JP2008015123A - 表示装置およびその駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
最大階調や最小階調のように飽和する階調に近い階調への表示の遷移で、液晶応答を補正する電圧が十分に与えることができず、液晶応答の改善効果が期待できない。
【解決手段】
従来の最大（最小）の液晶透過率となる最大（最小）印加電圧より高い印加電圧（低い印加電圧）の範囲を設け、その範囲を液晶応答補正のために利用ように参照電圧を設定する液晶応答補正手段106を設け、その印加電圧の範囲の拡張によるγ特性のずれを調整するγ調整手段107及び階調間補間手段108を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、表示パネルの光学特性の改善した表示装置とその駆動方法に係り、特に画素に液晶を適用した表示装置とその駆動方法に関するものである。

アクティブマトリクス型の液晶表示装置は、薄型、高精細、低消費電力という特徴より薄型テレビなどの表示装置として利用されている。しかしながら液晶の光学応答は、数十ｍｓｅｃ程度と一画面の走査期間（１フレーム）期間より多くの時間を必要とし、動画像を表示させた場合、表示データの変化に液晶の応答が追従できず、ぼやけた表示になってしまう。これらのぼやけの対策として、特許文献１のように、各画素あたりの画像データの変化分を検知してその変化に応じた補正を液晶印加電圧にかけて液晶の光学応答を改善する方法が知られている。しかし、特許文献１の方法ではある任意の階調から中間階調への表示の遷移の場合は、十分な電圧補正が可能であるため所要な効果が期待できるが、最大階調や最小階調のように飽和する階調に近い階調への表示の遷移の場合は、補正する電圧が十分に与えることができず、液晶応答の改善効果が期待できない。そこで、特許文献２の方式のように液晶の印加電圧の範囲を表示に使用する範囲より大きな範囲とすることで、飽和する階調に近い階調への表示の遷移の場合においても補正電圧を印加することが可能となり、液晶応答を改善することができる。

特開平１１−１２６０５０号公報 特開２００２−１０７６９４号公報

上記技術を利用すると、飽和する階調に近い階調への表示の遷移の場合においても液晶応答を改善が可能であるが、従来のデータドライバで実施すると、階調と透過率の関係が本来のデータドライバに設定された所要の特性とはずれてしまう。また、入力データの階調数に対して表示階調数が減少してしまう問題があった。これを回避するためには、補正範囲に対応した新しいデータドライバを開発する必要があった。

本発明の目的は、表示パネルが持つコントラスト特性を落とすことなく、入力データのγ特性がずれなく、また、階調数が減少せず、最大階調近辺や最小階調近辺への表示の遷移においても液晶の光学応答特性の補正効果が得ることができ、動画像の視認性を向上した表示装置とその駆動方法を提供することである。

上述の課題を解決するために、従来の最大（最小）の液晶透過率となる最大（最小）印加電圧より高い印加電圧（低い印加電圧）の範囲を設け、その範囲を液晶応答補正のために利用ように参照電圧を設定する。さらにその印加電圧の範囲の拡張によるγ特性のずれを調整するγ調整手段及び階調間補間手段を備える。

本発明によれば、表示パネルが持つコントラスト特性を落とすことなく、入力データのγ特性がずれなく、また、階調数が減少せず、最大階調近辺や最小階調近辺への表示の遷移においても液晶の光学応答特性の補正効果が得ることができ、動画像の視認性を向上させることができる。

本発明の第１の実施形態によるアクティブマトリクス型液晶表示装置及び駆動方法について、図１から図７を用いて説明する。 図１は本発明の第１実施形態の液晶表示装置のブロック構成図の例である。前段のシステムより、色調や階調等の画面表示に応じた表示されるべき映像データを入力映像端子１０１に受け取り、映像データに準じた電圧を液晶に印加して、液晶の透過率を制御し、液晶パネル１０２に映像を表示させる。液晶の透過率（つまり、表示の輝度）と映像の階調データとの関係（以下、γ特性）は、所定の特性になるようにデータドライバ１０３と参照電圧生成部１０４によって設定する。例えばテレビ放送の映像信号なら、図２（ａ）のような人の視覚特性に倣ったγ特性を想定しているため、液晶表示装置として図２（ａ）の特性を実現する。尚、液晶のγ値は、2.2である。

