JP3848811B2 - 多階調表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ドットマトリクスタイプの表示方法、及び表示装置に係り、多色／多階調表示を行う多階調表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の液晶表示装置は、入力されるインターフェース信号を液晶表示装置駆動用の駆動信号に変換し、前記駆動信号を液晶駆動手段に与え、液晶駆動手段では、与えられた駆動信号のうち８レベルの表示データを画面の一ライン分ずつ取り込み、それを表示データに従った８レベルの液晶駆動電源として液晶パネルに出力することにより、画像の表示を行っている。この方式では１９９１年電子情報通信学会春季全国大会講演論文Ｃ−４８０に記載のように上記８レベルの電圧を均等に分割することにより８階調の表示を行っていた。
【０００３】
しかし、この方式では、電圧のレベルを均等に分割しており、階調のバランスが人間の目に均等に見えるか否かに関しては考慮していなかった。
【０００４】
上記従来技術を図２〜図８を用いて詳しく説明する。
【０００５】
図２は従来の液晶表示装置を示すブロック図であり、１はＲｅｄ（レッド）入力表示データ、２はＧｒｅｅｎ（グリーン）入力表示データ、３はＢｌｕｅ（ブルー）入力表示データ、４はクロックであり、入力表示データ１〜３は、各々一画素分のデータがクロック４に同期してシリアルに送られ、Ｒｅｄ入力表示データ１、Ｇｒｅｅｎ入力表示データ２、Ｂｌｕｅ入力表示データ３の各々は、一画素分を３ビットで構成し８階調を表すデータである。ここで、画素とはＲｅｄ、Ｇｒｅｅｎ、Ｂｌｕｅ各々の一点灯素子のことであり、カラー表示装置の場合、３画素で一ドットを構成している。詳細は後で説明する。５は水平クロック、６は先頭信号であり、水平クロック５の一周期（一水平期間）で一水平分のデータが送られてくる。また、先頭信号６は表示データの先頭ラインを示すとともに、その一周期で一画面分の表示データが送られてくる。７は液晶駆動信号生成部、８は液晶表示データ、９はデータクロック、１０は液晶水平クロック、１１は液晶先頭信号であり、液晶信号生成部７は、入力表示データ１〜３を、液晶表示用にＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素の順に並び変え、８画素分パラレルで、一画素分のデータが８階調を表す３ビットの液晶表示データ８を生成する。また、クロック４、水平クロック５、先頭信号６を入力し、それぞれデータクロック９、液晶水平クロック１０、液晶先頭信号１１を生成する。２１は８レベル均等液晶印加電圧生成部、２２は８レベル均等液晶印加電圧であり、８レベル均等液晶印加電圧生成部２１は、均等に分割された電圧を生成し、８レベル均等の液晶印加電圧２２として出力する。１４は日立製ＨＤ６６３１０に代表される８レベルデータドライバ、１５は液晶水平データであり、８レベルデータドライバ１４は、液晶表示データ８をデータクロック９で一水平分取り込んだ後、液晶水平クロック１０に同期してその取り込んだデータを出力段に取り込み、そのデータに従い、８レベル液晶印加電圧２１から一レベルを選択し、液晶水平データ１５として出力する。したがって、８レベルデータドライバ１４は、データクロック９で取り込んでいるラインの液晶表示データ８の一ライン前の液晶水平データ１５として出力することになる。液晶表示データ８は、８レベルデータドライバ１４の入力仕様に合わせたデータである。日立製ＨＤ６６３１０の入力は一画素分のデータが３ビットで構成され、４画素分がパラレルとなっているが、ここでは８レベルデータドライバ１４の入力は、一画素分のデータが３ビットで構成され、８画素分がパラレルとなっているものとして以下説明する。１６は走査ドライバ、１７、１８、１９は走査ドライバ１６の出力で、それぞれ一ライン目走査線、二ライン目走査線、ｎライン目走査線であり、８レベルデータドライバ１４の出力する液晶水平データ１５を表示するラインの走査線に選択電圧を出力する。２０は液晶パネルであり、水平ｍドット、垂直ｎラインの解像度であり、液晶水平データ１５の電圧に従い、８階調の表示を行う。
【０００６】
図３は、図２において液晶駆動信号生成部７が、入力表示データ１〜３から液晶表示データ８を生成する動作に関連した各信号のタイミング図である。（ａ）はＲｅｄ入力表示データ１、（ｂ）はＧｒｅｅｎ入力表示データ２、（ｃ）はＢｌｕｅ入力表示データ３であり、各々一画素分ずつシリアルに送られてくる信号で、一画素分は８階調を表す３ビットデータである。（ｄ）〜（ｆ）は（ａ）〜（ｃ）の一画素分ずつシリアルに送られてくる入力表示データ１〜３を、８画素分のパラレルに変換した信号、（ｇ）は液晶表示データ８であり、液晶パネル２０の画素配列に合わせて、Ｒｅｄ、Ｇｒｅｅｎ、Ｂｌｕｅのデータを並び替えた８画素分のパラレルなデータである。
【０００７】
図４は、液晶パネル２０の画素構成である。２３はＲｅｄ画素、２４はＧｒｅｅｎ画素、２５はＢｌｕｅ画素であり、この３画素で一ドット２６が構成される。液晶表示データ８はこの画素配列に合わせて生成されることになる。
【０００８】
図５は、８レベル均等液晶印加電圧生成部２１の構成である。２７は液晶駆動電源、２８〜３６は液晶駆動電源を８レベルの電圧に分圧するための抵抗、３７〜４４はオペアンプであり、２９〜３５の抵抗値をすべて等しくすることにより、８レベルが均等な液晶印加電圧２２を生成する。そのときの電圧値を表１に示す。
【０００９】
【表１】
【００１０】
図６は、８レベルデータドライバ１４の詳細を示すブロック図である。４５はデータシフト部、４６はシフトデータであり、データシフト部４５はデータクロック９に従い、一ライン分のデータを一水平期間中に取り込み、シフトデータ４６として出力する。４７は１ラインラッチ手段、４８は表示データであり、１ラインラッチ手段４７はシフトデータ４６を一ライン分ラッチし、液晶水平クロック１０に同期して表示データ４８として出力する。４９は８レベル電圧選択部であり、表示データ４８に従い、８レベル液晶印加電圧２２のうちの一レベルを選択し、液晶水平データ１５（Ｘ−Ｄ１〜Ｘ−Ｄ３ｍ）として出力する。Ｘ−Ｄ１〜Ｘ−Ｄ３ｍは、液晶パネル２０の解像度が水平ｍドットで、一ドットが３画素で構成されることから、液晶水平データの水平線は（３×ｍ）本となることを示している。
【００１１】
図７は８レベル電圧選択部の構成を示す図である。５０は３ｔｏ８デコーダ、５１〜５８はデコーダ出力線、５９〜６６はスイッチング素子、６７は液晶水平データ線であり液晶水平データ（Ｘ−Ｄ１〜Ｘ−Ｄ３ｍ）のうちの一本である。３ｔｏ８デコーダ５０は３ビットの表示データ４８に従って、デコーダ出力線５１〜５８のうちの一本を‘１’とすることにより、スイッチング素子５９〜６６のうち一つを‘オン’とし、８レベル均等液晶印加電圧２２のうちの一レベルを選択し液晶水平データ線６７に出力する。
【００１２】
図８は、液晶の印加電圧と表示輝度の関係の一例を示す図である。８レベルが均等に分割された液晶印加電圧Ｖ１〜Ｖ８による表示輝度を示している。
【００１３】
本発明の動作を説明するために、図２〜８を再び参照する。
図２において、液晶駆動信号生成部７は、各々一画素分ずつシリアルで送られ、一画素分は３ビットで８階調を表すＲｅｄ入力表示データ１、Ｇｒｅｅｎ入力表示データ２、Ｂｌｕｅ入力表示データ３、クロック４から、液晶表示用のデータクロック９に同期した８画素分パラレルで、一画素分は３ビットの液晶表示データ８を生成し、水平クロック５、先頭信号６から、液晶駆動用信号であるデータクロック９、液晶水平クロック１０、液晶先頭信号１１を生成する。液晶表示データ８の生成に関して、詳しくは後で説明する。
