JP4964339B1 - 液晶表示駆動方法およびそれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】輝度階調特性を安定させる液晶表示駆動方法およびそれを用いた液晶表示装置を提供する。
【解決手段】
階調値を記憶するフレームメモリ１１と、現フレームの階調値とフレームメモリ１１から入力される前フレームの階調値とを基に通常補正モードとオーバードライブ補正モードとのいずれかを選択するデータ比較部１２と、通常補正モードが選択された場合、現フレームの階調値を、１フレーム期間内でオーバードライブ駆動により表示可能な輝度領域内で設定される第１輝度階調特性の対応する第１補正階調値に変換する第１ＬＵＴ１３と、オーバードライブ補正モードが選択された場合、第１補正階調値に対応する輝度を１フレーム期間内で表示可能にするオーバードライブ補正階調値に現フレームの階調値を変換する第２ＬＵＴ１４とを備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、オーバードライブを行う液晶表示駆動方法およびそれを用いた液晶表示装置に係り、特に液晶パネルの輝度階調特性を補正する液晶表示駆動方法およびそれを用いた液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、液晶パネルの各画素の液晶に印加する電圧を調整することで、液晶を透過する光量を調節し、液晶パネルの輝度階調を表現している。正確な輝度階調特性を表現するためには、連続する各フレーム期間内で各画素が階調に応じた指定された目標輝度に到達することが必要である。フレーム期間内で指定された目標輝度に到達できないと予想される場合、指定された目標輝度を表示するのに必要な電圧よりも高い電圧（あるいは低い電圧）を画素に印加することにより液晶の応答速度を向上させるオーバードライブが実施されている。

特許文献１には、時分割方式の液晶立体表示装置が記載されており、同一画素の現フレームの階調値と１フレーム前のフレームの階調値とが異なる場合、変換テーブルに基づいて液晶パネルに与える階調電圧を画像データ上の階調値よりも高く設定することで液晶の応答の遅れを補償するオーバードライブが記載されている。

特開２００６−１５７７７５号公報

しかしながら、液晶は黒から白または白から黒の応答速度が最も速いので、上述したオーバードライブを行っても黒から白または白から黒の応答速度以上には、液晶の応答速度を上げることができない。つまり、黒から白または白から黒の液晶の応答期間が１フレーム内の定められた応答期間よりも短くなければ目的の輝度を表現できない階調が存在する。このことを図１２および図１３を参照して説明する。図１２および図１３は、液晶パネルの輝度を示すグラフ図である。ここで例示する液晶パネルは、０［cd/m²］から１００［cd/m²］までの輝度を表示することができ、映像信号の最小階調値が０の場合最小輝度０［cd/m²］が表示され、最大階調値が１００の場合最大輝度１００［cd/m²］が表示される。

図１２では、画素が黒表示から白表示へ変化する際の輝度の変化を示している。フレーム前後で階調値が０から１００へ変化するが、高フレームレート化などにより、１フレーム期間Ｔｆ内では液晶の応答速度が間に合わず、輝度が８０［cd/m²］までしか変化していない。この場合、次フレームの階調値が同じ１００であれば、輝度が１００［cd/m²］まで到達するが、異なる階調値の場合、輝度が１００［cd/m²］に到達しないまま次フレームの階調値に対応する輝度へ変化する。図１３では、逆に白表示から黒表示へ変化する際の輝度の変化を示している。フレーム前後で階調値が１００から０へ変化するが、高フレームレート化などにより、１フレーム期間Ｔｆ内では液晶の応答速度が間に合わず、輝度が２０［cd/m²］までしか変化していない。

