JP2011164636A

JP2011164636A - フレームレート制御方法及びそのための液晶表示装置

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Inventors: Seung-Woo Lee; 昇祐李
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Abstract

【課題】表現可能な全階調の中で上位階調のガンマ歪曲が除去できる第１のフレームレート制御方法を提供する。
【解決手段】フレームレート制御方法は、入力される２進ｎビットの階調値で構成されるＲＧＢデータを、ｅビット（ｅ≧ｎ＋１）に拡張し、連続する２^ｄ個のフレーム内に、拡張ＲＧＢデータの下位ｄビットを除いた上位（ｅ−ｄ）ビットが示す階調データとその直上位階調データの発生頻度が調整されるようにフレームデータを変換し、２^ｄ個のフレームデータの中で最初半分であるノーマルフレームと、各フレームの画素配置を垂直方向に変えて得られる残り半分のフレームであるプラスフレームとを、毎フレームごとに互いに交互に表示されるようにフレームデータを再配置することを、各単位画素ブロック内においてＲＧＢデータの下位ｄビットを除いた上位（ｅ−ｄ）ビットが示す階調データとその直上位階調データの発生頻度が空間的に調整されるように配置する。
【選択図】図４

Description

本発明はフレームレート制御（FRC:frame rate control）のための液晶表示装置及びその駆動方法に関し、さらに詳しくはグラフィックソースから入力されるＲＧＢデータ（ＲＧＢ各色の画素データを言う）の構成ビット数より少いビット処理能力しか持たないＲＧＢデータ伝送系を使用する場合にも最高階調値近辺での色再現性低下を防止できる液晶表示装置及びその駆動方法に関する。

最近、パソコン（personal computer）やテレビなどの軽量化及び薄形化によって表示装置分野にも軽量化及び薄形化が要求されており、このような要求を充足させるために陰極線管（CRT:cathode-ray tube）の代りに液晶表示装置（LCD:liquid crystal display）のようなフラットパネル表示装置（flat panel display）が開発されて様々な分野において実用化されている。

液晶表示装置では二枚の基板の間に注入されている異方性誘電率を有する液晶物質に電界が印加され、この電界の強さを調節することによって基板を透過する光の量が制御されて所望の画像（image）に対する表示が行われる。

このような液晶表示装置には外部のグラフィックソース（graphic source）からレッド（red：赤）、グリーン（green：緑）、ブルー（blue：青）の各ｎビットＲＧＢデータが入力される。前記ＲＧＢデータは液晶表示装置のＲＧＢデータ伝送系、特にタイミング制御部でデータフォーマットを変換した後、駆動ＩＣ（integrated circuit）でＲＧＢデータに相当するアナログ階調電圧（gray voltage）が選択され、前記選択された階調電圧を液晶パネルに伝送し、各画素に印加することによって表示動作が行われる。

一般に、前記グラフィックソースからタイミング制御部に入力されるＲＧＢデータの構成ビット数と前記駆動ＩＣで処理可能なビット数とは同一である。現在、市場に発表されている液晶表示装置ではｎ=８ビットの製品が普通である。しかし、８ビットのＲＧＢデータを処理できる駆動ＩＣが高価であるため、それより少いビット処理能力しか持っていない駆動ＩＣを用いて、下位ビットを切り捨てるような液晶表示装置を設計することができれば、製品の原価を低くできる可能性がある。この場合、切り捨てた下位ビットが表現していた微細な階調は、複数フレームの当該画素データを1群として、群の中の少なくとも1個のフレームの画素階調を、少なくとも駆動ＩＣが取り扱える最小階調段階だけ変化させて、フレーム群の平均画素階調を入力画素データの平均階調に近づける技術である。

このような技術的必要に応じて提案された方法がフレームレート制御（FRC:frame rate control）である。前記フレームレート制御はタイミング制御部に適用されることの多い技術であり、入力されたｎビット構成のＲＧＢデータの中から駆動ＩＣで処理可能なビット数である（ｎ−ｄ）ビットだけを取り出して表示できるようにフレームデータを再構成する技術である。ここで、ｄは切り捨てビット数を示す整数であり、入力ＲＧＢデータの最下位所定ビット数を示す。前記フレームレート制御方法によると、連続する２^d個（‘２のｄ乗個’と記すこともある）のフレーム内に、各フレームでＲＧＢデータの下位ｄビットを利用してＲＧＢデータの（ｎ−ｄ）ビットが示す階調値‘Ａ’（以下、"Ａ"とする）とその直上位階調である‘Ａ+１’のフレーム別発生頻度が調整されるようにフレームデータを変換する。これとともに、フレーム内の所定の画素単位、例えば、４×２の画素単位でも前記二つの階調‘Ａ’と‘Ａ+１’のフレーム別発生頻度が空間的に調整されるように配置することによって、時間的及び空間的に画面表示を平均した時、ｎビットのＲＧＢデータによって表示が行われたように認識されることがある。つまり、階調‘Ａ’と‘Ａ+１’の間で２^d個の微差階調を追加的に表示することができ、これは（ｎ−ｄ）ビットのＲＧＢデータにｄビットを追加してｎビットＲＧＢデータによって表示することと同一な動作といえる。