【００１４】
８レベル均等液晶印加電圧生成部２１は、電圧の差が均等な８レベルの液晶印加電圧２２を生成する。詳しくは後で説明する。
【００１５】
８レベルデータドライバ１４は、液晶表示データ８、データクロック９、液晶水平データ１０、８レベル均等液晶印加電圧２２から、液晶水平データ１５を生成する。詳しくは後で説明する。走査ドライバ１６は、液晶先頭信号１１の‘１’を液晶水平クロック１０で取り込み、一ライン目走査線１７に選択電圧を出力し、その後液晶水平クロック１０でライン目走査線１８、…ｎライン目走査線１９と順次シフトし、一画面の走査を行う。走査ドライバ１６から選択電圧が出力された液晶パネル２０のライン上に、８レベルデータドライバ１４から出力される液晶水平データ１５の電圧に従ったが表示が行われる。
【００１６】
液晶駆動信号生成部７の表示データの生成に関する動作の詳細を図２〜４を用いて説明する。
【００１７】
図２において、液晶駆動信号生成部７は、８レベルデータドライバ１４の入力データが８ドットパラレル入力という仕様のため、図３のようなデータの変換を行う。（ａ）〜（ｃ）の入力表示データ１〜３をシリアル−パラレル変換し、（ｄ）〜（ｆ）の各色８画素分パラレルなデータとする。これを図４のような液晶パネル２０の画素配置に合わせて、Ｒｅｄ、Ｇｒｅｅｎ、Ｂｌｕｅの順に並び替えて８画素分パラレルな液晶表示データ８として出力する。
【００１８】
８レベル均等液晶印加電圧生成部１２の動作の詳細を図５及び表１を用いて説明する。
【００１９】
図５において、抵抗２８〜３６は液晶駆動電源２７を分圧し、オペアンプ３７〜４４を通して出力される。抵抗２９〜３５の抵抗値はすべて等しいため、Ｖ１〜Ｖ８は電圧差が均等な８レベル均等液晶印加電圧２２として、表１のように出力される。
【００２０】
８レベルデータドライバ１４の動作の詳細を図６、７を用いて説明する。
【００２１】
図６において、データシフト部４５は、液晶表示データ８をデータクロック９に従い、一水平期間中に一ライン分取り込み、シフトデータ４６として出力する。１ラインラッチ手段４７はシフトデータ４６を水平クロック１０に従って一ライン分ラッチし、液晶水平クロック１０に同期して表示データ４４として出力する。８レベル電圧選択部４９は、表示データ４８に従い、８レベル均等液晶印加電圧２２のうちの一レベルを選択し、液晶水平データ１５（Ｘ−Ｄ１〜Ｘ−Ｄ３ｍ）として出力する。
【００２２】
８レベル電圧選択部４９の動作の詳細を図７を用いて説明する。
【００２３】
図７において、３ｔｏ８デコーダ５０は３ビットの表示データ４８に従って、デコーダ出力線５１〜５８のうちの一本を‘１’とすることにより、スイッチング素子５９〜６６のうちの一つを‘オン’とし、‘オン’となったスイッチング素子を通して、８レベル均等液晶印加電圧２２のうちの一レベルを液晶水平データ線６７に出力する。
【００２４】
カラー表示の動作を図４、８を用いて説明する。
【００２５】
８レベル均等液晶印加電圧２２で表示される８階調の輝度特性の一例は図８のようになる。図２において、Ｒｅｄ画素２３、Ｇｒｅｅｎ画素２４、Ｂｌｕｅ画素２６の各々が図８のような輝度特性を持つため、この３画素で構成される一ドット２７は５１２通りの組合せにより５１２色での表示が行われる。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例では、８レベル液晶印加電圧を均等に分割しているため、人間の目に見える階調のバランスについては考慮していなかった。
【００２７】
本発明の目的は、表示の光学的特性に人間の視覚特性を加味して考慮し、階調のバランスが人間の目に均等に見える多階調表示装置を提供することである。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、階調表示の色差を均等にするよう、印加電圧を液晶パネルに出力するドライバーを設けることにより実現できる。
【００２９】
【作用】
上記８レベル液晶印加電圧生成手段は、８階調表示を行った場合、隣の階調との色差が均等となるため、人間の目にバランスが均等に見える階調表示を実現できる。
【００３０】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図１、図９〜１４及び表２を用いて説明する。図１は本発明を適用した多階調表示装置の一実施例のブロック図であり、１はＲｅｄ入力表示データ、２はＧｒｅｅｎ入力表示データ、３はＢｌｕｅ入力表示データ、４はクロックであり、本実施例では、入力表示データ１〜３は各々クロック４に同期し、一画素分ずつのデータがシリアルに送られ、一画素分のデータは３ビットで８階調を表すデータとする。７は液晶駆動信号生成部、８は液晶表示データ、９はデータクロック、１０は液晶水平クロック、１１は液晶先頭信号であり、液晶駆動信号生成部７は従来と同様に、液晶表示データ８、データクロック９、液晶水平クロック１０、液晶先頭信号１１を生成する。１２は８レベル液晶印加電圧生成部、１３は８レベル液晶印加電圧であり、８レベル液晶印加電圧生成部１２は、人間の視覚特性を考慮した８レベル液晶印加電圧１３を生成する。１４は８レベルデータドライバ、１５は液晶水平データであり、８レベルデータドライバ１４は従来と同様に液晶水平データ１５を生成する。１６は走査ドライバ、１７、１８、１９は走査ドライバ１６の出力で、それぞれ一ライン目走査線、二ライン目走査線、ｎライン目走査線であり、走査ドライバ１６は、従来と同様に８レベルデータドライバ１４の出力する液晶水平データ１５を表示するラインの走査線に選択電圧を出力する。２０は液晶パネルである。
【００３１】
図９は８レベル液晶印加電圧生成部１２の内部構成の一実施例である。２７は液晶駆動電源、６８〜８３は抵抗、８４〜９１はオペアンプであり、抵抗６８と６９、７０と７１、７２と７３、７４と７５、７６と７７、７８と７９、８０と８１、８２と８３はそれぞれ液晶駆動電源２７を分圧して、オペアンプ８４〜９１を通して８レベル液晶印加電圧１３のＶ１〜Ｖ８として出力する。本実施例ではＶ１＞Ｖ２＞…＞Ｖ７＞Ｖ８とし、Ｖ１によって階調１（黒表示）、Ｖ８によって階調８（白表示）、それ以外のＶ２〜Ｖ７で階調２〜７（中間調）を得ることとする。
【００３２】
図１０は８レベル液晶印加電圧の設定の一実施例である。Ｖ１〜Ｖ８の設定を均等にはしていない。
【００３３】
図１１は図１０のように８レベル液晶印加電圧１３を均等に設定しない場合に本実施例で用いた液晶パネルで得られる８階調輝度の特性である。
【００３４】
図１２はＣＩＥＬＵＶ均等色空間であり、この色空間内の座標間の距離が人間の目に見える色の差を表す。９２は８レベル液晶印加電圧１３のうちのＶ１による黒表示の座標、９３はＶ８による白表示の座標、９４は８レベル液晶印加電圧をＶ１からＶ８まで変化させたときの座標の軌跡である。
【００３５】
図１３は、本実施例で用いた液晶パネルの８階調表示における各階調間の色差を示す図であり、９９は８レベル均等液晶印加電圧２２を表１の設定にした場合に得られる８階調の各階調間の色差、１００は８階調間の輝度を図１１のように均等に設定して得られる各階調間の色差、１０１は８レベル液晶印加電圧１３を表２の設定にした場合に得られる８階調の各階調間の色差をそれぞれ示している。
【００３６】
図１４は、８レベル液晶印加電圧１３を表２の設定にした場合に得られる表示輝度を示す図である。
【００３７】