図１４では、画素の階調値が０と１００とを交互に入れ替わる場合の輝度変化を示している。この場合、輝度は２０［cd/m²］から８０［cd/m²］の間を変化するだけで、階調値０に対応する最小輝度０［cd/m²］および階調値１００に対応する最大輝度１００［cd/m²］には到達しない。また、一般的に０と１００との間の中間階調値から中間階調値への変化は、白から黒または黒から白への応答速度よりも遅いので、画素に印加される電圧に対応する階調値がフレームごとに変化する場合（これを動的変化と称す）、液晶パネルが表示できる輝度は２０［cd/m²］から８０［cd/m²］の領域内となる。すなわち、動的変化がある場合、２０より小さい階調値の画素は全て輝度２０［cd/m²］として表示され、８０より大きい階調値の画素は全て輝度８０［cd/m²］として表示される。動的変化において表示できない輝度領域（これを飽和領域と称す）として、この例では輝度２０［cd/m²］未満の領域と８０［cd/m²］より大きい領域が存在する。これを理由に階調特性が維持できない問題がある。また、動的変化がない画素では、飽和領域における輝度も階調値に正確に対応して表示されるので、同じ階調値が設定されているにもかかわらず、動的変化がある画素と動的変化がない画素とでは飽和領域における表示輝度が異なってしまうという問題がある。

また、液晶表示装置は液晶の遷移中の変化を表示しないためにバックライトを消灯もしくは遮蔽する消灯期間を有するので、実際には液晶の応答期間は１フレーム期間Ｔｆよりもさらに短くなければならない。詳細に説明すると、視覚者が感知する輝度はバックライトが点灯されているもしくは遮蔽されていない点灯期間における輝度の積分値である。図１５には、液晶の応答期間が消灯期間よりも短い理想の液晶の輝度変化が示されている。最小輝度から最大輝度への変化が１フレーム期間Ｔｆ内の消灯期間Ｔｄ内で完了しており、点灯期間Ｔｂにおいては最大輝度で表示し、点灯期間Ｔｂにおける輝度の積分値も最大となっている。また、次のフレームで引き続き最大輝度で表示した場合の輝度の積分値も最小輝度から最大輝度へ変化した際の輝度の積分値と変わらない。このように、動的変化のあるなしにかかわらず、視覚者が感知する最大輝度は同じ値である。また、最大輝度から最小輝度への変化でも１フレーム期間Ｔｆ内の消灯期間Ｔｄ内で完了しており、点灯期間Ｔｂにおいては最小輝度である０で表示し、点灯期間Ｔｂにおける輝度の積分値も０となっている。最大輝度と同様に、動的変化のあるなしにかかわらず、視覚者が感知する最小輝度は同じ値である。

図１６には、液晶の応答期間が消灯期間Ｔｄよりも長い場合の輝度変化が示されている。最小輝度から最大輝度への変化が１フレーム期間Ｔｆ内の消灯期間Ｔｄ内で完了しておらず、点灯期間Ｔｂが始まっても最大輝度に達していないので、点灯期間Ｔｂにおける輝度の積分値も最大となっていない。これに対して、次のフレームで引き続き最大輝度で表示した場合の輝度の積分値は最小輝度から最大輝度へ変化した際の輝度の積分値よりも大きな値となる。また、最大輝度から最小輝度への変化も１フレーム期間Ｔｆ内の消灯期間Ｔｄ内で完了しておらず、点灯期間Ｔｂが始まっても最小輝度に達していないので、点灯期間Ｔｂにおける輝度の積分値も０となっていない。また、次のフレームで引き続き最小輝度で表示した場合の輝度の積分値は最大輝度から最小輝度へ変化した際の輝度の積分値よりも小さい値となる。このように、動的変化のあるなしによって、同じ目標輝度でも視覚者が感知する輝度は異なってしまう。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、液晶パネルの各画素の輝度階調を適切に表示する液晶表示駆動方法およびそれを用いた液晶表示装置を提供することを目的とする。

本発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、本発明に係る第１の発明は、複数の画素を有する液晶パネルを駆動する液晶表示駆動方法であって、現フレームの全ての画素の階調値の分布を判別する階調値分布判別ステップと、最大階調値が１フレーム期間内でオーバードライブにより表示可能な輝度の上限値である上限飽和輝度に対応し最小階調値が１フレーム期間内でオーバードライブにより表示可能な輝度の下限値である下限飽和輝度に対応する輝度階調特性と、最小階調値が前記下限飽和輝度に対応し閾値階調値以上の階調値が全て上限飽和輝度に対応する輝度階調特性または最大階調値が前記上限飽和輝度に対応し閾値階調値以下の階調値が全て下限飽和輝度に対応する輝度階調特性の少なくとも１つとのうち前記階調値の分布に応じていずれかの輝度階調特性が選択されるステップと、各画素について、現フレームの階調値と前フレームの階調値とを基に通常補正モードとオーバードライブ補正モードとのいずれかを選択するモード選択ステップと、前記通常補正モードが選択された場合、現フレームの階調値を、選択された輝度階調特性に対応する補正階調値に変換する補正ステップと、前記オーバードライブ補正モードが選択された場合、選択された輝度階調特性に対応する輝度を１フレーム期間内で表示可能にするオーバードライブ補正階調値に現フレームの階調値を変換する補正ステップとを備えた液晶表示駆動方法である。

