JP3288426B2 - 液晶表示装置およびその駆動方法 - Google Patents

液晶表示装置およびその駆動方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、多階調表示を行う液晶
表示装置に関し、さらに詳しくはA/D変換器(アナロ
グ−デジタル変換器)により量子化した画像情報にもと
づいて多階調表示を行う液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】画像表示にデジタル信号処理を加えるこ
とが一般化してきている。ここで、テレビ等のアナログ
信号をA/D変換すると、階調の連続性を失い表示画像
に偽の輪郭が発生する(量子化雑音)。表示素子として
液晶パネルを使用する液晶テレビでもこのA/D変換器
を使用する方式が多い。動画表示を行うパッシブマトリ
クスパネルでは、輝度信号をA/D変換してからパルス
幅に変調する手法が一般的であり、MIM素子を利用し
たアクティブマトリクスパネルでも同様の手法を使える
ことが示されている(特公昭63−6855号公報)。
ところで、液晶テレビでは小型化や携帯性を確保するた
めに4ビットA/D変換器を使用することが多い。しか
し、4ビットデータで可能な表示階調数は16階調と階
調数が少ないため、量子化雑音が目立つ。
【0003】図16にディザ法で画質を改善するシステ
ム例のブロック図を示す。このシステムにおいて、テレ
ビ信号2100は4ビットA/D変換器2101の入力
端子INに入力しており、A/D変換された4ビットデ
ータ2107は信号電極駆動回路2104内のメモリ2
102に出力されている。マルチプレクサ2103には
上側の基準電圧Vt1とVt2を切り換える上側スイッ
チ2110と下側の基準電圧Vb1とVb2を切り換え
る下側スイッチ2111があり、それぞれのスイッチ2
110、2111の出力側は4ビットA/D変換器21
01の上側基準電圧入力Vrtと下側基準電圧入力Vr
bに接続している。コントローラ2109の出力するク
ロックφ1はマルチプレクサ2103に入力し、スイッ
チ2110と2111を連動して切り換え制御する。
【0004】また、コントローラ2109から走査電極
駆動回路2106には、走査開始タイミングを与えるス
タート信号、選択パルスを順次移動させるタイミングを
与えるクロックなどを含む垂直走査用の信号群φ4が出
力している。更に、A/D変換器2101と信号電極駆
動回路2104には、おもに水平同期信号を基準にして
作成された信号群であり、データサンプリングクロッ
ク、メモリ2102のアドレスを作成するシフトクロッ
ク、メモリ2102内でデータを転送するラッチクロッ
ク、パルス幅変調用のタイミングを与える信号等を含む
信号群φ3が出力されている。信号電極駆動回路210
4にはメモリ2102とパルス幅変調回路2105があ
り、液晶パネル2108の信号電極の各々に出力端子が
接続している。また、走査電極駆動回路2106は液晶
パネル2108の走査電極の各々に出力端子が接続して
いる。
【0005】図16においてメモリ2102は、4ビッ
トデータ2107を逐次読み込み、一水平走査期間の読
み込みが終了したら全データをパルス幅変調器2105
に転送する。一般的な線順次走査による表示法では、一
番目の水平走査期間で、A/D変換器2101はテレビ
信号2100を4ビットデータ2107に量子化する。
これをメモリ2102に逐次格納する。二番目の水平走
査期間では、まずコントローラ2109のクロック群φ
3のラッチクロックにより一番目の水平走査期間で読み
込んだデータを、パルス幅変調器2105に転送する。
次に、パルス幅変調器2105は転送されたデータをパ
ルス幅変調して液晶パネル2108の信号電極に出力す
る。このとき対応する走査電極に走査電極駆動回路21
06から選択電圧を出力し、信号電極駆動回路2102
が出力する波形とあわせて所望の画素に階調駆動信号を
印加する。これと平行して二番目の水平走査期間のテレ
ビ信号2100を量子化し、この4ビットデータ210
7を逐次メモリ2102に格納する。同様にして三番目
の水平走査期間に所望の画素に階調駆動信号の印加とサ
ンプリングを行う。これを全画面について繰り返すこと
により一画面表示を行う。
【0006】図16に示すシステムにおいて、ディザ法
により32階調表示をする方法を述べる。説明のため、
A/D変換器2101に入力するテレビ信号2100は
輝度の均一なラスター信号と仮定する。また液層パネル
2108の走査電極数が240本でNTSC方式のテレ
ビ表示を行うと仮定する。更に、電圧 Vt1<Vt
2、 Vb1<Vb2という関係にあると仮定する。デ
ィザ法は複数のフィールドで階調を表現する方法である
が、画像としては垂直方向の分解能が半減する。
【0007】2つのフィールドによるディザ法では、ま
ず第1フィールドでA/D変換用の基準電圧対をVt1
とVb1の組としてラスター信号を第n階調に変換し画
素に電圧印加をする。次に、第2フィールドでは基準電
圧対をVt2とVb2に切り換え、A/D変換器210
1はラスター信号を波高値の高低差により第n階調か第
n−1階調に変換する。第1フィールドと第2フィール
ドとも第n階調に変換する場合には視覚上第n階調と知
覚する。一方第1フィールドで第n階調、第2フィール
ドで第n−1階調に変換する場合には視覚上、平均化を
行い第n−0.5階調として知覚する。このようにして
0.5階調刻みの表示が可能となり4ビットA/D変換
器2101を使用しても32階調表示が可能となる。こ
こで、1フィールドの周期が1/60秒とすれば、2つ