図１５は、本実施例の８階調の表示輝度特性を示す図である。
【００３８】
以下、本実施例の動作を説明するために、図１、９〜１５及び表２を再び用いる。
【００３９】
図１において、液晶駆動信号生成部７は従来と同様に、Ｒｅｄ入力表示データ１、Ｇｒｅｅｎ入力表示データ２、Ｂｌｕｅ入力表示データ３、クロック４から、液晶表示用のデータクロック９に同期した液晶表示データ８を生成し、水平クロック５、先頭信号６から、液晶駆動用信号であるデータクロック９、液晶水平クロック１０、液晶先頭信号１１を生成する。
【００４０】
８レベル液晶印加電圧生成部１２は、電圧の差が任意に設定された８レベルの液晶印加電圧１３を生成する。詳しくは後で説明する。
【００４１】
８レベルデータドライバ１４は従来と同様に、液晶表示データ８、データクロック９、液晶水平データ１０、８レベル均等液晶印加電圧１３から、液晶水平データ１５を生成する。走査ドライバ１６は、液晶先頭信号９の‘１’を液晶水平クロック１０で取り込み、一ライン目走査線１７に選択電圧を出力し、その後液晶水平クロック１０で二ライン目走査線１８、…ｎライン目走査線１９と順次シフトし、一画面の走査を行う。走査ドライバ１６から選択電圧が出力された液晶パネル２０のライン上に、８レベルデータドライバ１４から出力される液晶水平データ１５の電圧に従った表示が行われる。カラー表示の動作は従来と同様で、８階調の組合せにより、５１２色での表示が行われる。
【００４２】
人間の視覚特性に合わせた８レベル液晶印加電圧１３の設定方法の詳細を図９〜図１５を用いて説明する。
【００４３】
図９において、液晶駆動用電源２７は、抵抗６８と６９、７０と７１、７２と７３、７４と７５、７６と７７、７８と７９、８０と８１、８２と８３によって任意に分圧され、オペアンプ８４〜９１を通して８レベル液晶印加電圧１３のＶ１〜Ｖ８となる。
【００４４】
Ｖ１〜Ｖ８を不均等に設定した場合の表示輝度が図１０に示され、８階調の表示輝度特性は図１１のようになる。この場合は表示輝度の対数が均等になるような設定となる。
【００４５】
図１２は国際照明委員会ＣＩＥによって定められたＣＩＥＬＵＶ均等色空間であり、この空間内座標間の距離が人間の目に見える色の差を表す。８レベル液晶印加電圧１３のうちのＶ１による黒表示の座標９２と、Ｖ８による白表示の座標９３に示されている添字＊は、光学的測定で得られる座標（Ｙ，ｕ´，ｖ´）に心理的要素が加味されていることを示し、８レベル液晶印加電圧をＶ１からＶ８まで変化させたときの座標の軌跡が９４である。また、この座標は、液晶パネルの特性により異なるため、電圧設定後に光学測定を行うことにより得られる座標である。本実施例での光学測定方法を以下に示す。
【００４６】
本実施例で用いた光学測定器は、ＰＨＯＴＯ ＲＥＳＥＡＲＣＨ社製１９８０Ｂである。このＰＨＯＴＯ ＲＥＳＥＡＲＣＨ社製１９８０Ｂの測定モードの中のＳＰＥＣＴＲＡＲＡＤＩＯＭＥＴＥＲ ＭＯＤＥによって液晶パネル表面の光を測定することによって、輝度を表す（Ｙ）と色を表す座標（ｕ´，ｖ´）を得ることができる。測定範囲は、液晶パネル中央部直径約５ｍｍの円内である。任意の電圧設定に対して光学的測定によって得られる座標（Ｙ，ｕ´，ｖ´）を式１に従い計算することにより、ＣＩＥＬＵＶ均等色空間内の座標に置き換えることができる。
【００４７】
【数１】
【００４８】
このＣＩＥＬＵＶ均等色空間内の座標間の距離が色差と呼ばれる人間の目に見える色の差となる。図１２の８レベル液晶印加電圧Ｖ１による黒表示と、Ｖ８による白表示の色差の計算方法は式２のようになる。
【００４９】
【数２】
【００５０】
ただし、この距離は直線距離であり、図１２の軌跡９４の距離とは異なる。したがって、Ｖ１からＶ８の間で少しずつ印加電圧を変化させ、それぞれの電圧間での色差を計算し累計することにより、隣接印加電圧間の距離及び軌跡９４の距離は計算できる。本発明では、８階調の階調間の色差を均等にするため、この軌跡９４を（階調数−１）分割、つまり８階調表示の場合は７分割し、各階調間の色差が、その分割により得られた値にほぼ一致するような印加電圧の組を求める。電圧設定後の各階調表示について光学的測定を行い、各階調間の色差を式２を用いて計算する。この場合、得られた色差が要求された色差と異なる場合は、再び電圧設定、光学的測定、色差計算を行い、要求される色差が得られるまでこれを繰り返す。こうして得られた結果を表２に示す。
【００５１】
【表２】
【００５２】
表中の色差の値は上の欄の階調との色差、例えば階調３の欄の色差の値は階調２との色差を表している。表２に示すように、各階調間の色差を均等になるように８レベル液晶印加電圧１３を設定することにより、液晶材料、カラーフィルタといった液晶パネルの特性にかかわらず、人間の目に階調間の差が均等に見える８階調表示を実現できる。
【００５３】
図１３は、本実施例で用いた液晶パネルの８階調表示における各階調間の色差を比較したものであり、表１のように電圧を均等にした場合、図１１のように輝度が均等となるように電圧設定した場合、表２のように色差が均等となるように電圧設定した場合を示している。
【００５４】
８レベル液晶印加電圧１３を表２の設定にした場合に本実施例で用いた液晶パネルで得られる８階調の表示輝度は図１４のようになるため、８階調表示輝度特性は図１５のようになる。したがって、本実施例で用いた液晶パネルならば、色差を測定しなくても、図１５に示すような８階調表示輝度特性となるように８レベル液晶印加電圧を設定することにより、人間の目に階調間の差が均等に見える８階調表示を実現できる。また、液晶材料や、カラーフィルタといった液晶パネルの特性が変わった場合でも、各階調間の色差を均等となるように８レベル液晶印加電圧１３を設定することにより、液晶パネルの特性にかかわらず、人間の目に均等に見える８階調表示を得ることができる。
【００５５】
また、ＦＲＣ（フレームレートコントロール）方式で、階調数を８階調から１６階調に増やした場合の実施例を図１６、１７及び表３、４を用いて説明する。
【００５６】
ＦＲＣとは、ある画素について２つの階調表示をフレーム（一画面走査期間）毎に交互に切り替えることにより両階調の中間の階調を得る方式である。
【００５７】
図１６は本実施例を適用した液晶多階調表示装置の一実施例のブロック図である。９５はＲｅｄ入力表示データ、９６はＧｒｅｅｎ入力表示データ、９７はＢｌｕｅ入力表示データ、４はクロックであり、本実施例では、入力表示データ９５〜９７はクロック４に同期して送られてくる４ビットデータとする。９８は階調コントロール用液晶駆動信号生成部、８は液晶表示データ、９はデータクロック、１０は液晶水平クロック、１１は液晶先頭信号であり、階調コントロール用液晶駆動信号生成部９５は４ビットの入力表示データ９５〜９７を、３ビットの液晶表示データに変換し、従来と同様に、データクロック９、液晶水平クロック１０、液晶先頭信号１１を生成する。８レベル液晶印加電圧生成部１２はＦＲＣ方式用の８レベル液晶印加電圧１３を生成する。４ビット入力表示データ９５〜９７を３ビット液晶表示データ８へ変換する方法と８レベル液晶印加電圧の設定方法の詳細は後で述べる。８レベルデータドライバ１４、走査ドライバ１６、液晶パネル２０は８階調表示と同様である。
【００５８】
図１７は本実施例による１６階調表示の表示輝度特性を表す図である。
【００５９】
本実施例の動作の詳細を説明するために、再び図１６、１７を用いる。
【００６０】
図１６において、液晶駆動信号生成部９８は、４ビットシリアルのＲｅｄ入力表示データ９５、Ｇｒｅｅｎ入力表示データ９６、Ｂｌｕｅ入力表示データ９７、クロック４から、液晶表示用のデータクロック９に同期した３ビットの液晶表示データ８を生成する。４ビットから３ビットへの変換の一実施例を表３に示す。