上記構成によれば、モード選択ステップにて、各画素について、現フレームの階調値と前フレームの階調値とを基に通常補正モードとオーバードライブ補正モードとのいずれかを選択する。通常補正モードが選択された場合、第１補正ステップにて、現フレームの階調値を、１フレーム期間内でオーバードライブにより表示可能な輝度領域内で設定される第１の輝度階調特性の対応する第１補正階調値に変換する。また、オーバードライブ補正モードが選択された場合、第２補正ステップにて、第１補正階調値に対応する輝度を１フレーム期間内で表示可能にするオーバードライブ補正階調値に現フレームの階調値を変換する。

現フレームの階調値が同じ値であれば、第１補正ステップにより表示される輝度も第２補正ステップにより表示される輝度も同じ明るさとなる。すなわち、通常補正モードが選択された場合、第１補正ステップにより、補正前の階調値は第１の補正階調値に変換される。一方、オーバードライブ補正モードが選択された場合、第２補正ステップにより、補正前の階調値は、第１補正階調値に対応する輝度が表示されるようにオーバードライブを実施するためのオーバードライブ補正階調値に変換されるので、オーバードライブにより第１の補正階調値と同じ輝度が表示されることになる。これにより、現フレームの階調値や前フレームの階調値がどのようなものであっても、各画素の輝度階調を適切に表示することができる。また、階調値の分布に応じて階調値を変換する輝度階調特性を選択できるので、現フレームの階調の分布に応じてコントラスト比を高めた表示を行うことができる。

また、本発明において、前記第１輝度階調特性における輝度は、１フレーム期間中にバックライトが点灯している間の輝度の積分値であってもよい。この場合においても、輝度階調特性が崩れることなく、適切に輝度を表示することができる。

また、本発明において、前記モード選択ステップは、同一画素の現フレームの階調値と前フレームの階調値との差の絶対値が予め定められた第１閾値以下の場合、前記通常補正モードを選択し、同一画素の現フレームの階調値と前フレームの階調値との差の絶対値が前記第１閾値より大きい場合、前記オーバードライブ補正モードを選択してもよい。これより、現フレームの階調値と前フレームの階調値との差の値を基準として通常補正モードとオーバードライブ補正モードとのいずれかを選択することができる。

また、本発明において、前記モード選択ステップは、各画素について、現フレームの階調値が予め定められた第２閾値以下の場合、前記通常補正モードを選択し、現フレームの階調値が予め定められた第２閾値より大きい場合、現フレームの階調値と前フレームの階調値とを基に前記通常補正モードまたはオーバードライブ補正モードを選択してもよい。これより、現フレームの階調値が第２閾値以下の場合、暗い画素であると判別することができ、通常補正モードを選択することができる。

また、本発明において、各画素について、現フレームの階調値が予め定められた第３閾値以上の場合、前記通常補正モードを選択し、現フレームの階調値が予め定められた第３閾値より小さい場合、現フレームの階調値と前フレームの階調値とを基に前記通常補正モードまたはオーバードライブ補正モードを選択してもよい。これより、現フレームの階調値が第３閾値以上の場合、明るい画素であると判別することができ、通常補正モードを選択することができる。