のフィールドによるこのディザ法の周期は1/30秒で
あるのでフリッカの発生はない。なお液晶の応答性に基
づいてもディザ法は説明できる。
【0008】この他に2値表示の液晶パネルで階調表示
を行う方法として時分割法と面積階調法がある。時分割
法は画素の透過状態(以下オンと称する)の時間と非透
過状態(以下オフと称する)の時間の比を表示階調に対
応させて平均的な透過光量を調節する。面積階調法は画
素をサブ画素にわけ、オン状態のサブ画素とオフ状態の
サブ画素の面積比と階調とを対応させ視覚の空間的な平
均化作用を利用する。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来技術には各種の問題点が指摘されている。MIM
素子等を用いたアクティブマトリクス駆動方式の液晶表
示装置では表示画像のコントラストがCRTに匹敵する
ほど高い。CRTでは64階調表示の品質を「妨害がわ
かるが気にならない程度」としているので、画像品位を
問題にする液晶表示装置でもこの64階調表示を最低限
の目安にする必要がある。パルス幅変調のみで64階調
表示を実現するにはA/D変換器を6ビット化し、6ビ
ットデータの信号処理を行えばよい。しかし、A/D変
換器のビット数を1だけ増やすとA/D変換器内のコン
パレータ数は2倍になり、ドライバー部に用いるメモリ
数も2倍になる。このようにすると回路の大型化とコス
トアップを招くという問題が生じてくる。
【0010】4ビットA/D変換器を使用しディザ法で
64階調表示を行うには、4つの画面(テレビでは4フ
ィールド)を用いて表示すればよい。これは、1/4L
SBごとにシフトした上下の4組の基準電圧対を画面ご
とに切り換える方法である。しかし、人間の目の特性上
約30Hz以上の周波数で明るさが変化する場合は、明
るさはその時間平均として捕らえる事になるが、この周
期以下では明るさの変化をフリッカとして認識する。発
明者の実験によると、テレビ画像表示時にフィールドご
とに上下の4組の基準電圧対を切り換えた場合、約15
Hzのフリッカが生じ、たいへん気になった。このよう
に小規模なA/D変換器でディザ法を拡張し多階調表示
を行うとフリッカ障害が発生するという問題がある。
【0011】面積階調法で多階調表示を行うには画素を
サブ画素に分割する。最も少ない分割法として、例えば
16階調表示では4個のサブ画素に分割し、それぞれの
面積比を1:2:4:8にする。そして階調データによ
り光を透過させる画素と透過させない画素を選択する。
この方式で64階調まで表示可能にするには画素を6個
のサブ画素に分割し、それぞれのサブ画素を独立に駆動
制御する必要が生じる。このように面積階調法では多階
調表示に際して画素数の増大をまねき、さらに制御線数
も増加するという問題がある。
【0012】本発明の目的は、以上のような問題点を解
決した、小規模なA/D変換器で高品質な多階調表示の
できる液晶表示装置を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、A/D変換器と液晶パネルを備え、表示
画像信号を基準電圧に基づいて、A/D変換器により量
子化された表示データに変換し、液晶パネルの信号電極
に前記表示データに基づく信号電極駆動信号を印加し、
液晶パネルの走査電極を順次選択して、前記表示データ
を液晶パネルに表示する液晶表示装置の駆動方法におい
て、複数の前記基準電圧出力をもつ複数の基準電圧グル
ープを設け、前記基準電圧を互いに他のグループの基準
電圧と異なる値に設定し、フィールド毎に一定の周期
で、前記基準電圧グループを選択し、各フィールド内で
は走査電極毎、または、A/D変換器のサンプリング周
期毎に所定の周期で前記基準電圧出力の電圧を選択して
A/D変換し、前記表示データを液晶パネルに表示する
ことを特徴としている。更に本発明は、フィールド毎に
一定の周期で、前記基準電圧グループを選択し、各フィ
ールド内ではA/D変換器のサンプリング周期毎に所定
の周期で前記基準電圧出力の電圧を選択するとともに、
走査電極毎にサンプリング周期と基準電圧の対応を1周
期づつずらせて基準電圧を選択してA/D変換し、前記
表示データを液晶パネルに表示することを特徴としてい
る。
【0014】
【作用】各画素に於いては、ディザ法を用いることによ
りA/D変換器の分解能から得られる階調数に基準電圧
のグループの数を乗じた階調数の表示を行う。さらに、
たとえば隣接する二画素に於いてそれぞれ異なった基準
電圧によるA/D変換をするとすれば、二画素の平均と
して捕らえ直す面積階調により、さらに2倍の階調数に
よる表示を行える。すなわち、全体ではA/D変換器の
分解能から得られる階調数にディザ法の階調の効果と面
積階調の効果が乗じられた階調数による表示が可能とな
る。
【0015】
【実施例1】以下、本発明による第1の実施例を図1〜
図6を用いて説明する。図1は本実施例の液晶表示装置
のブロック図であり、A/D変換器の基準電圧対の組数
nを2と仮定している。図1において4つの上側の基準
電圧Vt1〜Vt4のうちの一つ(図中ではVt1)が
4ビットA/D変換器106の上側基準電圧入力Vrt
に、マルチプレクサ104内の4入力スイッチを介して
接続しており、同様に下側の基準電圧Vb1〜Vb4の
うち一つ(図中ではVb1)が下側基準電圧入力Vrb
に接続している。テレビ信号117がA/D変換器10
6の入力端子INに接続しており、A/D変換器106
の出力データはデータバス108を介して、信号電極駆
動回路110内のメモリ110aに接続している。信号
電極駆動回路110はメモリ110aとパルス幅変調器