これより、図１を用いて本実施形態の動作を説明する。入力映像端子１０１に受け取った入力映像データを一定の期間遅延させるメモリ手段１０５を利用して一定時間前の映像データを得る。この遅延させる一定時間は、例えば一画面の走査期間（表示の更新期間、１フレーム期間）等で、そのときのメモリ手段は一画面分のデータ、または一画面分のデータを圧縮したデータを記憶するフレームメモリを用いる。このフレームメモリは、メモリの手段であればＳＤＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＦＩＦＯ等、メモリ機能であれば何でもよい。尚、一画面の代わりに複数画面（複数フレーム期間）であってもよい。

メモリ手段１０５によって一定時間前の映像データと現在の入力映像データより、データ変化分から補正値を算出し、現在の映像データに補正を加える液晶応答補正手段１０６によって液晶の光学応答の改善を図る。液晶応答補正手段１０６について、図３の例を用い説明する。図３（ａ）はある画素に着目した表示データの時間変化を示している。図３（ｂ）は、図３（ａ）の表示データに対した液晶応答補正手段１０６の出力を示す。入力表示データ更新周期をτとした時、時間ｉにて、前フレームの時間（ｉ−τ）の表示データ階調Ｇ１から時間ｉの表示データＧ２への立上り変化を検知してその変化分に応じた補正値Ｅ１を算出し、時間ｉの表示データＧ２に補正値Ｅ１を加えることで、本来より過度のデータ変化を与えて、液晶の応答速度を向上させている。時間ｊの立下り変化でも同様で、前フレームの時間（ｊ−τ）の表示データ階調Ｇ２から時間ｊの表示データＧ１への立下り変化を検知してその変化分に応じた補正値Ｅ２を算出し、時間ｊの表示データＧ１に補正値Ｅ２を減らすことで、本来より過度のデータ変化を与えて、液晶の応答速度を向上させている。補正値の算出に方法として、前フレームのデータと現フレームのデータの関係から、補正値を直接設定するテーブル方式や、前フレームのデータと現フレームのデータの差分と係数より算出する演算方式などあるが、液晶応答の補正値を算出する方式であればどの方式でもよい。図３（ｃ）に液晶応答補正手段１０６により液晶応答が改善した輝度特性のイメージを示す。

従来の液晶応答補正手段では、データで処理を行うため最大階調近辺の階調への遷移において、液晶応答の改善に十分な補正値を加えることができず、液晶応答補正の効果を十分に得ることができなかった。つまり、例えば８ｂｉｔの階調表現の場合であると、任意の中間階調から最大階調の２５５階調に遷移するときに２５５階調以上の電圧を印加ができないため、液晶応答の補正値を加えることができない。

本発明の液晶応答補正手段１０６では、表示の最大階調近辺の階調においても補正値の加算が可能になるように、表示の最大階調より大きい階調に補正用の階調範囲を設ける。よって液晶応答補正手段１０６後の階調数は入力より増加することになる。例えば単色の入力データが８ｂｉｔの階調の場合、０階調から２５５階調までの表示階調範囲となり、液晶応答補正用に３２階調分用意するとしたら、２５６階調から２８７階調の階調範囲が液晶応答補正用の階調となり、データとして８ｂｉｔ＋ｍ（ｍ：ｍ≧１の整数）の出力となる。ｎは、１でもよいし、２や３でもよい。補正用の階調範囲は、最大階調近辺の応答特性によって異なり、細かい調整が必要な場合は補正用の階調範囲を広く設ければよい。また、最小階調近辺においても同様に考えることが出来る。表示の最小階調近辺の階調においても補正値の減算が可能になるように、表示の最小階調より小さい階調に補正用の階調範囲を設ける。この場合も液晶応答補正手段１０６後の階調表現数は、入力より増加することになる。

液晶応答補正手段１０６により補正値を加えたデータに対して、液晶パネル１０２へ表示するため現状の液晶データドライバＩＣを用いて実現する時に、補正用の階調範囲を考慮する必要がある。データドライバ１０３は、図２（ａ）のようなγ特性となるように、液晶パネルの固有の特性の交流駆動と印加電圧−透過率特性を考慮して、参照電圧生成部１０４からの複数の参照電圧を設定し、階調データに対応した印加電圧を生成する。図４はノーマリーブラックモードの液晶の印加電圧−透過率特性の例を示し、図５にデータドライバ１０３の階調−印加電圧の関係の例を示す。通常は表示のコントラスト効率と視野角を考慮して図４（ａ）のように透過率が最大となる近辺の電圧に最大印加電圧、透過率が最小となる近辺の電圧に最小印加電圧となるように参照電圧を与える。本発明の参照電圧生成部１０４では、液晶応答補正手段１０６により補正用の階調範囲が増加した分の階調データに対応として図４（ｂ）に示すように、最大の印加電圧を最大透過率となる印加電圧より高い電圧にシフトする。このように、特性から設定した最小の透過率近辺から最大の透過率近辺に対応した印加電圧の範囲は従来通り表示範囲として利用して、最大透過率に対応した印加電圧からシフトした最大印加電圧の範囲を補正用の増加した分の階調データに対応することで、従来どおりのコントラスト効率を保持して、最大階調近辺においても液晶応答補正の効果を得ることができる。

