段により検出されるようになる。この検出手段により検出された表示階調の分布が所定範囲に集中した状態にあった場合に、変換手段が、検出対象となった入力映像データを前記所定範囲での表示階調が増大した状態に変換して駆動手段に与えると共に、ガンマ補正回路から出力されるガンマ補正設定電圧を、変換後の映像データによる表示階調を表現可能な状態に調整するようになる。これにより、駆動手段にあっては、変換後の映像データにより示され且つ調整後のガンマ補正設定電圧により補正された階調電圧をアクティブマトリクス型の表示デバイスに印加するようになる。

この結果、入力映像データに基づいた１フィールド分または１ライン分の表示画像での表示階調の分布、つまり、表示画像の明るさの分布が特定範囲に集中するような状況となったときには、その範囲内での明るさの階調が、入力映像データのみに依存した本来の表示に比べて微細なピッチとなるように制御されるものである。これにより、当該表示画像での微妙な明るさの変化を表示可能になるなど、表現能力の向上を実現できるようになる。要するに、例えば、入力映像データが８ビットデータで、この映像データに基づいた表示画像の明るさが最高輝度の０〜２０％の範囲内にしか存在しない場合には、その０〜２０％の範囲を最大で２５６階調に拡大した状態で表現することが可能になるものであり、本来の表示では、（１００／２５５）％ピッチの階調差でしか表示されない範囲を、最小で（２０／２５５）％ピッチの微細な階調差で表示可能になる。この例の場合、表示画像の最低輝度及び最高輝度はそれぞれ０％及び２０％のままであり、その明るさが変化することはない。つまり、入力映像データにより示される表示画像の明るさの分布が特定の領域に集中した場合であっても、その表示画像の明るさを変えずに階調表現能力のみを高めることができ、結果的に、本来の画像に限りなく近い画像を表示させながら表示品質の向上を実現できるようになる。

請求項２記載の手段によれば、入力映像データに基づいた１フィールド分または１ライン分の画像での表示階調の分布を、当該画像での表示階調の最大値または最小値に基づいて簡単に検出可能になる。

請求項３記載の手段によれば、入力映像データに基づいた１フィールド分または１ライン分の表示画像での表示階調の分布が予め設定されたしきい値範囲内に集中した状態時には、その状態が検出手段により検出されるようになる。このように検出手段が検出状態となったときには、変換手段が、検出対象となった入力映像データを前記しきい値範囲での表示階調が増大した状態に変換して駆動手段に与えると共に、ガンマ補正回路から出力されるガンマ補正設定電圧を、変換後の映像データによる表示階調を表現可能な状態に調整するようになる。

請求項４記載の手段によれば、最適となるガンマ補正設定電圧の算出を、予め用意されている電圧−明るさ特性データ及びガンマ補正率設定データに基づいて正確に行うことが可能になる。

（第１の実施の形態）
以下、本発明を液晶表示装置に適用した第１実施例について図１〜図３を参照しながら説明する。
図１には、本実施例による液晶表示装置の電気的構成が機能ブロックの組み合わせにより示されている。この図１において、例えばノーマリホワイトタイプのＴＦＴ液晶モジュール１（アクティブマトリクス型の表示デバイスに相当）は、所定本数ずつのソースライン及びゲートライン（何れも図示せず）を備えており、これらソースライン及びゲートラインにそれぞれ接続されたソースドライバ２（駆動手段に相当）及びゲートドライバ３により駆動される構成となっている。

ソースドライバ２は、ＴＦＴコントローラ４から所定ビット数（例えば、６ビット或いは８ビット）の映像データが入力されると共に、ガンマ補正回路５から後述するガンマ補正設定電圧が入力されるようになっており、入力映像データに対応したガンマ補正設定電圧または当該ガンマ補正設定電圧の補間電圧を選択することにより、ガンマ補正された階調電圧をＴＦＴ液晶モジュール１のソースラインに制御信号として印加する構成となっている。また、ゲートドライバ３は、ＴＦＴコントローラ４からの指令に基づいた走査信号をＴＦＴ液晶モジュール１のゲートラインに印加する構成となっている。