また、本発明に係る第２の発明は、複数の画素を有する液晶パネルと、各画素の階調値を記憶するフレームメモリと、現フレームの全ての画素の階調値の分布を判別する階調分布判別部と、各画素について、現フレームの階調値と前記フレームメモリから入力される前フレームの階調値とを基に通常補正モードとオーバードライブ補正モードとのいずれかを選択するデータ比較部と、前記通常補正モードが選択された場合、現フレームの階調値を、最大階調値が１フレーム期間内でオーバードライブにより表示可能な輝度の上限値である上限飽和輝度に対応し最小階調値が１フレーム期間内でオーバードライブにより表示可能な輝度の下限値である下限飽和輝度に対応する輝度階調特性と、最小階調値が前記下限飽和輝度に対応し閾値階調値以上の階調値が全て上限飽和輝度に対応する輝度階調特性または最大階調値が前記上限飽和輝度に対応し前記閾値階調値以下の階調値が全て下限飽和輝度に対応する輝度階調特性の少なくとも１つとのうち、前記階調値の分布に応じていずれかの輝度階調特性に対応する補正階調値に変換し、前記オーバードライブ補正モードが選択された場合、選択された輝度階調特性に対応する輝度を１フレーム期間内で表示可能にするオーバードライブ補正階調値に現フレームの階調値を変換する階調変換部とを備える液晶表示装置である。

上記構成によれば、フレームメモリは階調値を記憶し、データ比較部は現フレームの階調値とフレームメモリに記憶されていた前フレームの階調値とを基に通常補正モードとオーバードライブ補正モードとのいずれかを選択する。階調変換部は、通常補正モードが選択された場合、現フレームの階調値を、１フレーム期間内でオーバードライブにより表示可能な輝度領域内で設定される第１の輝度階調特性の対応する第１補正階調値に変換する。また、オーバードライブ補正モードが選択された場合、第１補正階調値に対応する輝度を１フレーム期間内で表示可能にするオーバードライブ補正階調値に現フレームの階調値を変換する。

現フレームの階調値が同じ値であれば、通常補正モードにより表示される輝度もオーバードライブ補正モードにより表示される輝度も同じ明るさとなる。すなわち、通常補正モードが選択された場合、補正前の階調値は第１の補正階調値に変換される。一方、オーバードライブ補正モードが選択された場合、補正前の階調値は、第１補正階調値に対応する輝度が表示されるようにオーバードライブを実施するためのオーバードライブ補正階調値に変換されるので、オーバードライブにより第１の補正階調値と同じ輝度が表示されることになる。これにより、現フレームの階調値や前フレームの階調値がどのようなものであっても、液晶表示装置の輝度階調を適切に表示することができる。また、階調値の分布に応じて階調値を変換する輝度階調特性を選択できるので、現フレームの全ての画素の階調値の分布に応じてコントラスト比を高めた表示を行うことができる。

また、本発明において、光を液晶に照射するバックライトを備え、前記第１輝度階調特性における輝度は、１フレーム期間中に前記バックライトが点灯している間の輝度の積分値であってもよい。この構成においても、輝度階調特性が崩れることなく、適切に輝度を表示することができる。

また、本発明において、前記データ比較部は、同一画素の現フレームの階調値と前フレームの階調値との差の絶対値が予め定められた第１閾値以下の場合、前記通常補正モードを選択し、同一画素の現フレームの階調値と前フレームの階調値との差の絶対値が前記第１閾値より大きい場合、前記オーバードライブ補正モードを選択してもよい。これより、現フレームの階調値と前フレームの階調値との差の値を基準として通常補正モードとオーバードライブ補正モードとのいずれかを選択することができる。

また、本発明において、前記データ比較部は、各画素について、現フレームの階調値が予め定められた第２閾値以下の場合、前記通常補正モードを選択し、現フレームの階調値が前記第２閾値より大きい場合、現フレームの階調値と前記フレームメモリから入力される前フレームの階調値とを基に前記通常補正モードと前記オーバードライブ補正モードとのいずれかを選択してもよい。これより、現フレームの階調値が第２閾値以下の場合、暗い画素であると判別することができ、通常補正モードを選択することができる。

また、本発明において、前記データ比較部は、各画素について、現フレームの階調値が予め定められた第３閾値以上の場合、前記通常補正モードを選択し、現フレームの階調値が前記第３閾値より小さい場合、現フレームの階調値と前記フレームメモリから入力される前フレームの階調値とを基に前記通常補正モードと前記オーバードライブ補正モードとのいずれかを選択してもよい。これより、現フレームの階調値が第３閾値以上の場合、明るい画素であると判別することができ、通常補正モードを選択することができる。