110bにより構成され、その出力端子は液晶表示パネ
ル112の信号電極と接続する。コントローラ114は
クロックφ1とφ2をマルチプレクサ104に、信号群
φ3をA/D変換器106と信号電極駆動回路110
に、信号群φ4を走査電極駆動回路116に出力してい
る。
【0016】A/D変換器106の上側及び下側の基準
電圧Vt2〜Vt4及びVb2〜Vb4は4ビットA/
D変換器の電圧分解能(以下LSBと称する)で換算し
て上下の基準電圧Vt1及びVb1より高い方向に1/
4LSBずつシフトした電圧値に設定する。すなわち、 Vb2=Vb1+ 1/4LSB Vb3=Vb1+ 2/4LSB Vb4=Vb1+ 3/4LSB Vt2=Vt1+ 1/4LSB Vt3=Vt1+ 2/4LSB Vt4=Vt1+ 3/4LSB となる。
【0017】この際、下側の基準電圧Vb1をテレビ信
号117の黒レベルに、上側の基準電圧Vt4を白レベ
ルに合わせる。尚、各基準電圧のVb1、Vt1に対し
てシフトする方向は低い方向でも良く、この時には下側
の基準電圧Vb4を黒レベル、上側の基準電圧Vt1を
白レベルに合わせる。ここで、上下の基準電圧Vt1と
Vb1、Vt2とVb2、Vt3とVb3、Vt4とV
b4はそれぞれ基準電圧対となるので説明の都合上、以
下それぞれ基準電圧対Vt1−Vb1,Vt2−Vb
2,Vt3−Vb3,Vt4−Vb4と表記する。第1
フィールドでは上記のように設定した基準電圧対群Vt
1−Vb1,Vt2−Vb2,Vt3−Vb3,Vt4
−Vb4のうち2対をマルチプレクサ104により切り
換えてA/D変換器106の上側と下側基準電圧入力V
rt、Vrbに接続する。同様に第2フィールドでは残
りの2対の基準電圧対をマルチプレクサ104により切
り換えてA/D変換器106の上側と下側基準電圧入力
Vrt、Vrbに接続する。NTSC方式のテレビ信号
117は2つのフィールドで1フレームを構成しフレー
ム周期は1/30秒である。ディザ法を行うための基準
電圧対の切り換えはフィールドごとに行えば1/30秒
周期となり、見た目にフリッカとして認識することはな
い。
【0018】表1は図1の実施例1でマルチプレクサ1
04に入力するクロックφ1とφ2と上下の基準電圧V
t1,Vt2,Vt3,Vt4,Vb1,Vb2,Vb
3,Vb4と上下の基準電圧入力Vrt,Vrbの接続
関係を設定する表である。クロックφ1がハイレベル
(表の中では1で表記)、クロックφ2がローレベル
(表の中では0で表記)のとき、上側基準電圧入力Vr
tに上側の基準電圧Vt1,下側基準電圧入力Vrbに
下側の基準電圧Vb1が入力する。同様にクロックφ1
とφ2がハイレベルのとき、Vrt,Vrbにそれぞれ
Vt3,Vb3が入力し、クロックφ1とφ2がローレ
ベルのときは、Vt4,Vb4が、クロックφ1とφ2
がローレベルとハイレベルのときは、Vt2,Vb2が
入力する。
【0019】表2は本実施例でディザ法を適用する際の
画素Aと画素Bに対する基準電圧対を示したものであ
る。ここで画素A、画素Bは互いに隣り合い、走査電極
を異にする2つの画素である。画素Aに表示する信号は
第1,2フィールドでそれぞれ基準電圧対Vt1−Vb
1,Vt4−Vb4によりA/D変換する。同様に第2
の画素としての画素Bに表示する信号は第1,2フィー
ルドでそれぞれ基準電圧対Vt3−Vb3,Vt2−V
b2でA/D変換する。
【0020】
【0021】
【0022】本実施例の駆動におけるタイミングチャー
トを図2と図3に示す。図2はテレビ信号117の第1
フィールドにおけるタイミングチャートである。図2に
おいて、(A)のAINはA/D変換器106に入力す
るテレビ信号117であり、液晶パネル112の上から
1,2,3,4番目の走査電極上の画素群で表示する信
号成分を丸で囲んだ数字1,2,3,4として示してい
る。(B)は第1フィールドではハイレベルとなるクロ
ックφ1、(C)は走査信号が奇数番目か偶数番目かで
ローレベルとハイレベルにの切り換わるクロックφ2、
(D)は信号群φ3のなかの代表例として示すA/D変
換器106のサンプリングクロックφ3aである。
(E)はA/D変換器106の上側基準電圧入力Vrt
の電位であり、マルチプレクサ104を介して入力され
る上側の基準電圧Vt1〜Vt4のいずれかの電位であ
る。(F)はA/D変換器106の下側基準電圧入力V
rbの電位であり、マルチプレクサ104を介して入力
される下側の基準電圧Vb1〜Vb4のいずれかの電位
である。なお(D)のサンプリングクロックφ3aは本
実施例の動作タイミングには関係がなく、単に信号の相
互関係を示しているのみであり、現実の1水平走査期間
で数100回サンプリングするものを10回に模式化し
て表している。
【0023】図2において第1フィールドのクロックφ
1はハイレベルであり、奇数番目の走査信号1,3では
クロックφ2がローレベルである。そこで表2の関係に
従うとマルチプレクサ104のなかのスイッチを介し
て、A/D変換器106の上側基準電圧入力Vrtに上
側の基準電圧Vt1、下側の基準電圧入力Vrbに下側
の基準電圧Vb1が接続する。第1フィールドの奇数番
目の走査期間1,3では、この上側の基準電圧Vt1と
下側の基準電圧Vb1を基準電圧対としてテレビ信号を
A/D変換する。次に第1フィールドの偶数番目の走査
信号2,4ではクロックφ2がローレベルからハイレベ
ルに論理値を変えるので、表2の関係に従ってマルチプ
レクサ104内のスイッチが切り換わり、上側の基準電
圧Vt3がA/D変換器106の上側基準電圧入力Vr
t、下側の基準電圧Vb3が下側基準電圧入力Vrbに