しかし、参照電圧を高電圧側にシフトしたことにより、従来の階調−印加電圧の関係ではγ特性にずれが生じる。例えば、最大参照電圧のみをシフトした場合、図２（ｂ）に示すようなγ特性となる。また、入力と同じ階調数のデータドライバにて増加した電圧範囲に対応すると表示範囲の階調数が減少することになる。

これらの対応のため、γ調整手段１０７を用い、液晶応答補正手段１０６の表示最大階調以上の範囲拡張によって発生するγ特性とデータドライバ１０３で設定されたγ特性とのずれを調整し、さらに階調間補間手段１０８によって階調数の減少を防ぐ。

γ調整手段１０７は、図６（ａ）のように入力階調に対して設定によって出力階調を調整できる回路とする。例えば、入力階調毎に出力階調を直接設定する図６（ｂ）のようなルックアップテーブル方式（ＬＵＴ）や図６（ｃ）のような任意のポイントを制御して出力を調整する折れ線方式などで実現する。また、γ調整手段１０７において、入力階調に対して出力階調を多くすることで、γ調整による階調の減少を防ぎ、また調整のレンジを細かくすることができる。図６（ｂ）の例では０階調から２８８階調の入力に対して０階調から１０２４階調でγ調整を行って出力する。

階調間補間手段１０８は、データドライバ１０３で本来対応可能な入力階調より多い階調の表現を可能とする手段で、例えば２５６階調表現の８ｂｉｔデータドライバに対して１０２４階調表現の１０ｂｉｔ分の表示を擬似的に可能にする。例えば、ディザリング処理やＦＲＣ（フレームレートコントロール）を利用する。１０ｂｉｔデータを８ｂｉｔで表現する、つまり８ｂｉｔの１階調に対して１０ｂｉｔの４階調分の表現を実現方法の例として図７を用いて説明する。

図７（ａ）は面積的に拡散する、濃淡の出現頻度を調整し中間階調を表現する方法で、例えば、８ｂｉｔ階調中の１階調間、階調Ｄと階調Ｄ＋１を用いて、階調Ｄ＋１の出現頻度を４画素中１画素で階調Ｄ＋１／４、４画素中２画素で階調Ｄ＋１／２、４画素中３画素で階調Ｄ＋３／４、４画素中４画素で階調Ｄ＋１を表現する。これは、８ｂｉｔの１階調の間に４階調分を表現することで１０ｂｉｔ階調相当を実現したことになる。図７（ａ）に示した濃淡のパターンは一例で、濃淡の割合が同様なものであればどのようなパターンでもよい。１０ｂｉｔの代わりに、１１ｂｉｔや１２ｂｉｔでもよい。

図７（ｂ）は、図７（ａ）の面積的な拡散と時間的な拡散を組み合わせた方法で、数種類の面積的な拡散パターンを所定の周期でトグルさせて表示することで、中間階調を表現する。図７（ｂ）では４フレーム周期でトグルする例を示したが、パターンが偏らないトグルであれば何フレーム周期でもよい。１０ｂｉｔを８ｂｉｔで表現する場合は、少なくとも４フレーム周期必要であるが、１１ｂｉｔや１２ｂｉｔを８ｂｉｔで表現する場合は、さらに多くのフレーム周期が必要である。

この階調間補間手段１０８で、液晶応答補正手段１０４及びγ調整手段１０７により増加した階調数をデータドライバ１０３に応じた階調数へ変換する。例えば、入力８ｂｉｔデータが液晶応答補正手段１０６及びγ調整手段１０７によって１０ｂｉｔデータとなり、階調間補間手段１０８によって１０ｂｉｔ相当の表現可能な８ｂｉｔデータへ変換して、データドライバ１０３に対応した階調数にする。