図１にはｎが８であり、ｄが２の場合のフレームレート制御を説明する図表が示されている。この場合、１群のフレーム数は、２の２乗＝４（フレーム）である。

図１には、近接した８画素のバランスを考慮しながら、同じ入力画面が４フレーム続いたと仮定した時の微差階調の表現例を示している。これは、４フレーム期間中の下位２ビットの状態によって、４×２画素ブロックでの各画素の表示状態が示されている。前記画素ブロックのうち、斜線のある画素はＲＧＢデータの上位６ビットが示す階調値を再現表示し、斜線のない画素は前記６ビットが示す階調値に‘１’を足した値、つまり、その直上位階調の値を再現表示している。４×２画素ブロックの上方に記した‘ｏ’は‘ｏｄｄ’の略語であって、奇数番目列（column）を示し、‘ｅ’は‘ｅｖｅｎ’の略語で偶数番目列を示す。

図１によれば、下位２ビットの４種類の状態は各々二つの階調値‘Ａ’と‘Ａ+１’の間の４種類の階調値を示し、‘００’は‘Ａ’、‘０１’は‘Ａ+１/４’、‘１０’は‘Ａ+２/４’、‘１１’は‘Ａ+３/４’の階調値を各々示す。下位２ビットが‘１１’である場合について例を挙げて説明する。まず、空間的な観点から見る時、下位２ビットが‘１１’であれば、８個の画素を有する４×２画素ブロックでは階調値‘Ａ+１’が常に６個の画素で発生するようにデータが構成されている。また、時間的な観点から見る時、下位２ビットが‘１１’であれば、例えば、‘ｏ’列‘１’行の画素では階調値‘Ａ+１’が４フレーム内に３回発生するようにデータが構成されている。したがって、時間的及び空間的に平均すれば、４×２画素ブロックでは下位２ビットが‘１１’である場合に、階調‘Ａ’に‘３/４’を足した階調が平均的に表示されたように認識することができる。

図２に、図１のフレームレート制御が適用される時の階調（gray）に対する透過率（transmittance）の関係を示す。階調に対する透過率の曲線を通常ガンマ曲線と呼ぶ。

しかし、前記従来のフレームレート制御方法では、図２に拡大して示したように、上位４つの階調でガンマの歪曲が存在し、これによって表示可能な色の数が減少する問題点がある。より詳細に説明すれば、入力ＲＧＢデータが８ビットでありながら出力データが６ビットに圧縮される場合、表示すべき全体階調数は２^８=２５６個である。しかし、上位６ビットを利用してフレームレート制御をするので上位４つの階調ではＲＧＢデータの上位６ビットが‘１１１１１１＝６３’になる。つまり、最高階調値が４＊６３＝２５２で飽和し、どの画素も、どの時点も、前記の‘Ａ＋１’を実現できない。フレームレート制御では任意の階調‘Ａ’とその上位階調‘Ａ＋１’の発生頻度を調節してＲＧＢデータが拡張されているように表現されるが、上記の場合には‘１１１１１１’の上位階調を実現できない。従ってフレームレート制御を適用することができず、表示すべき全体階調数のうち、上位４つの階調（２５２、２５３、２５４、２５５）は、共通の透過率を生じるように予め設定せざるを得ない。この結果、最上位３階調が失われて図２のようになる。これが上位階調でガンマ歪曲を起こす原因である。また、各原色の色Ｒ、Ｇ、Ｂが２５３個の階調を表現するので、ＲＧＢ合成によって表現できる全体色の数は２５３×２５３×２５３=１６，１９４，２７７であり、これは理想的に表現可能な色の数２５６×２５６×２５６=１６，７７７，２１６より６０万余個足りない。このような現象は最高階調値近辺での色再現性低下をもたらすので、好ましくないものである。

一方、フレームレート制御が適用される液晶表示装置では画質劣化という問題点がある。たとえば、表示画面の下側は黒であり、上側は赤、緑、青、白の各々の最大明るさが出るように階調レベルを垂直に配置した画面を構成する場合、４個の階調間隔で横線が表示される現象が発生する。このような画質劣化現象は、前記フレームレート制御と共に、１フレーム単位に液晶印加極性を反転させる反転駆動方法が同時に適用されるために起こる。