【００６１】
【表３】
【００６２】
２種類の３ビットデータが示されている階調がＦＲＣ方式を行っている階調であり、階調コントロール用液晶表示データ生成部９８は、この２種類のデータをフレーム毎に切り替える。
【００６３】
また、８階調表示の場合と同様に、水平クロック５、先頭信号６から、液晶駆動用信号であるデータクロック９、液晶水平クロック１０、液晶先頭信号１１を生成する。
【００６４】
８レベル液晶印加電圧生成部１２は、電圧の差が任意に設定された８レベルの液晶印加電圧１３を生成する。電圧の設定は、８階調表示の場合と同様の輝度特性を示すように設定する。その場合の電圧値と各階調間の色差は表３に示す。表３に示すとおり、色差は平均７．１に対し、±約５０％の誤差があり、ＦＲＣ方式を用いているため調整に限界があるが、目視評価で問題はないレベルである。図１７の１６階調表示輝度特性は、同じ特性の液晶パネルを用いた場合、８階調の表示輝度特性と同様の特性を示す。
【００６５】
なお、本実施例における色差の誤差が大きいのは、ＦＲＣ方式では、ＦＲＣによらない階調（例えば階調３）の電圧値を変化させると、その隣りのＦＲＣ階調（階調２と４）の電圧値も変化するので、色差の均等化が困難だからである。
【００６６】
８レベルデータドライバ１４は従来と同様に、液晶表示データ８、データクロック９、液晶水平データ１０、８レベル均等液晶印加電圧１３から、液晶水平データ１５を生成する。走査ドライバ１６は、液晶先頭信号９の‘１’を液晶水平クロック１０で取り込み、一ライン目走査線１７に選択電圧を出力し、その後液晶水平クロック１０で二ライン目走査線１８、…ｎライン目走査線１９と順次シフトし、一画面の走査を行う。液晶パネル２０の走査ドライバ１６から選択電圧が出力されたライン上に、８レベルデータドライバ１４から出力される液晶水平データ１５が表示される。
【００６７】
また、図１６において、８レベル液晶印加電圧生成部をＲｅｄ、Ｇｒｅｅｎ、Ｂｌｕｅそれぞれ独立に設け、階調コントロール用液晶駆動信号生成部９８も、４ビットから３ビットへのデータ変換をＲｅｄ、Ｇｒｅｅｎ、Ｂｌｕｅそれぞれ独立に行うことにより、各色で、人間の目に均等に見える１６階調を得ることができる。
【００６８】
表４は、図１７のような輝度特性を持つ１６階調表示を得るための電圧設定とＦＲＣ方式の組合せの別の実施例である。組合せを変えても、各階調間の色差が均等であれば、人間の目に階調間の差が均等に見える１６階調表示を得ることができる。また、本実施例で用いた液晶パネルならば、色差を測定しなくても、図１７に示すような１６階調表示輝度特性に合わせることによって、人間の目に階調間の差が均等に見える１６階調表示を得ることができる。
【００６９】
【表４】
【００７０】
更に、階調数が増えた場合でも、各階調間の色差が均等であれば、人間の目に階調間の差が均等に見える多階調表示を得ることができ、本実施例で用いた液晶パネルならば、図１７のような曲線に表示輝度特性を合わせることにより、人間の目に階調間の差が均等に見える階調表示を得ることができる。また、液晶材料や、カラーフィルタといった液晶パネルの特性が変わった場合でも、各階調間の色差を均等にすることにより、液晶パネルの特性にかかわらず、人間の目に階調間の差が均等に見える階調表示を得ることができる。
【００７１】
【発明の効果】
本発明によれば、階調表示の隣合う階調間の色差を均等にすることにより、液晶材料、カラーフィルタ等の液晶パネルの特性にかかわらず、人間の目に階調間の差が均等に見える多階調表示を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を用いた８階調表示装置の一実施例のブロック図である。
【図２】従来の８階調表示装置のブロック図である。
【図３】図２に示す液晶駆動信号生成部の動作タイミング図である。
【図４】図２に示す液晶パネルの画素構成図である。
【図５】図２に示す８レベル均等液晶印加電圧生成部の内部構成図である。
【図６】図２に示す８レベルデータドライバのブロック図である。
【図７】図６に示す８レベル電圧選択部の内部構成図である。
【図８】液晶印加電圧と表示輝度関係の一例を示す図である。
【図９】図１に示す８レベル液晶印加電圧生成部の内部構成図である。
【図１０】８レベル液晶印加電圧の設定の一例を示す図である。
【図１１】図１０の電圧設定で得られる８階調表示輝度の特性を示す図である。
【図１２】ＣＩＥＬＵＶ均等色空間内の白表示と黒表示の座標を示す図である。
【図１３】表１、図１０、表２に示す電圧設定で得られる８階調の各階調間の色差を表す図である。
【図１４】色差が均等になるように電圧を設定した場合の表示輝度を示す図である。
【図１５】図１３の電圧設定で得られる８階調表示輝度の特性を示す図である。
【図１６】本発明を用いた１６階調表示装置の一実施例のブロック図である。
【図１７】本発明による１６階調表示の表示輝度特性を示す図である。
【符号の説明】
１…３ビットＲｅｄ入力表示データ、
２…３ビットＧｒｅｅｎ入力表示データ、
３…３ビットＢｌｕｅ入力表示データ、
４…クロック、
５…水平クロック、
６…先頭信号、
７…液晶駆動信号生成部、
８…液晶表示データ、
９…データクロック、
１０…液晶水平クロック、
１１…液晶先頭信号、
１２…８レベル液晶印加電圧生成部、
１３…８レベル液晶印加電圧、
１４…８レベルデータドライバ、
１５…液晶水平データ、
１６…走査ドライバ、
１７…１ライン目走査線、
１８…２ライン目走査線、
１９…ｎライン目走査線、
２０…液晶パネル、
２１…８レベル均等液晶印加電圧生成部、
２２…８レベル均等液晶印加電圧、
２３…Ｒｅｄ画素、
２４…Ｇｒｅｅｎ画素、
２５…Ｂｌｕｅ画素、
２７…液晶駆動電源、
４５…データシフト部、
４６…シフトデータ、
４７…１ラインラッチ手段、
４８…表示データ、
４９…８レベル電圧選択部、
５０…３ｔｏ８デコーダ、
６７…液晶水平データ線、
９５…４ビットＲｅｄ入力表示データ、
９６…４ビットＧｒｅｅｎ入力表示データ、
９７…４ビットＢｌｕｅ入力表示データ、
９８…階調コントロール用液晶駆動信号生成部。
【産業上の利用分野】
本発明は、ドットマトリクスタイプの表示方法、及び表示装置に係り、多色／多階調表示を行う多階調表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の液晶表示装置は、入力されるインターフェース信号を液晶表示装置駆動用の駆動信号に変換し、前記駆動信号を液晶駆動手段に与え、液晶駆動手段では、与えられた駆動信号のうち８レベルの表示データを画面の一ライン分ずつ取り込み、それを表示データに従った８レベルの液晶駆動電源として液晶パネルに出力することにより、画像の表示を行っている。この方式では１９９１年電子情報通信学会春季全国大会講演論文Ｃ−４８０に記載のように上記８レベルの電圧を均等に分割することにより８階調の表示を行っていた。
【０００３】
しかし、この方式では、電圧のレベルを均等に分割しており、階調のバランスが人間の目に均等に見えるか否かに関しては考慮していなかった。
【０００４】
上記従来技術を図２〜図８を用いて詳しく説明する。
【０００５】
