JP4511116B2 - ガンマ補正後スルーレート制限によるスパークルアーティファクトの低減 - Google Patents

Description

［技術分野］
本発明は液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を用いたビデオシステムの分野に係り、特に通常は白であるｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ ｓｉｌｉｃｏｎイメージャを用いたビデオシステムに係る。

［関連技術の説明］
Ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ ｓｉｌｉｃｏｎ（ＬＣＯＳ）は、シリコン基板上に形成された１つの大きな液晶であると考えることができる。シリコンウェーハは微小な板電極の増分的な配列へ分割される。液晶の微小な増分領域は、各微小板及び共通の板によって発生される電界によって影響を受ける。このような各微小板と対応する液晶領域を一緒にしてイメージャのセルと称する。各セルは、個々に制御可能な画素に対応する。共通の板電極は、液晶の反対側に置かれる。各セル、即ち画素は、入力信号が変化されるまで同じ強度で照明されたままであり、従ってサンプル・アンド・ホールドとして作用する。画素は、陰極線管における蛍光体の場合のように崩壊することはない。共通板電極と可変板電極の各組はイメージャを形成する。各色に対して１つのイメージャが設けられ、この場合は、赤、緑、及び青の夫々に対して１つのイメージャが設けられる。

一般的に、所与の入力画像に応じてまず通常のフレーム（陽画像）を送り次に反転した画像（陰画像）を送ることにより、３０Ｈｚフリッカを防止するためにフレームが２倍とされた信号でＬＣＯＳディスプレイのイメージャを駆動することが行われる。陽画像と陰画像の発生により、各画素が正の電界で書かれた後に負の電界で書かれることが確実となる。結果として得られる駆動電界はゼロのＤＣ成分を有し、これは、画像が膠着し、最終的にはイメージャが恒久的に劣化してしまうのを回避するために必要である。人間の目はこれらの陽画像及び陰画像によって生成される画素の明るさの平均値に反応することがわかっている。

駆動電圧は、ＬＣＯＳ配列の両側の板電極へ供給される。本発明の配置に関係のある現時点で望ましいＬＣＯＳシステムでは、共通板は常に約８ボルトの電位にある。この電圧は調整可能であり得る。微小板の配列中の他の各板は、２つの電圧範囲で動作される。陽画像では、電圧は０ボルト乃至８ボルトの間で変化する。陰画像では、電圧は８ボルト乃至１６ボルトの間で変化する。

イメージャへ供給される光、従って、イメージャの各セルへ供給される光は界分極される。各液晶セルは、板電極によってセルに印加される電界の二乗平均（ＲＭＳ）値に応じて入力光の分極を回転させる。一般的に、セルは印加される電界の極性（正又は負）に対して応答的ではない。むしろ、各画素のセルの明るさは、一般的には単にセルに入射する光の分極の回転の関数である。しかしながら、実際的には、光の幾らかの分極の回転については、明るさは正の界の極性と負の界の極性の間でいくらか変化しうることがわかっている。このような明るさの変化は表示される画像中に望ましくないフリッカを生じさせうる。

この実施例では、陽画像又は陰画像のいずれかの場合、セルを駆動する電界が、８ボルトに対応するゼロの電界強度に近づくにつれて、各セルは完全なオンの状態に対応する白に近づく。例えば、共通電圧が０ボルトに設定される他のシステムが可能である。本願に記載されている本発明の配置は、全てのこのような正の及び負の電界のＬＣＯＳイメージャ駆動システムに適用可能であることが認められるべきである。

微小板電極へ印加される可変電圧が共通板電極へ印加される電圧よりも小さい場合、微小板電極の電圧が高くなればなるほど画素は明るくなるため、画像は陽画像であると定義される。逆に、微小板電極へ印加される可変電圧が共通板電極へ印加される電圧よりも大きい場合、微小板電極の電圧が高くなればなるほど画素は暗くなるため、画像は陰画像であると定義される。陽又は陰として画像を示すことは、インタレースビデオ形式においてフィールドの種類を区別するために用いられる用語と混同されてはならない。

ＬＣＯＳの現在の技術水準では、ＶＩＴＯと示される共通モード電極電圧が正確にＬＣＯＳのための正及び負の電界駆動の間に調整されることが要求される。ＩＴＯという添え字は、インジウム・スズ・酸化物という材料を表わす。平均バランスは、フリッカを最小限とするために、また、画像膠着（ｉｍａｇｅ ｓｔｉｃｋｉｎｇ）として知られる現象を防止するために必要である。