また、第１輝度階調特性の最大輝度をオーバードライブにより表示可能な輝度の上限値にすることで、第１輝度階調特性のコントラスト比を高くすることができる。

また、第１輝度階調特性の最小輝度をオーバードライブにより表示可能な輝度の下限値にすることで、第１輝度階調特性のコントラスト比を高くすることができる。

なお、本発明において液晶表示装置とは、２次元の平面画像のみならず３次元の立体映像を表示する液晶表示装置も含む。

本発明に係る液晶表示駆動方法およびそれを用いた液晶表示装置によれば、各画素の輝度階調を適切に表示する液晶表示駆動方法およびそれを用いた液晶表示装置を提供することができる。

実施例１に係る液晶表示装置の概略構成を示すブロック図である。 実施例に係る液晶パネルの輝度階調特性を示す特性図である。 実施例に係る液晶パネルの輝度階調特性を示す特性図である。 実施例に係る液晶パネルの輝度階調特性を示す特性図である。 実施例１に係る階調補正部の概略構成を示すブロック図である。 実施例に係る階調値を変換するルックアップテーブルを示す図である。 実施例に係る階調値を変換するルックアップテーブルを示す図である。 実施例に係る階調値を変換するフローチャートである。 実施例２に係る階調補正部の概略構成を示すブロック図である。 液晶の応答特性と輝度との関係を示す説明図である。 実施例２に係る階調値を変換するフローチャートである。 液晶の応答特性と輝度との関係を示す説明図である。 液晶の応答特性と輝度との関係を示す説明図である。 液晶の応答特性と輝度との関係を示す説明図である。 液晶の応答特性と輝度との関係を示す説明図である。 液晶の応答特性と輝度との関係を示す説明図である。

１．液晶表示装置の概略構成
以下、図面を参照して本発明の実施例１を説明する。図１は液晶表示装置の概略構成を示すブロック図である。液晶表示装置１は、入力された映像信号に含まれる階調値を補正する階調補正部２と、補正された階調値を基に液晶に印加する階調電圧を出力する駆動回路３と、光を液晶パネルに照射するバックライト４と、駆動回路３により階調電圧が印加された画素にバックライト４の光を透過して映像を表示する液晶パネル５とを備える。階調補正部２に入力される映像信号は、ＰＣ、ＤＶＤプレイヤー、または液晶表示装置１に備えられる信号再生器から出力される信号である。

階調補正部２は、入力された映像信号に含まれる階調値を、１フレーム期間内で表示可能な階調値に補正する。詳細な説明は後述する。駆動回路３はゲートドライバおよびソースドライバを有し、階調補正部２から入力される補正された階調値を含む映像信号に基づいて液晶パネル５の各画素に対応する階調電圧を印加する。

バックライト４は、駆動回路３が液晶パネル５の各画素に階調電圧を印加するのに同期して、点灯および消灯を繰り返しながら、光を液晶パネル５に照射する。また、バックライト４は、階調補正部２が駆動回路３に補正された階調値を出力するのに同期して、点灯および消灯を繰り返してもよい。バックライト４には、ＦＦＣＬ等の白色蛍光管、白色ＬＥＤまたは有色ＬＥＤを採用する。バックライト４に有色ＬＥＤを採用する場合、液晶パネル５のカラーフイルタを省略することができる。液晶パネル５は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いたアクティブマトリックス型の液晶パネルを用いている。

２．輝度階調特性補正
図２から図４を参照して実施例１における輝度階調特性の補正の原理を説明する。図２は、実施例１における、画素に動的変化がない場合の階調値と液晶パネルから表示される輝度との特性図である。図３は、実施例１における、画素に動的変化がある場合の階調値と液晶パネルから表示される輝度との特性図である。図４は、実施例１における補正された輝度階調特性図である。実施例１における液晶パネル５の輝度階調特性は、一例として図２および従来例の説明で記載した特性である。すなわち、実施例１の液晶パネル５の輝度階調特性７は、十分な液晶の応答期間がある場合、最小階調値０が設定されれば最小輝度０［cd/m²］を表示し、最大階調値１００が設定されれば最大輝度１００［cd/m²］を表示する。