一方、画質調整部６は、例えば１フィールド分の映像データが入力される毎に、その映像データを予め設定された画質が得られる状態に調整し、調整後の映像データをガンマ設定検出部７（検出手段に相当）に与える。

上記ガンマ設定検出部７は、前記ＴＦＴコントローラ４及び後述する映像データ変換／送信部８と共に本発明でいう変換手段９を構成するものである。このガンマ設定検出部７は、入力映像データを１フィールド分ずつ取り込んで更新記憶するフィールドメモリを備えており、このフィールドメモリに記憶された映像データにより得られる１フィールド分の表示画像での表示階調の分布（明るさの分布）が、予め設定されたしきい値範囲内に集中した状態を検出する機能を備えている。
この場合、本実施例では、便宜上、上記しきい値範囲が、ＴＦＴ液晶モジュール１の光透過率が最大値の０〜２０％になる範囲（表示輝度が最大輝度の０〜２０％になる範囲）に設定されているものとして説明するが、このような範囲に限らないことは勿論である。

ガンマ設定検出部７においては、１フィールド分の表示画像での表示階調の分布が所定範囲に集中した状態にあることを検出できれば良いものであり、従って、必ずしも上記のようなしきい値範囲を設定する必要はない。例えば、表示階調の分布が所定範囲に集中した状態を、画像での表示階調の最大値または最小値に基づいて検出する構成とすることも可能である。
また、ガンマ設定検出部７は、ＴＦＴ液晶モジュール１に対する印加電圧と当該液晶モジュール１の光透過率（表示輝度）との関係を示す電圧−光透過率特性データ（電圧−明るさ特性データに相当）並びに前記ガンマ補正回路５でのガンマ補正設定電圧の補正比率を示すガンマ補正率設定データを記憶したデータメモリを備えている。

そして、ガンマ設定検出部７は、上述のように１フィールド分の表示画像での明るさの分布が予め設定されたしきい値範囲内に集中した状態を検出したときには、ＴＦＴ液晶モジュール１の光透過率０〜２０％の範囲の階調を、例えば、入力映像データのビット数に応じた最大表示階調幅に対応した階調（６ビットの場合は０〜６３階調、８ビットの場合は０〜２５５階調）に拡大した状態で表現するのに必要となるガンマ補正設定電圧を、データメモリに記憶されている上記電圧−光透過率特性データ及びガンマ補正率設定データに基づいて算出する機能を備えており、このように算出したガンマ補正設定電圧を、フィールドメモリ中の映像データと共に映像データ変換／送信部８へ出力する構成となっている。

ガンマ補正設定電圧及び映像データを受け取った映像データ変換／送信部８は、その映像データをガンマ補正設定電圧に基づいて最大階調（６４階調（光透過率０％が０階調、光透過率２０％が６３階調）、または、２５６階調（光透過率０％が０階調、光透過率２０％が２５５階調））のデータに変換し、変換後の映像データ及びガンマ補正設定電圧をＴＦＴコントローラ４へ送信する。

ＴＦＴコントローラ４では、受信したガンマ補正設定電圧をガンマ補正回路５に与えると共に、受信した映像データに基づいてソースドライバ２及びゲートドライバを制御することにより、その映像データをＴＦＴ液晶モジュール１に表示するものであり、このような表示動作が、画質調整部６に１フィールド分の映像データが入力される毎に同期して行われることになる。

ここで、図２に概略的に示すように、ソースドライバ２は、ガンマ補正回路５から与えられるガンマ補正設定電圧Ｖ０及びＶ１０を抵抗補間してｎ階調（図２では、６ビットに対応した６４階調の例を示す）に対応した階調基準電圧ＶＳ0〜ＶＳ63（尚、ＶＳ0＝Ｖ０、ＶＳ63＝Ｖ１０である）を生成する抵抗ラダー２ａ（抵抗Ｒs0〜Ｒs62より成る）を備えており、この例で示すような階調基準電圧ＶＳ0〜ＶＳ63を選択することによりＴＦＴ液晶モジュール１のソースラインに印加する階調電圧（制御信号）を決定する構成となっている。尚、ガンマ補正回路５側の抵抗ラダー５ａは、ソースドライバ２側の抵抗ラダー２ａのみでは所望のガンマ補正が得られないときに挿入されるものである。