ＬＣＯＳイメージャを有する光エンジンは、ガンマテーブルと称されるディジタルルックアップテーブルによって補正されうる表示伝達関数中に厳しい非線形性を有する。ガンマテーブルは、伝達関数中の利得の差について補正する。この補正にもかかわらず、通常は白のＬＣＯＳイメージャについてのＬＣＯＳイメージング伝達関数の強い非線形性は、暗い領域が非常に低い光対電圧の利得を有することを意味する。従って、明るさのレベルがより低いときは、明るさがあまり異ならない隣接する画素が非常に異なる電圧レベルで駆動される必要がある。これは、所望の電界に対して直交する成分を有するフリンジのある電界を生じさせる。この直交する電界は、所望の画素よりも明るいものを生じさせ、これは対象上に望ましくない明るいエッジを生じさせうる。このような直交する電界の存在は、回位（ｄｉｓｃｌｉｎａｔｉｏｎ）と称される。回位によって生じ観察者によって知覚される画像アーティファクトはスパークルと称される。画像中の回位が生ずる領域は、下にある画像上に光のスパークルを有するように見える。実際は、回位によって影響を受ける暗い画素は明るすぎ、しばしば本来あるべき明るさよりも５倍明るい。スパークルは、イメージャによって生ずる各色である赤、緑、及び青の色で生ずる。しかしながら、問題が生ずる場合は緑のスパークルが最もはっきりとわかる。従って、回位によって生ずる画像アーティファクトは、緑スパークル問題とも称される。

ＬＣＯＳイメージングは新しい技術であり、回位によって生ずる緑スパークルは新しい種類の問題である。他のものによる種々の提案される解決策は、画像の輝度成分全体を信号処理することを含み、こうすることにより、画像全体の質を低下させる。回位と結果として生ずるスパークルを低下させることにより、実質的に水平方向の鮮鋭度を全く有さない画像となるというトレードオフがある。画像の細部と鮮鋭度は、単純にこのようには犠牲にはできない。

当業者は、回位に帰因するスパークルアーティファクトは、イメージャで生じたものであるため、イメージャで取り扱われ、最終的には解決されることを期待するであろう。しかしながら、ＬＣＯＳといった新しい技術では、単純に、ＬＣＯＳイメージャの製造者以外の者がイメージャの問題を直す機会はない。更に、全てのＬＣＯＳイメージャに対してイメージャに基づいて解決策が適用可能であるということは示されていない。従って、ＬＣＯＳイメージャを変更することなく実施されうる、この問題に対する解決策を直ちに提供する必要がある。

本願に記載の本発明の配置は、結果として得られる表示の高精細度の鮮鋭度を低下させることなく、回位に帰因する液晶イメージャ中のスパークルの問題を解決する。更に、イメージャの変更による問題を扱う機会なしに、本発明の配置は、有利に、ガンマ補正の後にビデオ駆動信号を変更することによりスパークルの問題を解決し、従って、有利には、ＬＣＯＳイメージャを含む全ての液晶イメージャに対して適用されうる解決策を与える。スルーレート（ｓｌｅｗ ｒａｔｅ）制限は、有利には、高精細度ディスプレイの詳細を許容できないほどは低下させない。更に、スルーレート制限の形の信号処理は、有利にはイメージャの動作に従って調整又は較正されえ、従って、異なるビデオシステムにおける異なるイメージャとともに使用され調整可能に微調整されうる。

現在の望ましい実施例では、例えばＲ、Ｇ、及びＢである１つ又はそれ以上のビデオ駆動信号は、隣接する画素間の明るさのレベルの差を制限するために、ガンマ補正の後にスルーレート制限される。スルーレートは調整可能である。調整は、有利には互いに対して独立であり、イメージャの動作に関連されうることが有利である。スパークル低減処理は、スパークル問題を大きく低下させることが期待される。

スパークル低減処理は、ＬＣＯＳイメージャにおける回位の発生を低減させるように、隣接する画素間の明るさのレベルを制限させる。スルーレート限界は選択可能であり、ディジタル値として表現されえ、例えば１０ビット信号で表わされるように、１０２３のディジタル段階のうちの６０（６０／１０２３）のディジタル値として表現されうる。スパークルアーティファクトを生じさせる回位はイメージャの動作の機能であるため、正及び負のスルーレートに対して選択される限界値は、イメージャの動作特徴に関連する。