図２は従来の液晶表示装置を示すブロック図であり、１はＲｅｄ（レッド）入力表示データ、２はＧｒｅｅｎ（グリーン）入力表示データ、３はＢｌｕｅ（ブルー）入力表示データ、４はクロックであり、入力表示データ１〜３は、各々一画素分のデータがクロック４に同期してシリアルに送られ、Ｒｅｄ入力表示データ１、Ｇｒｅｅｎ入力表示データ２、Ｂｌｕｅ入力表示データ３の各々は、一画素分を３ビットで構成し８階調を表すデータである。ここで、画素とはＲｅｄ、Ｇｒｅｅｎ、Ｂｌｕｅ各々の一点灯素子のことであり、カラー表示装置の場合、３画素で一ドットを構成している。詳細は後で説明する。５は水平クロック、６は先頭信号であり、水平クロック５の一周期（一水平期間）で一水平分のデータが送られてくる。また、先頭信号６は表示データの先頭ラインを示すとともに、その一周期で一画面分の表示データが送られてくる。７は液晶駆動信号生成部、８は液晶表示データ、９はデータクロック、１０は液晶水平クロック、１１は液晶先頭信号であり、液晶信号生成部７は、入力表示データ１〜３を、液晶表示用にＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素の順に並び変え、８画素分パラレルで、一画素分のデータが８階調を表す３ビットの液晶表示データ８を生成する。また、クロック４、水平クロック５、先頭信号６を入力し、それぞれデータクロック９、液晶水平クロック１０、液晶先頭信号１１を生成する。２１は８レベル均等液晶印加電圧生成部、２２は８レベル均等液晶印加電圧であり、８レベル均等液晶印加電圧生成部２１は、均等に分割された電圧を生成し、８レベル均等の液晶印加電圧２２として出力する。１４は日立製ＨＤ６６３１０に代表される８レベルデータドライバ、１５は液晶水平データであり、８レベルデータドライバ１４は、液晶表示データ８をデータクロック９で一水平分取り込んだ後、液晶水平クロック１０に同期してその取り込んだデータを出力段に取り込み、そのデータに従い、８レベル液晶印加電圧２１から一レベルを選択し、液晶水平データ１５として出力する。したがって、８レベルデータドライバ１４は、データクロック９で取り込んでいるラインの液晶表示データ８の一ライン前の液晶水平データ１５として出力することになる。液晶表示データ８は、８レベルデータドライバ１４の入力仕様に合わせたデータである。日立製ＨＤ６６３１０の入力は一画素分のデータが３ビットで構成され、４画素分がパラレルとなっているが、ここでは８レベルデータドライバ１４の入力は、一画素分のデータが３ビットで構成され、８画素分がパラレルとなっているものとして以下説明する。１６は走査ドライバ、１７、１８、１９は走査ドライバ１６の出力で、それぞれ一ライン目走査線、二ライン目走査線、ｎライン目走査線であり、８レベルデータドライバ１４の出力する液晶水平データ１５を表示するラインの走査線に選択電圧を出力する。２０は液晶パネルであり、水平ｍドット、垂直ｎラインの解像度であり、液晶水平データ１５の電圧に従い、８階調の表示を行う。
【０００６】
図３は、図２において液晶駆動信号生成部７が、入力表示データ１〜３から液晶表示データ８を生成する動作に関連した各信号のタイミング図である。（ａ）はＲｅｄ入力表示データ１、（ｂ）はＧｒｅｅｎ入力表示データ２、（ｃ）はＢｌｕｅ入力表示データ３であり、各々一画素分ずつシリアルに送られてくる信号で、一画素分は８階調を表す３ビットデータである。（ｄ）〜（ｆ）は（ａ）〜（ｃ）の一画素分ずつシリアルに送られてくる入力表示データ１〜３を、８画素分のパラレルに変換した信号、（ｇ）は液晶表示データ８であり、液晶パネル２０の画素配列に合わせて、Ｒｅｄ、Ｇｒｅｅｎ、Ｂｌｕｅのデータを並び替えた８画素分のパラレルなデータである。
【０００７】
図４は、液晶パネル２０の画素構成である。２３はＲｅｄ画素、２４はＧｒｅｅｎ画素、２５はＢｌｕｅ画素であり、この３画素で一ドット２６が構成される。液晶表示データ８はこの画素配列に合わせて生成されることになる。
【０００８】
図５は、８レベル均等液晶印加電圧生成部２１の構成である。２７は液晶駆動電源、２８〜３６は液晶駆動電源を８レベルの電圧に分圧するための抵抗、３７〜４４はオペアンプであり、２９〜３５の抵抗値をすべて等しくすることにより、８レベルが均等な液晶印加電圧２２を生成する。そのときの電圧値を表１に示す。
【０００９】
【表１】
図６は、８レベルデータドライバ１４の詳細を示すブロック図である。４５はデータシフト部、４６はシフトデータであり、データシフト部４５はデータクロック９に従い、一ライン分のデータを一水平期間中に取り込み、シフトデータ４６として出力する。４７は１ラインラッチ手段、４８は表示データであり、１ラインラッチ手段４７はシフトデータ４６を一ライン分ラッチし、液晶水平クロック１０に同期して表示データ４８として出力する。４９は８レベル電圧選択部であり、表示データ４８に従い、８レベル液晶印加電圧２２のうちの一レベルを選択し、液晶水平データ１５（Ｘ−Ｄ１〜Ｘ−Ｄ３ｍ）として出力する。Ｘ−Ｄ１〜Ｘ−Ｄ３ｍは、液晶パネル２０の解像度が水平ｍドットで、一ドットが３画素で構成されることから、液晶水平データの水平線は（３×ｍ）本となることを示している。
【００１１】
図７は８レベル電圧選択部の構成を示す図である。５０は３ｔｏ８デコーダ、５１〜５８はデコーダ出力線、５９〜６６はスイッチング素子、６７は液晶水平データ線であり液晶水平データ（Ｘ−Ｄ１〜Ｘ−Ｄ３ｍ）のうちの一本である。３ｔｏ８デコーダ５０は３ビットの表示データ４８に従って、デコーダ出力線５１〜５８のうちの一本を‘１’とすることにより、スイッチング素子５９〜６６のうち一つを‘オン’とし、８レベル均等液晶印加電圧２２のうちの一レベルを選択し液晶水平データ線６７に出力する。
【００１２】
図８は、液晶の印加電圧と表示輝度の関係の一例を示す図である。８レベルが均等に分割された液晶印加電圧Ｖ１〜Ｖ８による表示輝度を示している。
【００１３】
本発明の動作を説明するために、図２〜８を再び参照する。
図２において、液晶駆動信号生成部７は、各々一画素分ずつシリアルで送られ、一画素分は３ビットで８階調を表すＲｅｄ入力表示データ１、Ｇｒｅｅｎ入力表示データ２、Ｂｌｕｅ入力表示データ３、クロック４から、液晶表示用のデータクロック９に同期した８画素分パラレルで、一画素分は３ビットの液晶表示データ８を生成し、水平クロック５、先頭信号６から、液晶駆動用信号であるデータクロック９、液晶水平クロック１０、液晶先頭信号１１を生成する。液晶表示データ８の生成に関して、詳しくは後で説明する。
【００１４】
８レベル均等液晶印加電圧生成部２１は、電圧の差が均等な８レベルの液晶印加電圧２２を生成する。詳しくは後で説明する。
【００１５】
８レベルデータドライバ１４は、液晶表示データ８、データクロック９、液晶水平データ１０、８レベル均等液晶印加電圧２２から、液晶水平データ１５を生成する。詳しくは後で説明する。走査ドライバ１６は、液晶先頭信号１１の‘１’を液晶水平クロック１０で取り込み、一ライン目走査線１７に選択電圧を出力し、その後液晶水平クロック１０でライン目走査線１８、…ｎライン目走査線１９と順次シフトし、一画面の走査を行う。走査ドライバ１６から選択電圧が出力された液晶パネル２０のライン上に、８レベルデータドライバ１４から出力される液晶水平データ１５の電圧に従ったが表示が行われる。
【００１６】
液晶駆動信号生成部７の表示データの生成に関する動作の詳細を図２〜４を用いて説明する。
【００１７】
図２において、液晶駆動信号生成部７は、８レベルデータドライバ１４の入力データが８ドットパラレル入力という仕様のため、図３のようなデータの変換を行う。（ａ）〜（ｃ）の入力表示データ１〜３をシリアル−パラレル変換し、（ｄ）〜（ｆ）の各色８画素分パラレルなデータとする。これを図４のような液晶パネル２０の画素配置に合わせて、Ｒｅｄ、Ｇｒｅｅｎ、Ｂｌｕｅの順に並び替えて８画素分パラレルな液晶表示データ８として出力する。