本発明は以上のような技術的背景から行われたものであって、表現可能な全階調の中で上位階調のガンマ歪曲が除去できる第１のフレームレート制御方法を提供することに第１目的がある。

前記目的を達成するための本発明によるフレームレート制御方法は、液晶表示装置外部のグラフィックソースからそれぞれ２進ｎビットの階調値で構成されるＲＧＢデータの入力を受ける第１段階と、前記ＲＧＢデータが示す階調値を利用してｅビット（ｅ≧ｎ＋１）にＲＧＢデータを拡張する第２段階と、前記拡張されたＲＧＢデータの下位ｄビットを抽出し、連続する２^ｄ個のフレーム内に、前記拡張されたＲＧＢデータの下位ｄビットによって前記拡張ＲＧＢデータの下位ｄビットを除いた上位（ｅ−ｄ）ビットが示す階調データとその直上位階調データの発生頻度が調整されるようにフレームデータを変換する第３段階と、前記第３段階で得られた２^d個のフレームデータの中で最初半分のフレームをノーマルフレーム、残り半分のフレームをプラスフレームと定義し、前記プラスフレームは各フレームの画素配置を垂直方向に変えて得られ、前記ノーマルフレームとプラスフレームは毎フレームごとに互いに交互に表示されるようにフレームデータを再配置する第４段階とを含み、前記第１乃至第４段階は所定数の単位画素ブロックに対して行われ、各単位画素ブロック内では前記ＲＧＢデータの下位ｄビットを除いた上位（ｅ−ｄ）ビットが示す階調データとその直上位階調データの発生頻度が空間的に調整されるように配置されることを特徴とする液晶表示装置のフレームレート制御方法を含む。

前記説明された本発明の目的、技術的構成及びその効果は次の実施例に関する説明を通じてより明白になる。

本発明によるフレームレート制御方法は、下位階調に対して共通の輝度を適用することによって、視覚的によく識別できる上位階調でのガンマ歪曲を除去することができ、高輝度部の色相歪みを軽減するので、好ましい色再現が可能になる。

従来の液晶表示装置でのフレームレート制御を説明するための図面である。従来のフレームレート制御が適用される時のグレーに対する透過率の関係を示した図面である。本発明による液晶表示装置の概略的な構成を示した図面である。本発明の液晶表示装置のための第１のフレームレート制御方法を説明するための図面である。図４に示す第１のフレームレート制御方法が適用される時のグレーに対する透過率の関係を示した図面である。本発明の液晶表示装置のための第２のフレームレート制御方法を説明するための図面である。図６に示す第２のフレームレート制御方法を実行するフローチャートである。前記図７のフローチャートにおいて拡張ビット算出のための数式２が適用される場合のガンマ特性を示したグラフである。前記図７のフローチャートにおいて拡張ビット算出のための数式２が適用される場合のガンマ特性を示したグラフである。前記図７のフローチャートにおいて拡張ビット算出のための数式２が適用される場合のガンマ特性を示したグラフである。前記図７のフローチャートにおいて拡張ビット算出のための数式３が適用される場合のガンマ特性を示したグラフである。前記図７のフローチャートにおいて拡張ビット算出のための数式３が適用される場合のガンマ特性を示したグラフである。前記図７のフローチャートにおいて拡張ビット算出のための数式３が適用される場合のガンマ特性を示したグラフである。前記図７のフローチャートにおいて拡張ビット算出のための数式４が適用される場合のガンマ特性を示したグラフである。前記図７のフローチャートにおいて拡張ビット算出のための数式４が適用される場合のガンマ特性を示したグラフである。前記図７のフローチャートにおいて拡張ビット算出のための数式４が適用される場合のガンマ特性を示したグラフである。本発明による第３のフレームレート制御方法においてノーマルフレームとプラスフレームの概念を説明するための図面である。本発明による第３のフレームレート制御方法においてノーマルフレームとプラスフレームが１フレーム毎に交互に表示されるように構成した画素パターンを示した図面である。連続する二つのフレームで空間的に４×４画素ブロック単位にノーマルフレームとプラスフレームを混用して構成した画素パターンを示した図面である。連続する二つのフレームで空間的に４×４画素ブロック単位にノーマルフレームとプラスフレームを混用して構成した画素パターンを示した図面である。本発明による第３のフレームレート制御方法において、プラスフレームとノーマルフレームが１フレーム毎に交互に表示されるように構成した画素パターンを示した図面である。本発明の第３のフレームレート制御方法によって赤及び緑色に対して時間的及び空間的にノーマルフレームとプラスフレームを配置した画素パターンを示した図面である。本発明の第３のフレームレート制御方法によって青色に対して時間的及び空間的にノーマルフレームとプラスフレームを配置した画素パターンを示した図面である。