接続する。こうして第1フィールドでは基準電圧対Vt
1−Vb1とVt3−Vb3でA/D変換したデータ
を、それぞれ奇数番目と偶数番目の走査電極上の画素群
で表示する。
【0024】図3はテレビ信号117の第2フィールド
におけるタイミングチャートであり、図中の記号は図2
と同じものであるる。図3において、(G)のテレビ信
号AINは図2と同様に液晶パネル112の上から1,
2,3,4番目の走査電極上の画素群で表示する信号成
分を丸で囲んだ数字1,2,3,4で示している。
(H)は第2フィールドでハイレベルに論理値が変化す
るクロックφ1、(I)はクロックφ2、(J)はサン
プリングクロックφ3a、(K)は上側基準電圧入力V
rt、(F)は下側基準電圧入力Vrbである。なお
(I)と(J)は図2と同じであるが、(K)と(L)
は位相のほかにハイレベルがそれぞれVt4,Vb4、
ローレベルがそれぞれVt2,Vb2と図2とは異なっ
ている。
【0025】図3において第2フィールドのクロックφ
1はローレベルであり、奇数番目の走査信号1,3では
クロックφ2がローレベルであるから、表2の関係に従
ってマルチプレクサ104のなかのスイッチを介して、
A/D変換器106の上側基準電圧入力Vrtに上側の
基準電圧Vt4、下側基準電圧入力Vrbに下側の基準
電圧Vb4が接続する。第2フィールドの奇数番目の走
査期間1,3ではこの上側の基準電圧Vt4と下側の基
準電圧Vb4を基準電圧対としてテレビ信号をA/D変
換する。次に第2フィールドの偶数番目の走査信号2,
4ではクロックφ2がローレベルからハイレベルに論理
値を変え、表2の関係に従ってマルチプレクサ104内
のスイッチが切り換わり、上側の基準電圧Vt2がA/
D変換器106の上側基準電圧入力Vrt、下側の基準
電圧Vb2が下側基準電圧入力Vrbに接続する。こう
して第2フィールドでは基準電圧対Vt4−Vb4とV
t2−Vb2でA/D変換したデータを、それぞれ奇数
番目と偶数番目の走査電極上の画素群で表示する。
【0026】図4は本実施例の液晶パネルの112の左
上隅の拡大図である。第1の画素として選んだ奇数番目
の走査電極上の画素601の表示には第1,2フィール
ドで基準電圧対Vt1−Vb1とVt4−Vb4を使用
し、2フィールド周期のディザ法を適用するので表2の
画素Aに対応する。一方第2の画素として選んだ偶数番
目の走査電極上の画素602の表示には基準電圧対Vt
3−Vb3とVt2−Vb2を使用し、2フィールド周
期のディザ法を適用するので表2の画素Bに対応する。
これらを画素中にA,Bとして記載した。本実施例では
水平走査周期ごとに異なった基準電圧対でA/D変換を
行っているので、それぞれ水平方向に一列に配列し、垂
直方向に隣接している画素Aと画素Bは垂直方向で面積
階調的な表示効果が生じる。これについて図5〜図6を
用いてさらに詳しく説明する。
【0027】図5は上下の基準電圧Vt1〜Vt4,V
b1〜Vb4から作成する比較電圧と入力するテレビ信
号の電圧関係を示す説明図である。本実施例のA/D変
換器では上下の基準電圧の間を14当分して比較電圧を
作成しており、この比較電圧によりテレビ信号の量子化
を行う。図5において上側の基準電圧Vt1と下側の基
準電圧Vb1の基準電圧対で量子化するときに、第6階
調(0110)と第7階調(0111)の変わり目に相
当する電圧レベル(比較電圧)をa1とし、同様に第7
階調と第8階調の変わり目の比較電圧をb1とする。な
お、第6階調用の比較電圧a1は基準電圧対の間を14
等分して作成した電圧の下から6番目の電位になる。同
様に上下の基準電圧Vt2とVb2、Vt3とVb3、
Vt4とVb4の基準電圧対で量子化する時の第6階調
と第7階調の変わり目の比較電圧をそれぞれa2、a
3、a4とする。ここで、上下の基準電圧にはVt1<
Vt2<Vt3<Vt4と Vb1<Vb2<Vb3<
Vb4の関係があるので a1<a2<a3<a4<b
1 となる。また入力するテレビ信号の波高値e1、e
2、e3、e4は、a1、a2、a3、a4、b1に対
して、a1<e1<a2<e2<a3<e3<a4<e
4<b1の関係にあると仮定する。
【0028】このような条件で、一定輝度の波高値e1
を有するラスター信号を入力した場合の階調について図
5を用いて説明する。第1フィールドに於ける奇数番目
の走査電極上の画素Aに表示する信号の階調は直近の比
較電圧a1を用いて量子化するので、波高値e1は比較
電圧a1より高いから第7階調(0111)となる。第
2フィールドにおいては奇数番目の走査電極上で表示す
る信号の波高値e1を比較電圧a4で量子化するので、
波高値e1はa4より低いから第6階調(0110)と
なる。次に、第1フィールドにおける偶数番目の走査電
極上の画素Bに表示する信号の階調は比較電圧a3で量
子化するので、波高値e1がa3より低いから第6階調
となる。同様に第2フィールドにおいては波高値e1を
比較電圧a2で量子化するので、波高値e1がa2より
低いからは第6階調となる。
【0029】この結果と波高値e2,e3,e4につい
ての同様の考察を表3にまとめて示す。表3において、
eはラスター信号の波高値、第1Fは第1フィールドの
階調、第2Fは第2フィールドの階調、ディザはディザ
法のみの効果による階調、面積階調は本発明の面積階調
の効果を合成した階調である。波高値e1において、奇
数番目の走査線上の画素(Aで記載)に表示する階調は
第1フィールドでは第7階調(表中では7)、第2フィ
ールドでは第6階調(表中では6)となる。前述の人間
の目の特性上、画素の明るさが時間平均として知覚され