このようにγ調整手段１０７によって液晶応答補正手段１０６によるγ特性のずれを調整し、階調間補間手段１０８によって液晶応答補正手段１０６とγ調整手段１０７による階調減少を防いで従来のデータドライバＩＣを用いて最大階調近辺においても液晶応答補正の効果を得ることができる。

以上の説明では、主に最大階調近辺について説明したが、同様な考えで最小階調近辺においても従来のデータドライバＩＣを用いて液晶応答補正の効果を得ることができる。

ただし、本発明は、アクティブマトリクス型液晶表示装置及び駆動方法に好適であるが、それ以外の表示装置及び駆動方法にも適用可能である。

液晶テレビ、液晶ディスプレイなどの液晶表示装置に利用される。

第１の実施形態の液晶表示装置のブロック構成図 輝度−入力階調特性（γ特性）の例 液晶応答補正の説明図 印加電圧−液晶透過率特性の例 階調−印加電圧の関係の例 γ調整の説明図 階調間補間の説明図

符号の説明

１０１ 入力信号端子
１０２ 液晶パネル
１０３ データドライバ
１０４ 参照電圧生成部
１０５ メモリ手段
１０６ 液晶応答補正手段
１０７ γ調整手段
１０８ 階調間補間手段

Claims (10)

1. 複数のデータ線と複数の走査線がマトリクス状に配線され、その交点に対応して画素が配列された、所定の階調−輝度特性を有する表示パネルと、ｎ階調（ｎ：ｎ≧０の整数）の表示データを入力し、前記ｎ階調に対応した電圧レベルを前記データ線に出力する第１の駆動回路と、前記表示信号を受けるべき画素を選択するための選択信号を前記走査線へ出力する第２の駆動回路と、上記所定の階調−輝度特性の最大印加電圧よりも大きい電圧を前記画素に印加することで、前記画素の光学応答特性の改善を行う手段と、入力表示データの階調に対して設定した階調に変換し出力する手段とを備えた表示装置において、
   上記光学応答特性の改善を行う手段よって処理されたデータに対する階調−輝度特性と、上記光学応答特性の改善を行わない場合の階調−輝度特性が略同等であることを特徴とする表示装置。
2. 複数のデータ線と複数の走査線がマトリクス状に配線され、その交点に対応して画素が配列された、所定の階調−輝度特性を有する表示パネルと、ｎ階調（ｎ：ｎ≧０の整数）の表示データを受付け、前記ｎ階調に対応した電圧レベルを前記データ線に出力する第１の駆動回路と、前記表示信号を受けるべき画素を選択するための選択信号を前記走査線へ出力する第２の駆動回路と、上記所定の階調−輝度特性の最大印加電圧よりも大きい電圧を前記画素に印加することで、前記画素の光学応答特性の改善を行う手段とを備えた表示装置において、
   前記ｎ階調の電圧レベルのうち、通常の表示にはｎ階調のうちｐ階調（ｐ：０≦ｐ＜ｎを満たす整数）のみを用い、ｐ階調の電圧レベルを面積的に拡散制御することで、少なくともｎ階調より多い階調数を表示する手段備えたことを特徴とする表示装置。
3. 請求項２の表示装置において、
   前記ｎ階調の電圧レベルのうち、通常の表示にはｎ階調のうちｐ階調（ｐ：０≦ｐ＜ｎを満たす整数）のみを用い、ｐ階調の電圧レベルを時間的に拡散制御することで、少なくともｎ階調より多い階調数を表示する手段を備えたことを特徴とする表示装置。
4. 複数の画素を備えた表示パネルと、前記表示パネルを駆動するための駆動回路とを備えた表示装置において、
   Ｎビット（Ｎ：Ｎ≧１の整数）の表示データを入力し、１又は複数フレーム期間前の表示データに応じた補正値に基づいて前記表示データを補正して、Ｎビットの表示データにｍビット（ｍ：ｍ≧１の整数）を加算した（Ｎ+ｍ）ビットの表示データを出力するオーバードライブ回路と、
   前記オーバードライブ回路からの前記（Ｎ+ｍ）ビットの表示データのガンマ特性を調整するためのガンマ調整回路と、
   前記ガンマ調整回路で調整された前記（Ｎ+ｍ）ビットの表示データの階調間を補間して、前記（Ｎ+ｍ）ビットの表示データをＭビット（Ｍ：Ｍ＞（Ｎ+ｍ）の整数）の表示データへ拡張し、前記表示パネルが前記Ｎビットの表示データにより前記Ｍビットの表示データを擬似的に表示可能なように前記Ｍビットの表示データを前記Ｎビットの表示データへ変換するための補間回路とを備え、