以下、添付した図面を参照して本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。

図３には本発明による液晶表示装置の概略的な構成が示されている。

図３に示されているように、本発明による液晶表示装置は液晶パネル１、ゲート駆動部２、ソース駆動部３、電圧発生部４及びタイミング制御部５からなる。

前記液晶パネル１は互いに交差する複数のゲートライン及びデータラインと、各ゲートラインとデータラインが交差する領域に形成された画素で構成され、ゲートラインが順次に走査（scanning）されるたびにアナログ階調電圧がデータラインを経て対応する画素に印加される。前記タイミング制御部５には外部のグラフィックソース（graphic source）からＲＧＢデータ、フレームの時点を示すデータイネーブル信号（DE）、同期信号（SYNC）、及びクロック信号（CLK）が入力される。前記ＲＧＢデータはタイミング制御部５のデータ処理ブロック５１によってフレームレート制御とＲＧＢデータのタイミング再分配などのデータ処理が行われた後、ソース駆動部３に伝送される。また、前記タイミング制御部５の制御信号生成ブロック５２は、前記データイネーブル信号（DE）、同期信号（SYNC）及びクロック信号（CLK）を利用して表示動作を制御するための多様な制御信号を生成し各構成要素に伝送する。前記電圧発生部４はゲートラインを走査するためのゲートオン／オフ電圧を生成して前記ゲート駆動部２に出力すると同時に、画素印加電圧であるアナログ階調電圧を生成して前記ソース駆動部３に出力する。前記ソース駆動部３ではタイミング制御部５から伝送されたＲＧＢデータによってそれに適したアナログ階調電圧を選択して前記液晶パネル１に印加する。

次に、前記のように構成される液晶表示装置のタイミング制御部に適用される第１及び第２のフレームレート制御方法について説明する。

図４には第１のフレームレート制御方法を説明するための図表を示す。

本発明による第１のフレームレート制御方法は、従来のフレームレート制御を適用する時、図２のガンマ曲線を下方にシフトさせて、所定数の最下位階調に対して同一な輝度を適用することによって最上位階調でのガンマ歪曲補正のための余地を作る。言い換えれば、任意のｎビットＲＧＢデータの下位ｄビット削除圧縮するフレームレート制御が行われる時、前記第１のフレームレート制御方法では、表現可能な２^ｎ個の階調の中で最上位所定数の階調（高輝度部分）に対して同一の輝度を適用するのではなく、最下位所定数の階調（低輝度部分）に対して同一の輝度を適用する。つまり、上位階調では輝度が高くガンマ曲線の歪曲が容易に視認されるので、この領域のガンマ歪を正し、輝度が低くガンマ曲線の歪曲を認めにくい最下位階調に対しては同一輝度を適用する。これにより、全体としてのガンマ曲線歪曲が従来に比べて視覚的かつ相対的に低減できる。このような方法はｓＲＧＢ支援モニターに特に有利である。

図４の図表は、８ビット入力ＲＧＢデータによる０乃至２５５の階調に対する輝度状況を示し、左半分は従来の方法、右は本発明の第１方法のデータである。備考欄の黒三角は輝度表示が正常であることを示す。右側、本発明のデータでは、各画素毎に入力データから‘３’を差し引いて負値を‘０’に変換する。つまり、最下位４つの階調を‘０’に変換し、残りの階調では全体的に正常な輝度となるように変換したデータが示されている。本発明の方法では同じ画面が４フレーム続くと仮定して、次に、連続する４つのフレームに‘Ａ＋１’階調を分配する方法を決定する。つまり、変換されたデータの下位２ビットを利用して上位６ビットが示す階調とその直上位階調（上位６ビットが示す階調に‘１’を加えた値、つまり、２５６階調のグレーでは‘４’を加えた値）の発生頻度を調整するようにＲＧＢデータを変換させる。前記発生頻度の調整は従来のフレームレート制御方法と同様に行なわれる。ここで、下位４つの階調に対しては同一の輝度が現れるようにするために、下位４つの各階調に対しては‘００００００’でだけ４つのフレームを構成する。