る性質を利用すると、Aでは6.5階調に相当する表示
を行っているように見える(表中ではディザの項目のと
ころに記入)。一方、偶数番目の走査線上の画素に表示
する階調は、第1フィールド及び第2フィールド共に第
6階調なのでその時間平均も第6階調となる(表中では
ディザの項目のところに記入)。波高値e1で奇数番目
の走査電極では、テレビ信号の2フィールド周期(1フ
レーム周期)が1/30秒であるので、この明るさの変
化を人間の目はフリッカとして認識しない。また隣接し
ている画素Aと画素Bがそれぞれが6.5階調と第6階
調であるので、人間の目では細部を平均化してしまうた
めこの領域は6.25階調になる(表中では面積階調の
ところに記載)。
【0030】同様に波高値e2の場合は画素Aを第1、
第2フィールドでそれぞれ第7、第6階調表示する。画
素Bは波高値e2を第1、第2フィールドでそれぞれ第
6、第7階調表示する。これらにディザ法を適用すると
画素A,Bとも6.5階調となり、面積階調も6.5階
調となる。波高値がe3の場合は画素Aを第1、第2フ
ィールドでそれぞれ第7、第6階調表示し、画素Bは第
1、第2フィールドでそれぞれ第7、第7階調表示す
る。これらにディザ法を適用すると画素Aと画素Bは
6.5階調と第7階調となり、面積階調は6.75階調
となる。波高値e4の場合は第1、第2フィールドでそ
れぞれ第7、第7階調表示する。これらにディザ法を適
用すると画素Aと画素Bは第7階調となり、面積階調も
第7階調となる。
【0031】
【0032】図6に表3の表示の際の画素部の拡大図を
示す。図6において(1)、(2)、(3),(4)は
それぞれ波高値e1,e2,e3,e4の表示状態を示
し、表3のe1、e2、e3、e4に対応している。図
6(1)に於いて、奇数番目の走査線上の画素601は
表3のe1より6.5階調を示し、偶数番目の走査線上
の画素602は6.0階調を示しており、これらを画素
中に記入しいる。図中点線で囲った画素対901は隣接
している奇数番目の走査線上の画素601と偶数番目の
走査線上の画素602から成る。前述したように、人間
の目の特性上隣接する画素間における見た目の明るさが
視覚の分解能以下では空間的に平均化されるという性質
がある。これを利用した階調表示方法(面積階調法)に
より、画素対901の画素601と画素602の見た目
の明るさも平均化され、画素601の明るさが6.5階
調、画素602の明るさが6.0階調であるので、空間
的に平均化された画素対の明るさは6.25階調とな
る。同様に、(2)では画素全体が6.5階調表示を行
っているので面積階調も6.5階調となり、(3)では
奇数番目の走査電極上の画素601が6.5階調を表示
し、偶数番目の走査電極上の画素602が7.0階調を
表示するので、画素対901の面積階調は6.75階調
となる。また、(4)では画素全体が7.0階調表示を
行っているので面積階調も7.0階調となる。
【0033】以上のことからディザ法と面積階調法を組
み合わせることにより、従来の表示方法ではいずれも第
7階調であり、それ以上に区別できなっかた波高値e
1,e2,e3,e4を分離できる。また、ディザ法が
30Hzであるためフリッカ妨害がなく、隣接画素間で
さらに0.5階調きざみの面積階調法なので空間的に滑
らかな画像が得られる。言い変えると第6階調(011
0)と第7階調(0111)の間に6.25、6.5、
6.75という3つの階調レベルが新たに生じたことに
なり、全階調数で見ると4ビットA/D変換器で表現で
きる階調数である16階調の4倍の64階調化を実現し
ている。現実のテレビ信号はこのようなラスター信号と
は異なり時間的にも空間的にも変化しているが、多くの
場合直近の時間空間の輝度変化は小さいのでこの方法で
生じる表示エラーの発生確率は低い。また大きな変化が
ある場合でもこの方法により発生する表示エラー(誤
差)の程度は1階調以内で小さく、表示エラー(誤差)
は目だたない。
【0034】実施例1はディザ用に画素A用の基準電圧
対として(Vt1−Vb1,Vt4−Vb4)と画素B
用の基準電圧対として(Vt3−Vb3,Vt2−Vb
2)採用した。しかし、画素A用の基準電圧対として
(Vt1−Vb1,Vt2−Vb2)と画素B用の基準
電圧対として(Vt3−Vb3,Vt4−Vb4)の組
み合わせでも図5〜図6の考察を繰り返すと同様の結果
にいたる。同様に画素A用の基準電圧対として(Vt1
−Vb1,Vt3−Vb3)と画素B用の基準電圧対と
して(Vt2−Vb2,Vt4−Vb4)の組み合わせ
でも同様の結果にいたる。
【0035】
【実施例2】実施例1では面積階調を行うために隣接す
る画素を垂直方向(隣接する走査電極の方向)に選んで
いる。次に隣接する画素を水平方向(隣接する信号電極
の方向)にする例を図7〜13を用いて説明する。図7
と図8は本実施例の動作を説明するためのタイミングチ
ャートであり、(A)〜(L)は図2と図3の(A)〜
(L)に対応している。また本実施例においてシステム
は図1の実施例1と共通である。図7(C)においてマ
ルチプレクサ104を切り換えるクロックφ2は(D)
のA/D変換器106のサンプリングクロックφ3aご
とにローレベルとハイレベルに切り換わっている。同様
に図8(I)において第2フィールドでもクロックφ2
は(J)のサンプリングクロックφ3aごとにローレベ
ルとハイレベルに切り換わっている。
【0036】第1フィールドではクロックφ1がハイレ
ベルなので、表2の関係に従って(E)の上側基準電圧
入力VrtにA/D変換器104のデータサンプリング
ごとに上側の基準電圧Vt1とVt3が切り換わって入