また、画素に動的変化がある場合の輝度階調特性８は、図３に示すように、液晶パネル５から表示される輝度が、液晶の応答速度の問題により２０［cd/m²］から８０［cd/m²］の間の値となるものとする。この場合、階調値が２０より小さい場合は全て輝度２０［cd/m²］を表示するいわゆる黒つぶれが発生し、階調値が８０より大きい場合は全て輝度８０［cd/m²］を表示するいわゆる白つぶれが発生する。なお、この動的変化のある場合に表示できる下限輝度２０［cd/m²］を下限飽和輝度と称し、動的変化のある場合に表示できる上限輝度８０［cd/m²］を上限飽和輝度と称す。

次に、図４を参照する。図４には、補正前の輝度階調特性７と補正後の輝度階調特性９とが図示されている。補正後の輝度階調特性における最大輝度はオーバードライブで表示可能な上限輝度以下であり、補正後の輝度階調特性における最小輝度は、オーバードライブで表示可能な下限輝度以上で補正後の輝度階調特性における最大輝度以下である。特に、最小階調値０を動的変化の際にオーバードライブで表示できる下限輝度２０［cd/m²］に対応させ、最大階調値１００を動的変化の際にオーバードライブで表示できる上限輝度８０［cd/m²］に対応させる。これにより補正後の輝度階調特性９のコントラスト比を高くすることができる。

このように階調値と輝度との対応関係を変化させることで、動的変化時の黒つぶれおよび白つぶれをなくすことができ、階調特性を適切に表示することができる。入力される階調値に対して輝度階調特性を変化させるので、動的変化がない画素と動的変化のある画素とにおいて同じ階調値であれば同じ輝度を表示することができる。輝度階調特性の変化は、階調値を補正することで実現できる。輝度階調特性９は本発明における第１輝度階調特性に相当する。

液晶パネル５で表示される補正後の階調値に対応する補正輝度はたとえば以下の式で算出される。
補正輝度＝入力階調値・（上限飽和輝度−下限飽和輝度）／液晶パネルの全階調数）＋下限飽和輝度
上式において上限飽和輝度を８０［cd/m²］とし、下限飽和輝度を２０［cd/m²］とし、液晶パネルの全階調数を１００としたものが、輝度階調特性９である。

３．階調補正部の構成
次に、図５を参照して階調補正部２の構成を説明する。階調補正部２は、入力された映像信号を１フレーム分記憶するフレームメモリ１１と、各画素について、入力された現フレームの階調値とフレームメモリ１１に記憶されている前フレームの階調値とを比較するデータ比較部１２と、入力された階調値に対して別の輝度階調特性を有するように補正された階調値を出力する第１ＬＵＴ１３と、入力された階調値に対して別の輝度階調特性に変換しさらにオーバードライブ補正した階調値を出力する第２ＬＵＴ１４とを備える。第１ＬＵＴ１３および第２ＬＵＴ１４は本発明における階調変換部に相当する。

フレームメモリ１１は、階調補正部２に入力された映像信号に含まれる各画素の階調値を１フレーム分記憶するメモリである。記憶されている各画素の前フレームの階調値をデータ比較部１２へ出力するとともに、入力される現フレームの階調値を記憶する。

データ比較部１２は、各画素について、入力される映像信号の現フレームの階調値とフレームメモリ１１から入力される前フレームの階調値とを比較してオーバードライブが必要かどうかを判別する。オーバードライブが必要でない場合は通常補正モードを選択し、オーバードライブが必要である場合はオーバードライブ補正モードを選択する。オーバードライブが必要でない場合というのは、ある画素の現フレームの階調値と前フレームの階調値とが同じまたは差が小さい場合や、現フレームの階調値が黒領域または白領域の値である場合などである。具体的には、現フレームの階調値と前フレームの階調値との差の絶対値が予め定められた第１閾値以下の場合、オーバードライブ不要と判別する。また、現フレームの階調値が予め定められた下限閾値以下である場合、または予め定められた上限閾値以上の場合も、オーバードライブ不要と判別する。これら以外の場合は、オーバードライブ必要と判別する。これら第１閾値、下限閾値および上限閾値は液晶の応答速度およびフレーム期間に影響されるので、最適な値を設定すればよい。下限閾値は本発明における第２閾値に相当し、上限閾値は本発明における第３閾値に相当する。