例えばＬＣＯＳビデオシステムといった液晶ビデオシステム中の回位誤りに帰因するスパークルアーティファクトを低下させるための信号処理を含むビデオ表示システムは、図１に示され、一般的に参照番号１０で示される。ビデオシステム１０は、輝度成分及びクロミナンス成分を有する成分ビデオ信号を含む。輝度成分及びクロミナンス成分は、色空間変換器、即ちマトリックス、１４への入力である。色空間変換器は、例えばＲ、Ｇ、及びＢであるビデオ駆動信号を発生する。フレームレート乗算器１５は、従来通り、ガンマテーブル１５の直前に配置され、図１では、色空間変換器１４の直後に配置される。フレームレート乗算器からのＲ、Ｇ、及びＢ信号は、夫々のガンマテーブル１６の入力である。ガンマテーブルは、ガンマ補正されたビデオ駆動信号Ｒγ、Ｇγ、及びＢγを発生する。ガンマ補正されたビデオ駆動信号のうちの１つ又はそれ以上は、ガンマ補正されたスルーレート制限されたビデオ駆動信号Ｒ’γ、Ｇ’γ、及びＢ’γを発生する夫々のスルーレート制限器２２へ入力される。現在の望ましい実施例では、全てのガンマ補正されたビデオ駆動信号は、ガンマ補正されたスルーレート制限されたビデオ駆動信号が供給される液晶ディスプレイ２４における回位誤りに帰因するスパークルアーティファクトを低減させるために、スルーレート制限される。現在の望ましい実施例では、イメージャはｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ ｓｉｌｉｃｏｎイメージャである。ガンマ補正されたビデオ駆動信号は、例えば１０ビット又は１１ビット信号であるディジタル信号である。各ガンマ補正されたビデオ駆動信号はディジタル信号であり、各ガンマ補正されたビデオ駆動信号の波形は明るさレベルを表わす一連のディジタルサンプルである。出力信号Ｒ’γ、Ｇ’γ、及びＢ’γは同様のディジタル形式を有する。

各スルーレート制限器２２の詳細を図２に示す。スルーレート制限器２２は、スルーレート制限器からの連続する出力信号が所定のスルーレート以上は変化しないことを確実とする。ガンマ補正されたビデオ駆動信号は、代数的ユニット２２１への入力である。代数的ユニット２２１への他の入力は、ラッチ２３２に格納されたスルーレート制限器の先行する出力２３３である。ガンマ補正されたスルーレート制限された値である最後の出力値は、差分を決定するために入力値から差し引かれる。出力線２２２上の差分は、ＭＩＮと示される第１の比較器２２４及びＭＡＸと示される第２の比較器２２５への入力である。差分は、正のスルー限界Ｓよりも大きいかどうか調べるためにＭＩＮ回路においてテストされ、負のスルー限界−Ｓよりも負であるかどうか調べるためにＭＡＸ回路においてテストされる。正のスルー限界と負のスルー限界が同じ絶対値を有する必要はないが、図２に示す実施例では同じ絶対値が使用されている。

差分信号２２２の最上位ビット（ＭＳＢ）は、マルチプレクサ（ＭＵＸ）２２８への制御入力２２３である。差分の最上位ビットは、差分の極性を示し、比較器２２４の出力２２６又は比較器２２５の出力２２７を選択する。差分が正であるときにＭＩＮ比較器の出力が選択され、差分が負であるときにＭＡＸ比較器の出力が選択される。線２２９上のマルチプレクサの出力は、次の新しい画素を発生するために、代数的ユニット２３０において先行するスルーレート制限された出力画素の明るさのレベルに加えられるスルーレート制限された差分である。線２３１上の代数的ユニット２３０の出力は、ラッチ２３２に格納される。ラッチ２３２の出力は、ガンマ補正されたスルーレート制限された画素のストリームである。図２では、明瞭性のため、クロック信号は省かれている。

図２に示すスルーレート制限器の実施例は、スルーレートが制限されていなくとも、１画素の遅延に対応する１クロック期間の遅延を受ける。従って、いずれかのガンマ補正されたビデオ駆動信号がスルーレート制限されていなければ、そのガンマ補正されたビデオ駆動信号は、例えば同じ１クロック期間遅延によって遅延が一致されねばならない。一定の状況では、スルーレート制限器によって生ずる遅延は１クロック期間の遅延だけ超過されうるが、遅延一致回路はそれによって調整される必要はない。

図２に示す例では正及び負のスルーレートは同じ絶対値を有するが、必ずしもそうである必要はない。有利には、スルーレートは、先行する画素値よりも大きいサンプル値について、また、先行する画素値よりも小さいサンプル値について、個々に設定されうる。正のスルーレートと負のスルーレートが例えば１である場合、スルーレート制限器の連続する出力は、１よりも大きいディジタル値のステップよりも互いに対して異なることはない。ガンマ補正されたビデオ駆動信号が１０ビット値を有する場合、スルーレート制限器の連続する出力は、１０２４の状態のうちの１つのステップよりも互いに対して異なることはなく、１０２３のステップを表わす。