力し、(F)の下側基準電圧入力Vrbにデータサンプ
リングごとに下側の基準電圧Vb1とVb3が切り換っ
て入力する。第2フィールドでは図8(H)のようにマ
ルチプレクサ104に入力クロックφ1がローレベルに
なるので、図2の関係に従って上側基準電圧入力Vrt
には(K)のように上側の基準電圧Vt2とVt4、下
側基準電圧入力Vrbには(L)のように下側の基準電
圧Vb2とVb4が切り換って入力する。
【0037】本実施例では奇数番目の信号電極上の画素
に表示するデータを第1フィールドでは上側の基準電圧
Vt1と下側の基準電圧Vb2の基準電圧対でA/D変
換し、第2フィールドでは上側の基準電圧Vt4と下側
の基準電圧Vb4の基準電圧対でA/D変換するので、
この画素は図3の画素Aである。同様に偶数番目の信号
電極上の画素に表示するデータを第1フィールドでは上
側の基準電圧Vt3と下側の基準電圧Vb3の基準電圧
対でA/D変換し、第2フィールドでは上側の基準電圧
Vt2と下側の基準電圧Vb2の基準電圧対でA/D変
換するので、この画素は図3の画素Bである。
【0038】上記の画素A,Bの配列状態を図9に示
す。図9は実施例2のディザ法で表示を行う液晶パネル
の左上隅の拡大図であり、奇数番目の信号電極上の画素
1201は画素A、偶数番目の信号電極上の画素120
2は画素Bである。この画素の型A,Bを画素内に記載
している。図9のように画素Aと画素Bはそれぞれ垂直
方向に配列し、水平方向に隣接している。
【0039】本実施例の方法で得られる表示状態を図1
0で示す。図10は図5の波高値e1〜e4を表示する
際の画素部の拡大図を示す。図10において(1),
(2),(3),(4)はそれぞれ波高値e1,e2,
e3,e4の表示状態を示している。画素Aと画素Bの
表示状態は、実施例1の表3のe1、e2、e3、e4
と共通である。図10(1)において奇数番目の信号電
極上の画素1201は画素Aなので6.5階調を示し、
偶数番目の信号電極線上の画素1202はは画素Bなの
で6.0階調を示しており、これらを画素中に記入して
いる。図中点線で囲った画素対1301は隣接している
奇数番目の信号電極上の画素1201と偶数番目の信号
電極上の画素1202から成る。実施例1と同様に面積
階調法により、画素対1301の階調は画素1201と
画素1202の平均値6.25階調となる。(2)では
全画素が6.5階調表示を行っているので面積階調も
6.5階調となる。(3)では奇数番目の信号電極上の
画素1201が6.5階調を表示し、偶数番目の走査電
極上の画素1202が7.0階調を表示するので、面積
階調は6.75階調となる。(4)では全画素が7.0
階調表示を行っているので面積階調も7.0階調とな
る。
【0040】
【実施例3】実施例1と実施例2では表示階調の異なる
隣接画素がそれぞれ垂直、水平方向に配列している。こ
の場合液晶プロジェクターなどで拡大して画面表示を行
う場合には0.5階調差を持つ縦ないし横の明暗のパタ
ーンを視認してしまうことがある。この対策として斜め
方向のパターンに視覚の分解能が低いという性質を利用
する例(以下実施例3と称する)を図11〜14を用い
て説明する。図11と図12において(A)〜(L)は
実施例1,実施例2のタイミングチャート図2と図3,
図7と図8の(A)〜(L)に対応する。図11,12
においてマルチプレクサ104のクロックφ2と上下の
基準電圧入力Vrt,Vrbの波形が実施例1,2と異
なるが、クロックφ1,φ2,と上下の基準電圧入力V
rt,Vrbの制御関係は表1のようにし実施例1,2
と共通と仮定する。
【0041】図11(C)のクロックφ2はA/D変換
器106のサンプリングクロックφ3aごとに論理値が
反転し、さらにテレビ信号AINの水平同期信号でも論
理値が反転する。この結果奇数番目の走査電極と奇数番
目の信号電極の交差部にある画素で表示する信号をA/
D変換する際に、クロックφ2がローレべルになるので
第1フィールドで上下の基準電圧入力Vrt,Vrbに
上下の基準電圧Vt1,Vb1が入力し(図11(E)
と(F))、第2フィールドでは上下の基準電圧入力V
rt,Vrbに上下の基準電圧Vt4,Vb4が入力
(図11(K)と(L))するので、この画素は図13
の画素Aとなる。同様に偶数番目の走査電極と偶数番目
の信号電極の交差部にある画素で表示する信号をA/D
変換する際にもクロックφ2がローレベルになり、この
画素は画素Aとなる。反対に奇数番目の走査電極と偶数
番目の信号電極の交差部にある画素で表示する信号をA
/D変換する際にはクロックφ2がハイレベルになって
いるので、この画素は画素Bとなる。同様に偶数番目の
走査電極と奇数番目の信号電極の交差部にある画素も画
素Bである。
【0042】上記の画素A,Bの配列状態を図13に示
す。図13は本実施例のディザ法で表示を行う液晶パネ
ルの拡大図であり、奇数番目の走査電極と奇数番目の信
号電極との交差部の画素1601は画素A、奇数番目の
走査電極と偶数番目の信号電極との交差部の画素160
2は画素B、偶数番目の走査電極と奇数番目の信号電極
との交差部の画素1603は画素B、偶数番目の走査電
極と偶数番目の信号電極との交差部の画素1604は画
素Aであり、画素の型A,Bを画素内に記している。図
13のように画素Aと画素Bは斜め方向に配列する。
【0043】本実施例の方法で図5の波高値e1〜4を
持つテレビ信号例の拡大図を図14に示す。図14にお
いて図13と同じ番号は対応する画素を示している。図
14(1)〜(4)は波高値e1〜e4の表示例で画素
中に階調を示している。たとえば(1)の波高値e1に