データ比較部１２は、通常補正モードを選択した場合、第１ＬＵＴ１３へ第１補正階調値を出力する指示を出す。また、オーバードライブ補正モードを選択した場合、第２ＬＵＴ１４へ前フレームの階調値を出力するとともに第２補正階調値を出力する指示を出す。

通常補正モードが選択された場合、入力された現フレームの階調値は第１補正階調値に変換される。第１ＬＵＴ１３は、図６に示すように、入力された現フレームの階調値に対して新たな輝度階調特性９を有する第１補正階調値が１対１に対応しているルックアップテーブルであり、入力された階調値に対応する第１補正階調値を駆動回路３へ出力する。第1補正階調値は液晶の応答速度およびフレーム期間に影響されるので、最適な値を設定すればよい。

オーバードライブ補正モードが選択された場合、入力された前フレームの階調値と現フレームの階調値とを基に、現フレームの階調値は、第１補正階調値に対応する輝度が表示されるようにオーバードライブ補正するための第２補正階調値に変換される。第２ＬＵＴ１４は、図７に示すように、入力された前フレームの階調値と現フレームの階調値とを基に、予め算出されている第２補正階調値を出力するルックアップテーブルである。図７において、「−」は、第２補正階調値が格納されていないことを示し、「…」は適切な第２補正階調値が格納されていることを示す。第２補正階調値は液晶の応答速度およびフレーム期間に影響されるので、最適な値を設定すればよい。

４．動作説明
次に、図８に示すフローチャートにしたがって、輝度階調特性の補正の流れを説明する。図８は、階調補正部の動作を示すフローチャートである。

各画素について、現フレームの階調値が階調補正部２のフレームメモリ１１、データ比較部１２、第１ＬＵＴ１３および第２ＬＵＴ１４へそれぞれ入力される。フレームメモリ１１は、現フレームの階調値が入力される前にフレームメモリ１１に記憶されていた前フレームの階調値をデータ比較部１２へ出力する。

データ比較部１２では、各画素について、現フレームの階調値と前フレームとの階調値との比較をしてオーバードライブが必要か否かを判別し、通常補正モードとオーバードライブ補正モードとのいずれかを選択する。まず、データ比較部１２は、各画素について、現フレームの階調値が予め定められた下限閾値以下であるか否かを判別する（ステップＳ０１）。現フレームの階調値が下限閾値以下である場合、黒領域の階調値であることを意味するので、黒領域からの液晶の応答速度はオーバードライブを行った際の応答速度と同程度であるのでオーバードライブの必要がない。この場合、通常補正モードが選択され、データ比較部１２は第１ＬＵＴ１３に階調値の補正の指示を出し、第１ＬＵＴ１３は入力された現フレームの階調値に対応する第１補正階調値を駆動回路３へ出力する（ステップＳ０４）。

データ比較部１２は、各画素について、現フレームの階調値が下限閾値より大きいと判別すると、各画素について、現フレームの階調値が予め定められた上限閾値以上であるか否かを判別する（ステップＳ０２）。現フレームの階調値が上限閾値以上である場合、白領域の階調値であることを意味するので、白領域からの液晶の応答速度はオーバードライブを行った際の応答速度と同程度であるのでオーバードライブの必要がない。この場合、通常補正モードが選択され、データ比較部１２は第１ＬＵＴ１３に階調値の補正の指示を出し、第１ＬＵＴ１３は入力された現フレームの階調値に対応する第１補正階調値を駆動回路３へ出力する（ステップＳ０４）。

データ比較部１２は、各画素について、現フレームの階調値が上限閾値より小さいと判別すると、次に、各画素について、現フレームの階調値と前フレームの階調値との差の絶対値が予め定められた第１閾値以下であるか否かを判別する（ステップＳ０３）。現フレームの階調値と前フレームの階調値との差の絶対値が予め定められた第１閾値以下である場合、両方の階調値の差が小さいことを意味するので、オーバードライブをしなくても液晶パネル５は階調値に対応する輝度を表示することができる。この場合、通常補正モードが選択され、データ比較部１２は第１ＬＵＴ１３に階調値の補正の指示を出し、第１ＬＵＴ１３は入力された階調値に対応する第１補正階調値を駆動回路３へ出力する（ステップＳ０４）。