図５には前記第１のフレームレート制御方法が適用される時のグレー（gray）に対する透過率の関係がグラフに示されている。

前記図５に示されているように、上位階調でのガンマ歪曲が除去されており、下位階調でのガンマ歪曲は許容できる程度になる。

しかし、このような第１のフレームレート制御方法においても、下位階調でのガンマ歪曲は存在し、これは表現可能な色数の減少につながる。

本発明による第２のフレームレート制御方法は表現可能な色数の増加をその目的とする。

図６には本発明による第２のフレームレート制御方法を説明するための図表が示されている。

本発明による第２のフレームレート制御方法はｎビットのＲＧＢデータをｅビットデータに拡張して、下位ｄビットによってＲＧＢデータを変換させる方法である。例えば、ｎ＝８ビットのＲＧＢデータが液晶表示装置のタイミング制御部に入力される場合、ｅ＝９ビットにデータを拡張して、下位３ビットによってＲＧＢフレームデータを変換させる。ここで、８ビットＲＧＢデータで構成される１フレームは６ビットＲＧＢデータによって２^dフレーム内の平均階調データで表現される。空間的には４×２画素ブロックを使用する。現在の技術状況では前記ｎが８ビットである場合が一般的であるが、１０ビット、１２ビットまたはそれ以上に拡張でき、前記ｄは３以上の整数、前記ｅは（ｎ+１）以上の整数である。

まず、図７のフローチャートを参照して本発明による第２のフレームレート制御方法の全体的な処理流れを説明する。

動作が始まると（S1）、外部のグラフィックソースから液晶表示装置のタイミング制御部にｎビットのＲＧＢデータが入力される（S2）。次に、前記ＲＧＢデータが示す階調値を利用した所定の数式によって拡張データが算出される（S3）。前記拡張データ算出のための数式については後記する。その後、前記拡張されたｅビットの下位ｄビットデータを利用して上位（ｅ−ｄ）ビットデータを変換させて出力する（S4）。より具体的には、前記拡張されたＲＧＢデータの下位ｄビットが抽出されて、連続する２^d個のフレーム内に、前記抽出されたＲＧＢデータの下位ｄビットによって前記ＲＧＢデータの下位ｄビットを除いた（ｅ−ｄ）ビットが示す階調とその直上位階調の発生頻度が調整されるようにフレームデータが変換される。この時、前記過程が行われる各フレームの単位画素ブロックは４×２である。各単位画素ブロックでは前記拡張されたＲＧＢデータの下位ｄビットを除いた（ｅ−ｄ）ビットが示す階調とその直上位階調の発生頻度が空間的に調整されるように配置される。

このような過程によってフレームデータの生成が終了し（S5）、前記 S2乃至 S4段階の過程は入力される全てのフレームのＲＧＢデータに対して行われる。

図６の図表はｎが８ビット、ｄが３ビット、ｅが９ビットである時の第２のフレームレート制御方法を説明する。

前記図６に示すように、ｄビット、つまり、拡張されたＲＧＢデータの下位３ビットによって連続する２^d個のフレーム内にフレームレート制御が行われる。図６で斜線で表示した画素はＲＧＢデータの（ｅ−ｄ）ビット、つまり、上位６ビットが示す階調を表示し、斜線で表示されていない画素はＲＧＢデータの（ｅ−ｄ）ビットが示す階調の直上位階調を表示する。つまり、（ｅ−ｄ）ビットが示す階調を‘Ａ‘とする時、斜線で表示されていない画素が表示する階調は‘Ａ+１’である。

図６で、下位３ビットは階調‘Ａ’以上‘Ａ+１’未満の２^ｄ個の階調、つまり、２³個の階調を示し、より具体的に、‘０００’は‘Ａ+０/８’、‘００１’は‘Ａ+１/８’、‘０１０’は‘Ａ+２/８’、‘０１１’は‘Ａ+３/８’、‘１００’は‘Ａ+４/８’、‘１０１’は‘Ａ+５/８’、‘１１０’は‘Ａ+６/８’、‘１１１’は‘Ａ+７/８’を各々示す。前記下位３ビットの状態によって、６ビットで表現できる階調‘Ａ’と‘Ａ+１’の発生頻度を調整することによって、８フレーム間の表示を時間的に平均すれば前記のように‘Ａ’と‘Ａ+１’の間の８段階の階調が表現できるようにしたことに本発明の特徴がある。

より具体的に、下位３ビットの中で最下位ビットが‘０’である場合には、残り２ビットで従来のフレームレート制御と同様に８フレームを再構成する。下位３ビットの中で最下位ビットが‘１’である場合には、最初の４フレーム内には残り２ビットで従来のフレームレート制御と同様の４フレームを再構成し、その次の４フレーム内には残り２ビットに‘１’を足して従来のフレームレート制御と同様の４フレームを再構成する。