【００１８】
８レベル均等液晶印加電圧生成部１２の動作の詳細を図５及び表１を用いて説明する。
【００１９】
図５において、抵抗２８〜３６は液晶駆動電源２７を分圧し、オペアンプ３７〜４４を通して出力される。抵抗２９〜３５の抵抗値はすべて等しいため、Ｖ１〜Ｖ８は電圧差が均等な８レベル均等液晶印加電圧２２として、表１のように出力される。
【００２０】
８レベルデータドライバ１４の動作の詳細を図６、７を用いて説明する。
【００２１】
図６において、データシフト部４５は、液晶表示データ８をデータクロック９に従い、一水平期間中に一ライン分取り込み、シフトデータ４６として出力する。１ラインラッチ手段４７はシフトデータ４６を水平クロック１０に従って一ライン分ラッチし、液晶水平クロック１０に同期して表示データ４４として出力する。８レベル電圧選択部４９は、表示データ４８に従い、８レベル均等液晶印加電圧２２のうちの一レベルを選択し、液晶水平データ１５（Ｘ−Ｄ１〜Ｘ−Ｄ３ｍ）として出力する。
【００２２】
８レベル電圧選択部４９の動作の詳細を図７を用いて説明する。
【００２３】
図７において、３ｔｏ８デコーダ５０は３ビットの表示データ４８に従って、デコーダ出力線５１〜５８のうちの一本を‘１’とすることにより、スイッチング素子５９〜６６のうちの一つを‘オン’とし、‘オン’となったスイッチング素子を通して、８レベル均等液晶印加電圧２２のうちの一レベルを液晶水平データ線６７に出力する。
【００２４】
カラー表示の動作を図４、８を用いて説明する。
【００２５】
８レベル均等液晶印加電圧２２で表示される８階調の輝度特性の一例は図８のようになる。図２において、Ｒｅｄ画素２３、Ｇｒｅｅｎ画素２４、Ｂｌｕｅ画素２６の各々が図８のような輝度特性を持つため、この３画素で構成される一ドット２７は５１２通りの組合せにより５１２色での表示が行われる。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例では、８レベル液晶印加電圧を均等に分割しているため、人間の目に見える階調のバランスについては考慮していなかった。
【００２７】
本発明の目的は、表示の光学的特性に人間の視覚特性を加味して考慮し、階調のバランスが人間の目に均等に見える多階調表示装置を提供することである。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、階調表示の色差を均等にするよう、印加電圧を液晶パネルに出力するドライバーを設けることにより実現できる。
【００２９】
【作用】
上記８レベル液晶印加電圧生成手段は、８階調表示を行った場合、隣の階調との色差が均等となるため、人間の目にバランスが均等に見える階調表示を実現できる。
【００３０】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図１、図９〜１４及び表２を用いて説明する。図１は本発明を適用した多階調表示装置の一実施例のブロック図であり、１はＲｅｄ入力表示データ、２はＧｒｅｅｎ入力表示データ、３はＢｌｕｅ入力表示データ、４はクロックであり、本実施例では、入力表示データ１〜３は各々クロック４に同期し、一画素分ずつのデータがシリアルに送られ、一画素分のデータは３ビットで８階調を表すデータとする。７は液晶駆動信号生成部、８は液晶表示データ、９はデータクロック、１０は液晶水平クロック、１１は液晶先頭信号であり、液晶駆動信号生成部７は従来と同様に、液晶表示データ８、データクロック９、液晶水平クロック１０、液晶先頭信号１１を生成する。１２は８レベル液晶印加電圧生成部、１３は８レベル液晶印加電圧であり、８レベル液晶印加電圧生成部１２は、人間の視覚特性を考慮した８レベル液晶印加電圧１３を生成する。１４は８レベルデータドライバ、１５は液晶水平データであり、８レベルデータドライバ１４は従来と同様に液晶水平データ１５を生成する。１６は走査ドライバ、１７、１８、１９は走査ドライバ１６の出力で、それぞれ一ライン目走査線、二ライン目走査線、ｎライン目走査線であり、走査ドライバ１６は、従来と同様に８レベルデータドライバ１４の出力する液晶水平データ１５を表示するラインの走査線に選択電圧を出力する。２０は液晶パネルである。
【００３１】
図９は８レベル液晶印加電圧生成部１２の内部構成の一実施例である。２７は液晶駆動電源、６８〜８３は抵抗、８４〜９１はオペアンプであり、抵抗６８と６９、７０と７１、７２と７３、７４と７５、７６と７７、７８と７９、８０と８１、８２と８３はそれぞれ液晶駆動電源２７を分圧して、オペアンプ８４〜９１を通して８レベル液晶印加電圧１３のＶ１〜Ｖ８として出力する。本実施例ではＶ１＞Ｖ２＞…＞Ｖ７＞Ｖ８とし、Ｖ１によって階調１（黒表示）、Ｖ８によって階調８（白表示）、それ以外のＶ２〜Ｖ７で階調２〜７（中間調）を得ることとする。
【００３２】
図１０は８レベル液晶印加電圧の設定の一実施例である。Ｖ１〜Ｖ８の設定を均等にはしていない。
【００３３】
図１１は図１０のように８レベル液晶印加電圧１３を均等に設定しない場合に本実施例で用いた液晶パネルで得られる８階調輝度の特性である。
【００３４】
図１２はＣＩＥＬＵＶ均等色空間であり、この色空間内の座標間の距離が人間の目に見える色の差を表す。９２は８レベル液晶印加電圧１３のうちのＶ１による黒表示の座標、９３はＶ８による白表示の座標、９４は８レベル液晶印加電圧をＶ１からＶ８まで変化させたときの座標の軌跡である。
【００３５】
図１３は、本実施例で用いた液晶パネルの８階調表示における各階調間の色差を示す図であり、９９は８レベル均等液晶印加電圧２２を表１の設定にした場合に得られる８階調の各階調間の色差、１００は８階調間の輝度を図１１のように均等に設定して得られる各階調間の色差、１０１は８レベル液晶印加電圧１３を表２の設定にした場合に得られる８階調の各階調間の色差をそれぞれ示している。
【００３６】
図１４は、８レベル液晶印加電圧１３を表２の設定にした場合に得られる表示輝度を示す図である。
【００３７】
図１５は、本実施例の８階調の表示輝度特性を示す図である。
【００３８】
以下、本実施例の動作を説明するために、図１、９〜１５及び表２を再び用いる。
【００３９】
図１において、液晶駆動信号生成部７は従来と同様に、Ｒｅｄ入力表示データ１、Ｇｒｅｅｎ入力表示データ２、Ｂｌｕｅ入力表示データ３、クロック４から、液晶表示用のデータクロック９に同期した液晶表示データ８を生成し、水平クロック５、先頭信号６から、液晶駆動用信号であるデータクロック９、液晶水平クロック１０、液晶先頭信号１１を生成する。
【００４０】
８レベル液晶印加電圧生成部１２は、電圧の差が任意に設定された８レベルの液晶印加電圧１３を生成する。詳しくは後で説明する。
【００４１】
８レベルデータドライバ１４は従来と同様に、液晶表示データ８、データクロック９、液晶水平データ１０、８レベル均等液晶印加電圧１３から、液晶水平データ１５を生成する。走査ドライバ１６は、液晶先頭信号９の‘１’を液晶水平クロック１０で取り込み、一ライン目走査線１７に選択電圧を出力し、その後液晶水平クロック１０で二ライン目走査線１８、…ｎライン目走査線１９と順次シフトし、一画面の走査を行う。走査ドライバ１６から選択電圧が出力された液晶パネル２０のライン上に、８レベルデータドライバ１４から出力される液晶水平データ１５の電圧に従った表示が行われる。カラー表示の動作は従来と同様で、８階調の組合せにより、５１２色での表示が行われる。
【００４２】