   前記駆動回路は、変換後の前記Ｎビットの表示データを入力することを特徴とする表示装置。
5. 請求項４の表示装置において、
   前記補間回路は、ディザリング処理により前記Ｍビットの表示データを前記Ｎビットの表示データへ変換し、又は前記表示パネルがフレームレートコントロールにより前記Ｍビットの表示データを擬似的に表示可能なように前記Ｍビットの表示データを前記Ｎビットの表示データへ変換することを特徴とする表示装置。
6. 複数のデータ線と複数の走査線がマトリクス状に配線され、その交点に対応して画素が配列された、所定の階調−輝度特性を有する表示パネルと、ｎ階調（ｎ：ｎ≧０の整数）の表示データを入力し、前記ｎ階調に対応した電圧レベルを前記データ線に出力する第１の駆動回路と、前記表示信号を受けるべき画素を選択するための選択信号を前記走査線へ出力する第２の駆動回路と、上記所定の階調−輝度特性の最小印加電圧よりも小さい電圧を前記画素に印加することで、前記画素の光学応答特性の改善を行う手段と、入力表示データの階調に対して設定した階調に変換し出力する手段とを備えた液晶表示装置の駆動方法において、
   上記光学応答特性の改善を行う手段よって処理されたデータに対する階調−輝度特性と、上記光学応答特性の改善を行わない場合の階調−輝度特性が略同等であることを特徴とする駆動方法。
7. 複数のデータ線と複数の走査線がマトリクス状に配線され、その交点に対応して画素が配列された、所定の階調−輝度特性を有する表示パネルと、ｎ階調（ｎ：ｎ≧０の整数）の表示データを受付け、前記ｎ階調に対応した電圧レベルを前記データ線に出力する第１の駆動回路と、前記表示信号を受けるべき画素を選択するための選択信号を前記走査線へ出力する第２の駆動回路と、上記所定の階調−輝度特性の最小印加電圧よりも小さい電圧を前記画素に印加することで、前記画素の光学応答特性の改善を行う手段とを備えた液晶表示装置において、
   前記ｎ階調の電圧レベルのうち、通常の表示にはｎ階調のうちｐ階調（ｐ：０≦ｐ＜ｎを満たす整数）のみを用い、ｐ階調の電圧レベルを面積的に拡散制御することで、少なくともｎ階調より多い階調数を表示することを特徴とする表示装置の駆動方法。
8. 請求項７の表示装置の駆動方法において、
   前記ｎ階調の電圧レベルのうち、通常の表示にはｎ階調のうちｐ階調（ｐ：０≦ｐ＜ｎを満たす整数）のみを用い、ｐ階調の電圧レベルを時間的に拡散制御することで、少なくともｎ階調より多い階調数を表示することを特徴とする表示装置の駆動方法。
9. 複数の画素を備えた表示パネルと、前記表示パネルを駆動するための駆動回路とを備えた表示装置の駆動方法において、
   Ｎビット（Ｎ：Ｎ≧１の整数）の表示データを入力し、１又は複数フレーム期間前の表示データに応じた補正値に基づいて前記表示データを補正して、Ｎビットの表示データにｍビット（ｍ：ｍ≧１の整数）を加算した（Ｎ+ｍ）ビットの表示データを生成し、
   前記（Ｎ+ｍ）ビットの表示データのガンマ特性を調整し、
   調整された前記（Ｎ+ｍ）ビットの表示データの階調間を補間して、前記（Ｎ+ｍ）ビットの表示データをＭビット（Ｍ：Ｍ＞（Ｎ+ｍ）の整数）の表示データへ拡張し、
   前記表示パネルが前記Ｎビットの表示データにより前記Ｍビットの表示データを擬似的に表示可能なように前記Ｍビットの表示データを前記Ｎビットの表示データへ変換し、
   変換後の前記Ｎビットの表示データを前記駆動回路へ入力することを備えたことを特徴とする表示装置の駆動方法。
10. 請求項９の表示装置の駆動方法において、
    ディザリング処理により前記Ｍビットの表示データを前記Ｎビットの表示データへ変換し、又は前記表示パネルがフレームレートコントロールにより前記Ｍビットの表示データを擬似的に表示可能なように前記Ｍビットの表示データを前記Ｎビットの表示データへ変換することを特徴とする表示装置の駆動方法。
    
    

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