例えば、下位３ビットの情報が‘１０１’であると仮定する。最初４フレームは既存のフレームレート制御と同様にフレームを再構成し、この時には‘１０’の２ビット情報を利用する。その次の４フレーム間には‘１０１’の下位ビットが‘１’であるので‘１０’に‘１’を足した値、つまり、‘１１’を利用して従来のフレームレート制御と同様にフレームを再構成する。もし、下位３ビットの中で最下位ビットが‘０’であれば既存のフレームレート制御と同様にフレーム再構成が行われる。

次に、ｎが８であり、ｅが９である時、前記第２のフレームレート制御方法で拡張ビットを算出する過程について説明する。

まず、次の数式１は８ビットのＲＧＢデータを９ビットに拡張するためのものである。

前記数式１でＧは入力される８ビットＲＧＢデータが示す１０進数で表現された階調値であり、"（）四捨五入"は括弧内の数の小数点以下を四捨五入するという意味である。入力ＲＧＢデータに対して前記数式１を適用すれば、計算結果の整数部として９ビットで示される数が算出される。このように算出された９ビットデータは先に説明した第２のフレームレート制御方法に利用される。前記数式１で、２５５で割り算する過程は、ハードウェア・ロジックで実現する場合に計算量を増加させる問題があるが、逆数をかける方法で実現したり、ロジック内部にルックアップテーブル（look-up table）を備えることによって簡単に解決できる。もし若干の誤差を許せば、分母＝256、分子=64として（２Ｇ）で近似でき、現実の操作はレジスターで1ビットだけシフトするだけでよいが、これでは高輝度部の飽和現象が残るから、（２Ｇ−６）で計算する方がよい。また、分母=256、分子=63つまり（63Ｇ／32）としてもよい。要は、９ビットのデータを使って、高輝度部に飽和現象や跳躍現象がなく、低輝度部の飽和現象が最小（または所定段階）になるような、カーブがなだらかで輝度反転が無く、計算時間の短い変換法を見出せばよいことである。

次に、８ビットのＲＧＢデータを９ビットに拡張するための数式２を説明する。

前記数式でＧ_Hi-FRCは９ビットに変換されたデータである。前記数式１には割算演算が含まれているので、実現するのには計算量が多い。数式をロジックで実現する時、８の倍数で割ることが便利なので、数式２を適用することができる。前記数式２によれば、入力されるＲＧＢデータの階調値が２５５であれば、Ｇ_Hi-FRCは、５０４=６３×８となるため、上位６ビットが"６３（十進数）"であり、下位３ビットが'０００'の値となる。この階調値２５５が、６ビットドライバーＩＣで出力できる最大の入力値となる。その他の階調では入力ＲＧＢデータに６３だけをかけて、その結果を５ビットだけ下位ビットだけ方向にシフトすれば容易に得られる。図８ａ乃至図８ｃのグラフには前記数式２を適用した場合の階調に対する輝度曲線と理想的な輝度曲線が比較して示されている。

図８ａには全体階調と輝度との関係に対して数式２を適用した場合（６３*Ｇ/３２）と理想的な場合（Ideal）が示されており、図８ｂには上位階調に対して前記二つの場合が示されており、図８ｃには下位階調に対して前記二つの場合が示されている。前記図８ａ乃至図８ｃのグラフを見てみると、上位階調で理想的な場合と多少の差があるが、その他の階調ではほとんど理想的な場合に近接することが分かる。

次に、８ビットのＲＧＢデータを９ビットに拡張するための数式３を説明する。

前記数式３は割算演算が含まれていない簡単な数式である。

図９ａには全体階調と輝度との関係に対して数式３を適用した場合（２Ｇ−６）と理想的な場合（Ideal）が示されており、図９ｂには上位階調に対して前記二つの場合が示されており、図９ｃには下位階調に対して前記二つの場合が示されている。前記図９ｃに示されているように、下位階調で数式３を適用した場合と理想的な場合の差が大きいように見られるが、これはグラフのスケーリング（scaling）差によるもので、実際には大きな誤差がない。

次に、８ビットのＲＧＢデータを９ビットに拡張するための数式４を説明する。

図１０ａには全体階調と輝度との関係に対して数式４を適用した場合（６３（Ｇ+１）/３２−１）と理想的な場合（Ideal）が示されており、図１０ｂには上位階調に対して前記二つの場合が示されており、図１０ｃには下位階調に対して前記二つの場合が示されている。