ここで例示される方法及び装置は、隣接する画素の明るさのレベルがどのようにして水平方向に限定又は制限されうるかを示し、実際、これらの方法及び装置はスパークル問題を解決しうる。それでもなお、これらの方法及び装置は、垂直方向、又は、水平方向及び垂直方向の両方に、隣接する画素の明るさのレベルを限定又は制限するために拡張されうる。

本発明の配置によるスパークル低減処理を有する液晶イメージャ用のビデオ表示システムを示すブロック図である。 図１中のスルーレート制限器の動作を説明するためのブロック図である。

Claims (15)

1. 液晶イメージャを駆動するのに使う方法であって、
   ビデオ駆動信号をガンマ補正する段階と、
   前記ガンマ補正されたビデオ駆動信号の少なくとも一部について隣接する画素間の信号レベルの差を制限する段階とを含む方法。
2. 前記ガンマ補正する段階は、赤のガンマ補正されたビデオ駆動信号成分と、青のガンマ補正されたビデオ駆動信号成分と、緑のガンマ補正されたビデオ駆動信号成分とを含む出力を生成する段階を更に含む、請求項１記載の方法。
3. 隣接する画素間の信号レベルの差が、前記ガンマ補正されたビデオ駆動信号成分のうちの少なくとも一つについて制限される、請求項２記載の方法。
4. 入力信号を処理して非インタレース・ビデオ信号を与える段階と、
   前記非インタレース・ビデオ信号を色空間変換する段階と、
   前記色空間変換されたビデオ信号をフレームレート乗算して前記ビデオ駆動信号を与える段階とを、前記ガンマ補正する段階に先立って更に有する、請求項１記載の方法。
5. 前記ガンマ補正されたビデオ駆動信号成分の夫々に対して、隣接する画素間の信号レベルの差についての限界を独立に選択する段階を更に含む、請求項３記載の方法。
6. 液晶イメージャを駆動するのに使う装置であって、
   ガンマ補正されたビデオ駆動信号を与えるためにビデオ駆動信号をガンマ補正する装置と、
   前記ガンマ補正されたビデオ駆動信号について隣接する画素間の信号レベルの差を制限するスルーレート制限器とを含む装置。
7. 入力ビデオ信号を、該信号が前記ガンマ補正する装置に入力される前に色空間変換する色空間変換器を更に含む、請求項６記載の装置。
8. 前記色空間変換されたビデオ信号をフレームレート乗算することを、フレームレート乗算されたビデオ信号がガンマ補正される前に行う手段を更に含む、請求項７記載の装置。
9. 前記ガンマ補正されたビデオ駆動信号が、赤のガンマ補正されたビデオ駆動信号成分と、青のガンマ補正されたビデオ駆動信号成分と、緑のガンマ補正されたビデオ駆動信号成分とを更に含む、請求項８記載の装置。
10. 前記ガンマ補正されたビデオ駆動信号成分の夫々に対して、隣接する画素間の信号レベルの差についての限界を独立に選択する手段を更に含む、請求項９記載の装置。
11. 前記スルーレート制限器は、前記スルーレート制限器からの連続する出力信号が所定の差の限界値以上は変化しないことを確実とする手段を更に含む、請求項６記載の装置。
12. 前記スルーレート制限器は更に、
    現在画素についての前記ガンマ補正されたビデオ駆動信号と先行するガンマ補正されたスルーレート制限された出力との間の差分を表わす差分信号を与える代数ユニットと、
    前記先行するガンマ補正されたスルーレート制限された出力を格納するラッチと、
    前記差分が前記所定の差の限界値を超えるかどうかを判定し、前記差分と前記所定の差の限界値の間で絶対値が小さいほうであるスルーレート制限された差分を出力する少なくとも１つの比較器と、
    前記現在画素についての新しい画素値を発生するために、前記少なくとも１つの比較器からの出力を、前記先行するガンマ補正されたスルーレート制限された出力の明るさレベルに加える第２の代数ユニットとを更に含む、請求項１１記載の装置。
13. 前記少なくとも１つの比較器は、前記差分信号が所定の正の差の限界値よりも大きいかどうかを判定する第１の比較器と、前記差分信号が所定の負の差の限界値よりも負であるかどうかを判定する第２の比較器とを含む、請求項１２記載の装置。
14. 前記所定の正の差の限界値の絶対値と前記所定の負の差の限界値の絶対値とは等しい、請求項１３記載の装置。
15. 前記スルーレート制限器は、前記差分信号の最上位ビットを前記第１の比較器及び前記第２の比較器から出力を選択するための制御入力として用いるマルチプレクサを更に含む、請求項１２記載の装置。

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