人間の視覚特性に合わせた８レベル液晶印加電圧１３の設定方法の詳細を図９〜図１５を用いて説明する。
【００４３】
図９において、液晶駆動用電源２７は、抵抗６８と６９、７０と７１、７２と７３、７４と７５、７６と７７、７８と７９、８０と８１、８２と８３によって任意に分圧され、オペアンプ８４〜９１を通して８レベル液晶印加電圧１３のＶ１〜Ｖ８となる。
【００４４】
Ｖ１〜Ｖ８を不均等に設定した場合の表示輝度が図１０に示され、８階調の表示輝度特性は図１１のようになる。この場合は表示輝度の対数が均等になるような設定となる。
【００４５】
図１２は国際照明委員会ＣＩＥによって定められたＣＩＥＬＵＶ均等色空間であり、この空間内座標間の距離が人間の目に見える色の差を表す。８レベル液晶印加電圧１３のうちのＶ１による黒表示の座標９２と、Ｖ８による白表示の座標９３に示されている添字＊は、光学的測定で得られる座標（Ｙ，ｕ´，ｖ´）に心理的要素が加味されていることを示し、８レベル液晶印加電圧をＶ１からＶ８まで変化させたときの座標の軌跡が９４である。また、この座標は、液晶パネルの特性により異なるため、電圧設定後に光学測定を行うことにより得られる座標である。本実施例での光学測定方法を以下に示す。
【００４６】
本実施例で用いた光学測定器は、ＰＨＯＴＯ ＲＥＳＥＡＲＣＨ社製１９８０Ｂである。このＰＨＯＴＯ ＲＥＳＥＡＲＣＨ社製１９８０Ｂの測定モードの中のＳＰＥＣＴＲＡＲＡＤＩＯＭＥＴＥＲ ＭＯＤＥによって液晶パネル表面の光を測定することによって、輝度を表す（Ｙ）と色を表す座標（ｕ´，ｖ´）を得ることができる。測定範囲は、液晶パネル中央部直径約５ｍｍの円内である。任意の電圧設定に対して光学的測定によって得られる座標（Ｙ，ｕ´，ｖ´）を式１に従い計算することにより、ＣＩＥＬＵＶ均等色空間内の座標に置き換えることができる。
【００４７】
【数１】
このＣＩＥＬＵＶ均等色空間内の座標間の距離が色差と呼ばれる人間の目に見える色の差となる。図１２の８レベル液晶印加電圧Ｖ１による黒表示と、Ｖ８による白表示の色差の計算方法は式２のようになる。
【００４９】
【数２】
ただし、この距離は直線距離であり、図１２の軌跡９４の距離とは異なる。したがって、Ｖ１からＶ８の間で少しずつ印加電圧を変化させ、それぞれの電圧間での色差を計算し累計することにより、隣接印加電圧間の距離及び軌跡９４の距離は計算できる。本発明では、８階調の階調間の色差を均等にするため、この軌跡９４を（階調数−１）分割、つまり８階調表示の場合は７分割し、各階調間の色差が、その分割により得られた値にほぼ一致するような印加電圧の組を求める。電圧設定後の各階調表示について光学的測定を行い、各階調間の色差を式２を用いて計算する。この場合、得られた色差が要求された色差と異なる場合は、再び電圧設定、光学的測定、色差計算を行い、要求される色差が得られるまでこれを繰り返す。こうして得られた結果を表２に示す。
【００５１】
【表２】
表中の色差の値は上の欄の階調との色差、例えば階調３の欄の色差の値は階調２との色差を表している。表２に示すように、各階調間の色差を均等になるように８レベル液晶印加電圧１３を設定することにより、液晶材料、カラーフィルタといった液晶パネルの特性にかかわらず、人間の目に階調間の差が均等に見える８階調表示を実現できる。
【００５３】
図１３は、本実施例で用いた液晶パネルの８階調表示における各階調間の色差を比較したものであり、表１のように電圧を均等にした場合、図１１のように輝度が均等となるように電圧設定した場合、表２のように色差が均等となるように電圧設定した場合を示している。
【００５４】
８レベル液晶印加電圧１３を表２の設定にした場合に本実施例で用いた液晶パネルで得られる８階調の表示輝度は図１４のようになるため、８階調表示輝度特性は図１５のようになる。したがって、本実施例で用いた液晶パネルならば、色差を測定しなくても、図１５に示すような８階調表示輝度特性となるように８レベル液晶印加電圧を設定することにより、人間の目に階調間の差が均等に見える８階調表示を実現できる。また、液晶材料や、カラーフィルタといった液晶パネルの特性が変わった場合でも、各階調間の色差を均等となるように８レベル液晶印加電圧１３を設定することにより、液晶パネルの特性にかかわらず、人間の目に均等に見える８階調表示を得ることができる。
【００５５】
また、ＦＲＣ（フレームレートコントロール）方式で、階調数を８階調から１６階調に増やした場合の実施例を図１６、１７及び表３、４を用いて説明する。
【００５６】
ＦＲＣとは、ある画素について２つの階調表示をフレーム（一画面走査期間）毎に交互に切り替えることにより両階調の中間の階調を得る方式である。
【００５７】
図１６は本実施例を適用した液晶多階調表示装置の一実施例のブロック図である。９５はＲｅｄ入力表示データ、９６はＧｒｅｅｎ入力表示データ、９７はＢｌｕｅ入力表示データ、４はクロックであり、本実施例では、入力表示データ９５〜９７はクロック４に同期して送られてくる４ビットデータとする。９８は階調コントロール用液晶駆動信号生成部、８は液晶表示データ、９はデータクロック、１０は液晶水平クロック、１１は液晶先頭信号であり、階調コントロール用液晶駆動信号生成部９５は４ビットの入力表示データ９５〜９７を、３ビットの液晶表示データに変換し、従来と同様に、データクロック９、液晶水平クロック１０、液晶先頭信号１１を生成する。８レベル液晶印加電圧生成部１２はＦＲＣ方式用の８レベル液晶印加電圧１３を生成する。４ビット入力表示データ９５〜９７を３ビット液晶表示データ８へ変換する方法と８レベル液晶印加電圧の設定方法の詳細は後で述べる。８レベルデータドライバ１４、走査ドライバ１６、液晶パネル２０は８階調表示と同様である。
【００５８】
図１７は本実施例による１６階調表示の表示輝度特性を表す図である。
【００５９】
本実施例の動作の詳細を説明するために、再び図１６、１７を用いる。
【００６０】
図１６において、液晶駆動信号生成部９８は、４ビットシリアルのＲｅｄ入力表示データ９５、Ｇｒｅｅｎ入力表示データ９６、Ｂｌｕｅ入力表示データ９７、クロック４から、液晶表示用のデータクロック９に同期した３ビットの液晶表示データ８を生成する。４ビットから３ビットへの変換の一実施例を表３に示す。
【００６１】
【表３】
２種類の３ビットデータが示されている階調がＦＲＣ方式を行っている階調であり、階調コントロール用液晶表示データ生成部９８は、この２種類のデータをフレーム毎に切り替える。
【００６３】
また、８階調表示の場合と同様に、水平クロック５、先頭信号６から、液晶駆動用信号であるデータクロック９、液晶水平クロック１０、液晶先頭信号１１を生成する。
【００６４】
８レベル液晶印加電圧生成部１２は、電圧の差が任意に設定された８レベルの液晶印加電圧１３を生成する。電圧の設定は、８階調表示の場合と同様の輝度特性を示すように設定する。その場合の電圧値と各階調間の色差は表３に示す。表３に示すとおり、色差は平均７．１に対し、±約５０％の誤差があり、ＦＲＣ方式を用いているため調整に限界があるが、目視評価で問題はないレベルである。図１７の１６階調表示輝度特性は、同じ特性の液晶パネルを用いた場合、８階調の表示輝度特性と同様の特性を示す。
【００６５】
なお、本実施例における色差の誤差が大きいのは、ＦＲＣ方式では、ＦＲＣによらない階調（例えば階調３）の電圧値を変化させると、その隣りのＦＲＣ階調（階調２と４）の電圧値も変化するので、色差の均等化が困難だからである。
【００６６】