対して画素Aは6.5階調、画素Bは6.0階調を表示
する。水平方向に隣接した画素1601と1602を点
線で囲んだ領域1701の面積階調が6.25階調にな
る。また垂直方向に隣接した画素を点線で囲んだ領域1
702でも面積階調は6.25階調となり、6.5階調
と6.0階調の明暗パターンが目立ちにくくなる。
(2)の波高値e2に対しては全画素が6.5階調を示
す。(3)の波高値e3では画素Aが6.5階調、画素
Bが7.0階調で、面積階調が6.75階調となる。
(4)では全画素が7.0階調を示す。
【0044】
【実施例4】本発明に基づく表示装置を6組(n=3)
の基準電圧対で構成する例を表4、5および図15を用
いて説明する。表4は二通りのディザ法を適用する画素
の説明図である。表4において上下の基準電圧Vt1と
Vb1は実施例1,2,3と共通であり、上側の基準電
圧Vt1,Vt5,Vt6,Vt7,Vt8,Vt9と
下側の基準電圧Vb1,Vb5,Vb6,Vb7,Vb
8,Vb9はこの順番で1/6LSBずつ高くなるよう
に設定している。上下の基準電圧Vt1とVb1,Vt
5とVb5,Vt6とVb6,Vt7とVb7,Vt8
とVb8,Vt9とVb9は基準電圧対となり表中では
「−」をつけて示している(例Vt1−Vb1)。画素
Cに表示する信号を第1,2,3フィールドではそれぞ
れ基準電圧対Vt1−Vb1,Vt6−Vb6,Vt8
−Vb8でA/D変換しディザ法を適用する。同様に画
素Dに表示する信号を第1,2,3フィールドではそれ
ぞれ基準電圧対Vt5−Vb5,Vt7−Vb7,Vt
9−Vb9でA/D変換しディザ法を適用する。
【0045】
【0046】図15は本実施例の切り換わり電圧と波高
値の関係を示す説明図であり、切り換わり電圧a1とb
1は図5と同電位である。図15において切り換わり電
圧a5,a6,a7,a8,a9は基準電圧対Vt5−
Vb5,Vt6−Vb6,Vt7−VB7,Vt8−V
b8,Vt9−Vb9でA/D変換を行うときの第6階
調と第7階調の切り換わり電位に相当する。波高値e5
〜10は a1<e5<a5<e6<a6<e7<a7
<e8<a8<e9<a9<e10<b1 の関係を持
たせている。
【0047】表5は波高値e5〜10の表示状態を示す
表である。波高値がe5の時は画素Cは、第1フィール
ドで波高値e5が比較電圧a1より高いので第7階調を
表示し、第2、3フィールドで波高値e5が比較電圧a
6,a8より低いので第6階調を表示する。これにディ
ザ法を適用すると画素Cは6.33階調となる。画素D
は第1,2,3フィールドで波高値e5が比較電圧a
5,a7,a9よりも低いので第6階調を表示し、ディ
ザ法を適用しても6.00階調となる。面積階調の効果
により画素Cと画素Dを隣接配置している領域を6.1
7階調として知覚する。
【0048】同様に波高値がe6の時は、画素CとDは
波高値e6を第1,2,3フィールドで第7,6,6階
調表示する。ディザ法を適用すると6.33階調とな
り、面積階調も6.33階調となる。波高値e7におい
ては、画素Cは波高値e7を第1,2,3フィールドで
第7,7,6階調表示し、画素Dは第1,2,3フィー
ルドで第7,6,6階調表示する。ディザ法を適用する
と画素Cは6.67階調、画素Dは6.33階調とな
り、面積階調は6.50階調となる。波高値e8におい
ては、画素CとDは波高値e8を第1,2,3フィール
ドで第7,7,6階調表示する。ディザ法を適用すると
6.67階調となり、面積階調も6.67階調となる。
波高値e9においては、画素Cは波高値e9を第1,
2,3フィールドで第7,7,7階調表示し、画素Dは
第1,2,3フィールドで第7,7,6階調表示する。
ディザ法を適用すると画素Cは7.00階調、画素Dは
6.67階調となり、面積階調は6.84階調となる。
波高値e10においては、画素CとDは波高値e10を
第1,2,3フィールドで第7,7,7階調表示する。
ディザ法を適用すると7.00階調となり、面積階調も
7.00階調となる
【0049】
【0050】このように本実施例では6組の基準電圧対
をVt1−Vb1,Vt6−Vb6,Vt8−Vb8と
Vt5−Vb5,Vt7−Vb7,Vt9−Vb9の2
組にわけてディザ法を行い表示階調数を3倍にする。さ
らに面積階調の作用により合計で表示階調数が6倍にな
る。16階調の分解能をもつ4ビットA/D変換器を使
用しているので96階調表示が可能となる。なおNTS
C方式のテレビ信号ではフィールド周期が1/60秒で
あるので、ディザ法に3フィールド必要とする本実施例
の方法はフリッカ周期が1/20秒となり、視認限界ま
できている。
【0051】
【発明の効果】本発明の液晶表示装置においては小規模
なA/D変換器に複数の基準電圧対のうちの半分の組で
ディザ法をおこない、隣接する画素では残りの半分の組
でディザ法を行う。これによりディザ周期を短く出来る
ためにフリッカー妨害が発生せず、さらに面積階調の効
果が発生し、ディザ法による階調数の増加と面積階調に
よる階調数の増加による両方の効果で多階調表現が可能
となり、量子化雑音の目だたない高品質な表示が可能と
なる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1のブロック図である。
【図2】実施例1の第1フィールドのタイミングチャー
トである。
【図3】実施例1の第2フィールドのタイミングチャー
トである。
【図4】実施例1の液晶パネルの左上隅の拡大図であ
る。
【図5】実施例1の比較電圧と入力電圧の関係を示す説
明図である。
【図6】実施例1の階調表示をした時の画素部の拡大図