前記数式４を適用した図１０ａ乃至図１０ｃから分かるように、数式４を適用すれば、全体的に誤差が少なく変換できるという長所がある。

次に、８ビットのＲＧＢデータを９ビットに拡張するための数式５を説明する。

前記数式５は前記数式１、２及び３と類似しており、タイミング制御部に入力される８ビットのＲＧＢデータを９ビットに拡張するためのものである。

次に、図１１乃至１６を参照して本発明による第３のフレームレート制御方法を説明する。

本発明による第３のフレームレート制御方法は、画質劣化を減少させることをその目的とする。

図１１乃至１４には本発明の第３のフレームレート制御方法を説明するための図表が示されている。

本発明による第３のフレームレート制御方法は前述した第２のフレームレート制御方法により再構成された画素パターンに対して追加的に画素パターンを配置することに関する。基本的に、前記第３のフレームレート制御方法は前記図６に示した画素パターンを得るための過程をすべて含み、前記第２のフレームレート制御方法を遂行した結果に対する本発明の第３のフレームレート制御方法が適用される。また、図６に示された画素パターンは空間的な観点では４×２画素ブロック、時間的な観点では８フレーム期間の画素パターンであって、第２のフレームレート制御方法によって既に画素パターンが再構成されたものであるので、前記第３フレームレート制御方法にもこのような前提条件が適用されていると仮定する。ここで、本発明が適用される基本画素単位を４×２画素ブロックにしたことと、８フレーム画素パターンにしたことは本発明の原理から逸脱しない限度内で変更することができ、このことは当該技術分野で通常の知識を有する者であれば容易に行うことができる。前記第３フレームレート制御方法では、時間的な観点又は空間的な観点での第２フレームレート制御方法によって得られた画素パターンを、また、再配置することにより画質劣化を減少させることができる。

図１１に示した画素パターンでは“ノーマルフレーム”と“プラスフレーム”という概念が導入される。この概念は本発明で提案された用語であって、ノーマルフレームとは、本発明による第２のフレームレート制御方法が適用された画素パターンを有するフレームを表示するための画素データであり、プラスフレームとは、前記第２のフレームレート制御方法が適用された画素パターンにおいて上下方向に各画素の配置を変えたフレームを表示するための画素データのことである。つまり、図６の画素パターンに対して最初４個のフレームはノーマルフレームに構成し、その次の４個のフレームはプラスフレームに構成することによって、図１１の画素パターンが得られる。単純に図６の画素パターンを前記４個のノーマルフレームと４個のプラスフレームが連続的に表示されるように再配置することだけでも、４個の階調レベル単位に横線が表示される画質劣化現象はある程度減少できる。

しかし、本発明者は、画質を改善するための方法をさらに研究した結果、前記ノーマルフレームとプラスフレームが１フレーム単位に一つずつ交互に表示されるように８フレームを構成することが画質劣化を改善するのに一層効果的であるということを知った。

図１２にはノーマルフレームとプラスフレームが交互に表示されるように構成された画素パターンが示されている。

しかし、前記図１２に示された画素パターンによってもフリッカーを完全に解決することはできない。したがって、空間的にもノーマルフレームとプラスフレームを混用する方法を考えるようになった。つまり、１フレームを構成する表示画面で所定の画素ブロック単位にノーマルフレーム又はプラスフレームのうちのいずれかが表示されるようにし、その単位画素ブロックに隣接する画素ブロックではノーマルフレーム又はプラスフレームのうちの他のものを表示するようにする。例えば、任意の一つの単位画素ブロックでは図１２の画素パターンの中でノーマルフレームが先に始まるようにし、それに隣接した他の単位画素ブロックではプラスフレームが先に始まるようにすれば、前記ノーマルフレームとプラスフレームの空間的な配置を行える。このようにする場合、１フレーム内でも空間的に前記ノーマルフレームとプラスフレームが混用されて表示されるので、フリッカー問題を完全に解決できる。

図１３ａ及び１３ｂには空間的な観点でノーマルフレームとプラスフレームを配置する一つの例が示されている。前記図１３a及び１３ｂの例において、一つのブロックは４×２画素ブロックであり、斜線のブロックはプラスフレーム、斜線部分のないブロックはノーマルフレームである。図１３ａにはｎ番目フレームのための画素パターンが示されており、４×４画素ブロック単位にノーマルフレーム又はプラスフレームのうちの一つが該当画素ブロックでは同一に表示され、各単位画素ブロックとそれに隣接する単位画素ブロックにはノーマルフレーム又はプラスフレームが各々表示される。一方、図１３ｂには（ｎ＋１）番目フレームのための画素パターンが示されており、前記図１３ａに示された画素パターンとは反対である。つまり、ｎ番目フレームでノーマルフレームが表示されていた単位画素ブロックは（ｎ＋１）番目フレームでプラスフレームを表示し、ｎ番目フレームでプラスフレームが表示されていた単位画素ブロックは（ｎ＋１）番目フレームでノーマルフレームを表示する。そして、図１３ｂに示したように、（ｎ＋１）番目フレームではｎ番目フレームでとは反対にノーマルフレームとプラスフレームが配置されるように画素パターンが構成される。このように画素パターンを構成することにより、フリッカーと画質劣化の問題点を完全に解決することができる。