また、ＴＦＴ液晶モジュール１にあっては、各表示素子（画素）の印加電圧と光透過率との間に、図３（ａ）に一例を示すような非線形の相関関係、つまりガンマ特性を有する（ノーマリホワイトタイプであるため、光透過率は印加電圧が零のときに最大値となる）。このようなガンマ特性を有するＴＦＴ液晶モジュール１において、今、ガンマ補正設定電圧Ｖ０及びＶ１０及び抵抗ラダー２ａの各抵抗値などを、表示階調に対する印加電圧の変化特性が図３（ｂ）にＡ、Ｂ、Ｃに示すような範囲となるようにそれぞれ設定したとする。尚、図３（ａ）にも示すように、範囲Ａでの印加電圧はＶｄ２〜Ｖｄ４、範囲Ｂでの印加電圧は０〜Ｖｄ２、範囲Ｃでの印加電圧は０〜Ｖｄ１となる。このような設定とされた場合、各範囲Ａ、Ｂ、Ｃにおける表示階調に対するＴＦＴ液晶モジュール１の光透過率は、図３（ｃ）のようになる。即ち、ガンマ補正設定電圧Ｖ０及びＶ１０及び抵抗ラダー２ａの各抵抗値などを調整することによって、表示階調を任意の範囲に割り付けることができるものである。

以上要するに、本実施例の構成によれば、入力映像データに基づいた１フィールド分の表示画像での表示階調の分布、つまり、ＴＦＴ液晶モジュール１に表示される画像の明るさの分布が特定範囲に集中するような状況となったときには、その範囲内での明るさの階調が、入力映像データのみに依存した本来の表示に比べて微細なピッチとなるように制御されるものである。これにより、当該表示画像での微妙な明るさの変化を表示可能になるなど、表現能力の向上を実現できるようになる。要するに、入力映像データが例えば８ビットデータで、この映像データに基づいたＴＦＴ液晶モジュール１の光透過率が最大値の０〜２０％の範囲（表示画像の明るさが最高輝度の０〜２０％の範囲）内にしか存在しない場合には、その０〜２０％の範囲を最大で２５６階調に拡大した状態で表現されるものであり、本来の表示では、（１００／２５５）％ピッチの階調差でしか表示されない範囲を、（２０／２５５）％ピッチの微細な階調差で表示可能になる。このような表示状態では、表示画像の最低輝度及び最高輝度はそれぞれ０％及び２０％のままであり、その明るさが変化することはない。従って、入力映像データにより示される表示画像の明るさの分布が特定の領域に集中した場合であっても、その表示画像の明るさを変えずに階調表現能力のみを高めることができるものであり、結果的に、本来の画像に限りなく近い画像を表示させながら表示品質の向上を実現できるようになる。

また、このような表示のために最適となるガンマ補正設定電圧の算出が、予め記憶されている電圧−明るさ特性データ及びガンマ補正率設定データに基づいて行われるから、その算出を正確に行うことが可能になり、安定した表示能力を発揮できるようになる。

（第２の実施の形態）
上記第１実施例では、ガンマ補正回路５に対してガンマ補正設定電圧Ｖ０及びＶ１０を与える構成としたが、本発明の第２実施例を示す図４のように、ガンマ補正設定電圧Ｖ０及びＶ１０以外に、それらの中間電圧（例えばＶ１〜Ｖ９）もガンマ補正設定電圧として与える構成としても良い。このような構成によれば、例えば、前記図３と同様の内容を示す図５のように、表示画像上での明所及び暗所のみに集中的に多くの階調を割り当てるという表現方法が可能になる。