であり、(1)が波高値e1,(2)が波高値e2,
(3)が波高値e3,(4)が波高値e4の画素部の拡
大図である。
【図7】実施例2の第1フィールドのタイミングチャー
トである。
【図8】実施例2の第2フィールドのタイミングチャー
トである。
【図9】実施例2の液晶パネルの左上隅の拡大図であ
る。
【図10】実施例2の均一輝度のラスター表示時の画素
部の拡大図であり、(1)が波高値e1,(2)が波高
値e2,(3)が波高値e3,(4)が波高値e4の画
素部の拡大図である。
【図11】実施例3の第1フィールドのタイミングチャ
ートである。
【図12】実施例3の第2フィールドのタイミングチャ
ートである。
【図13】実施例3の液晶パネルの左上隅の拡大図であ
る。
【図14】実施例3の均一輝度のラスター表示時の画素
部の拡大図であり、(1)が波高値e1,(2)が波高
値e2,(3)が波高値e3,(4)が波高値e4の画
素部の拡大図である。
【図15】実施例4の切り換わり電圧と波高値の関係を
示す説明図である。
【図16】従来例のディザ法で画質を改善するシステム
例のブロック図である。
【符号の説明】
104 マルチプレクサ 106 A/D変換器 112 液晶パネル 110 信号電極駆動回路 Vt1 上側の基準電圧 Vt2 上側の基準電圧 Vt3 上側の基準電圧 Vt4 上側の基準電圧 Vb1 下側の基準電圧 Vb2 下側の基準電圧 Vb3 下側の基準電圧 Vb4 下側の基準電圧 Vrt 上側基準電圧入力 Vrb 下側基準電圧入力 φ1 クロック φ2 クロック

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 上側基準電圧と下側基準電圧からなる基
    準電圧対に基づいて、表示画像信号を量子化された表示
    データに変換するA/D変換器と、信号電極と走査電極
    を有する液晶パネルを備え、前記信号電極に前記表示デ
    ータに基づく信号電極駆動信号を印加し、前記走査電極
    を順次選択して画像を表示する液晶表示装置において、
    複数の基準電圧対を有する基準電圧対群と、前記基準電
    圧対群を複数の基準電圧対グループに分け、フィールド
    ごとに1つの基準電圧対グループを選択する手段を設
    け、各フィールド内で、走査電極ごとまたは前記A/D
    変換器のサンプリング周期ごとに、前記1つの基準電圧
    対グループのなかから1つの基準電圧対を選択してA/
    D変換することを特徴とする液晶表示装置。
  2. 【請求項2】 上側基準電圧と下側基準電圧からなる基
    準電圧対に基づいて、表示画像信号を量子化された表示
    データに変換するA/D変換器と、信号電極と走査電極
    を有する液晶パネルを備え、前記信号電極に前記表示デ
    ータに基づく信号電極駆動信号を印加し、前記走査電極
    を順次選択して画像を表示する液晶表示装置において、
    複数の基準電圧対を有する基準電圧対群と、前記基準電
    圧対群を複数の基準電圧対グループに分け、フィールド
    ごとに1つの基準電圧対グループを選択する手段を設
    け、各フィールド内で、走査電極ごとに前記1つの基準
    電圧対グループのなかから1つの基準電圧対を選択して
    A/D変換するとともに、前記A/D変換器のサンプリ
    ング周期ごとに前記1つの基準電圧対グループのなかか
    ら、前記1つの基準電圧対と異なる他の1つの基準電圧
    対を選択してA/D変換することを特徴とする液晶表示
    装置。
  3. 【請求項3】 上側基準電圧と下側基準電圧からなる基
    準電圧対に基づいて、表示画像信号を量子化された表示
    データに変換するA/D変換器と、信号電極と走査電極
    を有する液晶パネルを備え、前記信号電極に前記表示デ
    ータに基づく信号電極駆動信号を印加し、前記走査電極
    を順次選択して画像を表示する液晶表示装置の駆動方法
    において、複数の基準電圧対を有する基準電圧対群を設
    け、前記基準電圧対群を複数の基準電圧対グループに分
    け、フィールドごとに1つの基準電圧対グループを選択
    し、各フィールド内で、走査電極ごとまたは前記A/D
    変換器のサンプリング周期ごとに、前記1つの基準電圧
    対グループのなかから1 つの基準電圧対を選択してA/
    D変換することを特徴とする液晶表示装置の駆動方法。
  4. 【請求項4】 上側基準電圧と下側基準電圧からなる基
    準電圧対に基づいて、表示画像信号を量子化された表示
    データに変換するA/D変換器と、信号電極と走査電極
    を有する液晶パネルを備え、前記信号電極に前記表示デ
    ータに基づく信号電極駆動信号を印加し、前記走査電極
    を順次選択して画像を表示する液晶表示装置の駆動方法
    において、複数の基準電圧対を有する基準電圧対群を設
    け、前記基準電圧対群を複数の基準電圧対グループに分
    け、フィールドごとに1つの基準電圧対グループを選択
    し、各フィールド内で、走査電極ごとに前記1つの基準
    電圧対グループのなかから1つの基準電圧対を選択して
    A/D変換するとともに、前記A/D変換器のサンプリ
    ング周期ごとに前記1つの基準電圧対グループのなかか
    ら、前記1つの基準電圧対と異なる他の1つの基準電圧
    対を選択してA/D変換することを特徴とする液晶表示
    装置の駆動方法。
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