８レベルデータドライバ１４は従来と同様に、液晶表示データ８、データクロック９、液晶水平データ１０、８レベル均等液晶印加電圧１３から、液晶水平データ１５を生成する。走査ドライバ１６は、液晶先頭信号９の‘１’を液晶水平クロック１０で取り込み、一ライン目走査線１７に選択電圧を出力し、その後液晶水平クロック１０で二ライン目走査線１８、…ｎライン目走査線１９と順次シフトし、一画面の走査を行う。液晶パネル２０の走査ドライバ１６から選択電圧が出力されたライン上に、８レベルデータドライバ１４から出力される液晶水平データ１５が表示される。
【００６７】
また、図１６において、８レベル液晶印加電圧生成部をＲｅｄ、Ｇｒｅｅｎ、Ｂｌｕｅそれぞれ独立に設け、階調コントロール用液晶駆動信号生成部９８も、４ビットから３ビットへのデータ変換をＲｅｄ、Ｇｒｅｅｎ、Ｂｌｕｅそれぞれ独立に行うことにより、各色で、人間の目に均等に見える１６階調を得ることができる。
【００６８】
表４は、図１７のような輝度特性を持つ１６階調表示を得るための電圧設定とＦＲＣ方式の組合せの別の実施例である。組合せを変えても、各階調間の色差が均等であれば、人間の目に階調間の差が均等に見える１６階調表示を得ることができる。また、本実施例で用いた液晶パネルならば、色差を測定しなくても、図１７に示すような１６階調表示輝度特性に合わせることによって、人間の目に階調間の差が均等に見える１６階調表示を得ることができる。
【００６９】
【表４】
更に、階調数が増えた場合でも、各階調間の色差が均等であれば、人間の目に階調間の差が均等に見える多階調表示を得ることができ、本実施例で用いた液晶パネルならば、図１７のような曲線に表示輝度特性を合わせることにより、人間の目に階調間の差が均等に見える階調表示を得ることができる。また、液晶材料や、カラーフィルタといった液晶パネルの特性が変わった場合でも、各階調間の色差を均等にすることにより、液晶パネルの特性にかかわらず、人間の目に階調間の差が均等に見える階調表示を得ることができる。
【００７１】
【発明の効果】
本発明によれば、階調表示の隣合う階調間の色差を均等にすることにより、液晶材料、カラーフィルタ等の液晶パネルの特性にかかわらず、人間の目に階調間の差が均等に見える多階調表示を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を用いた８階調表示装置の一実施例のブロック図である。
【図２】従来の８階調表示装置のブロック図である。
【図３】図２に示す液晶駆動信号生成部の動作タイミング図である。
【図４】図２に示す液晶パネルの画素構成図である。
【図５】図２に示す８レベル均等液晶印加電圧生成部の内部構成図である。
【図６】図２に示す８レベルデータドライバのブロック図である。
【図７】図６に示す８レベル電圧選択部の内部構成図である。
【図８】液晶印加電圧と表示輝度関係の一例を示す図である。
【図９】図１に示す８レベル液晶印加電圧生成部の内部構成図である。
【図１０】８レベル液晶印加電圧の設定の一例を示す図である。
【図１１】図１０の電圧設定で得られる８階調表示輝度の特性を示す図である。
【図１２】ＣＩＥＬＵＶ均等色空間内の白表示と黒表示の座標を示す図である。
【図１３】表１、図１０、表２に示す電圧設定で得られる８階調の各階調間の色差を表す図である。
【図１４】色差が均等になるように電圧を設定した場合の表示輝度を示す図である。
【図１５】図１３の電圧設定で得られる８階調表示輝度の特性を示す図である。
【図１６】本発明を用いた１６階調表示装置の一実施例のブロック図である。
【図１７】本発明による１６階調表示の表示輝度特性を示す図である。
【符号の説明】
１…３ビットＲｅｄ入力表示データ、
２…３ビットＧｒｅｅｎ入力表示データ、
３…３ビットＢｌｕｅ入力表示データ、
４…クロック、
５…水平クロック、
６…先頭信号、
７…液晶駆動信号生成部、
８…液晶表示データ、
９…データクロック、
１０…液晶水平クロック、
１１…液晶先頭信号、
１２…８レベル液晶印加電圧生成部、
１３…８レベル液晶印加電圧、
１４…８レベルデータドライバ、
１５…液晶水平データ、
１６…走査ドライバ、
１７…１ライン目走査線、
１８…２ライン目走査線、
１９…ｎライン目走査線、
２０…液晶パネル、
２１…８レベル均等液晶印加電圧生成部、
２２…８レベル均等液晶印加電圧、
２３…Ｒｅｄ画素、
２４…Ｇｒｅｅｎ画素、
２５…Ｂｌｕｅ画素、
２７…液晶駆動電源、
４５…データシフト部、
４６…シフトデータ、
４７…１ラインラッチ手段、
４８…表示データ、
４９…８レベル電圧選択部、
５０…３ｔｏ８デコーダ、
６７…液晶水平データ線、
９５…４ビットＲｅｄ入力表示データ、
９６…４ビットＧｒｅｅｎ入力表示データ、
９７…４ビットＢｌｕｅ入力表示データ、
９８…階調コントロール用液晶駆動信号生成部。
Claims (4)
- マトリックス状に配列された赤（R）、緑（G）、青（B）の画素で一つのドットを形成する表示パネルと、
２Ｎレベルの階調に対応する２Ｎレベルの印加電圧を生成する電圧生成部と、
夫々の画素に対して、前記階調を表すNビットデータを入力し、前記電圧生成部から供給される前記２Ｎレベルの印加電圧から該入力した夫々のNビットデータに対応する一つの印加電圧を選択し、前記選択した印加電圧を前記表示パネルに出力するデータドライバーと、
前記Nビットデータを表示する前記表示パネル上の前記画素のラインに選択電圧を出力する走査ドライバとを有し、
前記電圧生成部は、前記１ドット分の前記Nビットデータによって表される中間階調の輝度が、縦軸が輝度の対数、横軸が階調のグラフにプロットすると、前記１ドット分の前記Nビットデータによって表される最大輝度と前記１ドット分の前記Nビットデータによって表される最小輝度とを結ぶ直線上の値より夫々の階調において大きな値をとり、前記２ Ｎ レベルの印加電圧のうちの中間レベルの隣接印加電圧間の差分が前記２ Ｎ レベルの印加電圧のうちの高レベルの隣接印加電圧間の差分及び低レベルの隣接印加電圧間の差分よりも小さく、かつ、前記２ Ｎ レベルの階調のうちの隣接する各階調間の色差が均等となるように、前記２Ｎレベルの印加電圧を生成することを特徴とする多階調表示装置。 - 請求項１に記載の多階調表示装置において、
前記Nは、３であることを特徴とする多階調表示装置。 - 請求項１に記載の多階調表示装置において、
前記１ドット分の前記Nビットデータによって表される中間階調の輝度が、前記縦軸が輝度の対数、横軸が階調のグラフにプロットすると、前記１ドット分の前記Nビットデータによって表される最大輝度と前記１ドット分の前記Nビットデータによって表される最小輝度とを結ぶ直線を基準として凸状の曲線上の値をとることを特徴とする多階調表示装置。 - 請求項１に記載の多階調表示装置において、
前記電圧生成部は、前記１ドット分の前記Nビットデータによって表される中間階調の輝度が、縦軸が輝度の対数、横軸が階調のグラフにプロットすると、前記１ドット分の前記Nビットデータによって表される最大輝度と前記１ドット分の前記Nビットデータによって表される最小輝度とを結ぶ直線上の値より夫々の階調において大きな値をとり、前記２ Ｎ レベルの印加電圧のうちの中間レベルの隣接印加電圧間の差分が前記２ Ｎ レベルの印加電圧のうちの高レベルの隣接印加電圧間の差分及び低レベルの隣接印加電圧間の差分よりも小さく、かつ、前記２ Ｎ レベルの階調のうちの隣接する各階調間の色差が均等となるように、電圧を任意に分圧して前記２Ｎレベルの印加電圧を出力する複数の抵抗及びオペアンプを有することを特徴とする多階調表示装置。
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