図１４の画素パターンはノーマルフレームとプラスフレームが交互に表示されるように画素パターンが構成されるという点では図１２の画素パターンと類似しているが、プラスフレームとノーマルフレームの発生順序が図１２の画素パターンとは反対である。つまり、時間的に１番目フレームではプラスフレームが表示され、その次のフレームではノーマルフレームが表示される。

図１５及び１６には前記第３のフレームレート制御方法によって時間的及び空間的な観点で再配置された画素パターンが示されている。より具体的に、図１５は特に赤及び緑色に対して時間的及び空間的な観点から再配置した画素パターンを示しており、図１６は青色に対して時間的及び空間的な観点から再配置した画素パターンを示している。前記図１５及び図１６では４×４画素ブロックが単位画素ブロックとなり、この単位画素ブロックはプラスフレームとノーマルフレームを交互に空間的に表示し、同様に時間的にもプラスフレームとノーマルフレームを交互に表示することを詳細に示している。既述のように、垂直方向に階調レベルを配置する時、横線が表示されることは反転駆動と深く関連する。緑色では下に階調が暗くなる方向である時、横線がよく見え、赤及び青色では上に階調が暗くなる方向である時よく見えることは反転の極性に影響があることが分かる反証である。したがって、将来どのような反転駆動方法が適用されても、それによる影響を少なくするためにもう一つの方法を追加することができる。図１５に示したものは赤／緑色に対する反転駆動方法であるとすれば、青色に対するものをこれと反対に４×４画素ブロック内で上下を変えた形態で画素パターンを有するようにする。ＲＧＢが同一なＦＲＣ画素パターンを有するものより、異なるＦＲＣ画素パターンを有する方が画質が向上する。

１:液晶パネル
２:ゲート駆動部
３:ソース駆動部
４:電圧発生部
５:タイミング制御部
５１:データ処理ブロック
５２:制御信号生成ブロック

Claims

液晶表示装置外部のグラフィックソースからそれぞれ２進ｎビットの階調値で構成されるＲＧＢデータの入力を受ける第１段階と、
前記ＲＧＢデータが示す階調値を利用してｅビット（ｅ≧ｎ＋１）にＲＧＢデータを拡張する第２段階と、
前記拡張されたＲＧＢデータの下位ｄビットを抽出し、連続する２^ｄ個のフレーム内に、前記拡張されたＲＧＢデータの下位ｄビットによって前記拡張ＲＧＢデータの下位ｄビットを除いた上位（ｅ−ｄ）ビットが示す階調データとその直上位階調データの発生頻度が調整されるようにフレームデータを変換する第３段階と、
前記第３段階で得られた２^d個のフレームデータの中で最初半分のフレームをノーマルフレーム、残り半分のフレームをプラスフレームと定義し、前記プラスフレームは各フレームの画素配置を垂直方向に変えて得られ、前記ノーマルフレームとプラスフレームは毎フレームごとに互いに交互に表示されるようにフレームデータを再配置する第４段階とを含み、
前記第１乃至第４段階は所定数の単位画素ブロックに対して行われ、各単位画素ブロック内では前記ＲＧＢデータの下位ｄビットを除いた上位（ｅ−ｄ）ビットが示す階調データとその直上位階調データの発生頻度が空間的に調整されるように配置されることを特徴とする液晶表示装置のフレームレート制御方法。
前記所定数の画素ブロックは４×２画素ブロックであることを特徴とする、請求項１に記載の液晶表示装置のフレームレート制御方法。
一つのフレームを構成しようとする表示画面において、所定の画素ブロック単位にノーマルフレーム又はプラスフレームの中の一つが表示されると同時に、前記画素ブロック単位に隣接した周辺の画素ブロックではノーマルフレーム又はプラスフレームの中の他の一つが表示されるように画素パターンを空間的に再配置する第５段階をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の液晶表示装置のフレームレート制御方法。
前記所定の画素ブロック単位は４×４画素ブロックであることを特徴とする、請求項３に記載の液晶表示装置のフレームレート制御方法。