（その他の実施の形態）
本発明は上記した各実施例に限定されるものではなく、例えば以下のような変形または拡張が可能である。
第１実施例では、表示画像での明るさの分布が予め設定されたしきい値範囲内（本実施例では、光透過率が０〜２０％の範囲内）に集中したときにその範囲での表示階調を増大させるという表示制御を、１フィールド分の表示画像毎に行う構成としたが、１ライン分の表示画像毎に当該制御を行う構成としても良いものである。また、この表示制御時には、ＴＦＴ液晶モジュール１の光透過率０〜２０％の範囲の階調を、映像データのビット数に応じた最大表示階調幅に対応した階調に拡大した状態で表現する構成としたが、このように最大表示階調幅まで拡大する必要はなく、少なくとも上記しきい値範囲内での表示階調がある程度以上増大する制御を行えば良いものである。
アクティブマトリクス型の表示デバイスの例として、ＴＦＴ液晶モジュール１を挙げたが、他の形式の電圧駆動型表示モジュールに適用しても良いことは勿論である。

本発明の第１実施例による電気的構成を示す機能ブロック図 要部の概略的構成を示す図 作用説明用の特性図 本発明の第２実施例を示す図２相当図 図３相当図

符号の説明

１はＴＦＴ液晶モジュール（表示デバイス）、２はソースドライバ（駆動手段）、３はゲートドライバ、４はＴＦＴコントローラ、５はガンマ補正回路、７はガンマ設定検出部（検出手段）、８は映像データ変換／送信部、９は変換手段を示す。

Claims (4)

1. 印加電圧に応じて明るさの階調が変化するアクティブマトリクス型の表示デバイスと、
   入力映像データにより示される階調電圧を前記表示デバイスに印加するための駆動手段と、
   この駆動手段による印加電圧を補正するためのガンマ補正設定電圧を出力するガンマ補正回路と、
   を備えた電圧駆動型表示装置において、
   前記入力映像データに基づいた１フィールド分または１ライン分の画像での表示階調の分布を検出する検出手段と、
   この検出手段により検出された表示階調の分布が所定範囲に集中した状態にあった場合に、前記検出対象となった入力映像データを前記所定範囲での表示階調が増大した状態に変換して前記駆動手段に与えると共に、前記ガンマ補正回路から出力される前記ガンマ補正設定電圧を、変換後の映像データによる表示階調を表現可能な状態に調整する変換手段と、
   を設けたことを特徴とする電圧駆動型表示装置。
2. 前記検出手段は、前記入力映像データに基づいた１フィールド分または１ライン分の画像での表示階調の分布を、当該画像での表示階調の最大値または最小値に基づいて検出することを特徴とする請求項１記載の電圧駆動型表示装置。
3. 前記検出手段は、前記入力映像データに基づいた１フィールド分または１ライン分の画像での表示階調の分布が、予め設定されたしきい値範囲内に集中した状態を検出するように構成され、
   前記変換手段は、前記検出手段が検出状態を呈したときに、前記検出対象となった入力映像データを前記しきい値範囲での表示階調が増大した状態に変換して前記駆動手段に与えると共に、前記ガンマ補正回路から出力される前記ガンマ補正設定電圧を、変換後の映像データによる表示階調を表現可能な状態に調整することを特徴とする請求項１記載の電圧駆動型表示装置。
4. 前記変換手段は、前記表示デバイスに対する印加電圧と当該表示デバイスの明るさとの関係を示す電圧−明るさ特性データ並びに前記ガンマ補正回路でのガンマ補正設定電圧の補正比率を示すガンマ補正率設定データを取得可能に構成され、前記検出手段が検出状態を呈したときに、前記変換後の映像データによる表示階調を表現可能な状態のガンマ補正設定電圧を、前記電圧−明るさ特性データ及びガンマ補正率設定データに基づいて算出することを特徴とする請求項１記載の電圧駆動型表示装置。

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