データ比較部１２は、各画素について、現フレームの階調値と前フレームの階調値との差の絶対値が予め定められた第１閾値よりも大きいと判別すると、オーバードライブが必要であるので、オーバードライブ補正モードを選択し、第２ＬＵＴ１４へ前フレームの階調値を出力するとともに、第２ＬＵＴ１４に階調値の補正の指示を出す。第２ＬＵＴ１４は入力された現フレームおよび前フレームの階調値に対応する第２補正階調値を駆動回路３へ出力する（ステップＳ０５）。

駆動回路３では、入力された第１または第２補正階調値に基づいて対応する階調電圧を液晶パネル５の画素に印加し、画素の液晶はバックライトの消灯期間中に応答が完了する。

実施例１の液晶表示駆動方法およびそれを用いた液晶表示装置によれば、入力される全ての階調値を、フレーム内のバックライトの消灯期間内でオーバードライブにより表示可能な輝度領域における別の輝度階調特性を有する階調値に補正するので、画素の動的変化のあるなしにかかわらず、同じ補正された階調値であれば同じ輝度を表示することができる。また、別の輝度階調特性に変換されることにより飽和領域が存在しなくなるので、黒つぶれおよび白つぶれの発生を防止することができる。

以下、図９を参照してこの発明の実施例２を説明する。図９は、実施例２における階調補正部２０の構成図である。なお、実施例２の液晶表示装置の構成は実施例１における階調補正部２が実施例２における階調補正部２０に代わったものである。他の構成は同様であるので、ここでは実施例２における階調補正部２０を中心に説明する。また、実施例１と同じ構成については同符号を付すことで詳細な説明を省略する。

実施例２の特徴は、階調補正部２０が階調分布判別部２１を備える点と、３種類の階調補正部である第１階調補正部２２、第２階調補正部２３、第３階調補正部２４を備える点である。階調分布判別部２１は、現フレームの全ての画素の階調値の分布が白領域側であるか、黒領域側であるか、白および黒の両領域にわたって均一に分散しているかを判別する。３種類の第１階調補正部２２、第２階調補正部２３、第３階調補正部２４は、階調分布判別部２１が判別した階調値の分布の違いに応じて、それぞれの輝度階調特性に補正する。

５．輝度階調特性補正
図１０を参照して実施例２における輝度階調特性の補正の原理を説明する。図１０は実施例２における補正された輝度階調特性図である。実施例２では、閾値階調値をたとえば５０とし、入力された現フレームの全ての画素の階調値の分布を基に、現フレームの映像が白領域属性、黒領域属性および均一分散属性の３種類の分布属性のいずれに属するかを判別する。

たとえば、入力された現フレームの全ての画素の階調値の最大値が閾値階調値５０未満の場合、このフレームの映像は全体的に暗い黒領域属性であるとして、５０以上の階調値は全て上限飽和輝度８０［cd/m²］に対応させる。このように補正しても階調特性を維持することができる。すなわち、図１０に示すように、元の輝度階調特性７から輝度階調特性３５に変換する。最小階調値０をオーバードライブで表示できる最小輝度２０［cd/m²］に対応させ、閾値階調値５０をオーバードライブで表示できる最大輝度８０［cd/m²］に対応させる。

また、たとえば、入力された現フレームの全ての画素の階調値の最小値が閾値階調値５０以上の場合、このフレームの映像は全体的に明るい白領域属性であるとして、５０より小さい階調値は全て下限飽和輝度２０［cd/m²］に対応させる。このように補正しても、階調特性を維持することができる。すなわち、図１０に示すように、元の輝度階調特性７から輝度階調特性３６に変換する。閾値階調値５０をオーバードライブで表示できる最小輝度２０［cd/m²］に対応させ、最大階調値１００をオーバードライブで表示できる最大輝度８０［cd/m²］に対応させる。

また、入力された現フレームの全ての画素の階調値より、現フレームの映像が黒領域属性でも白領域属性でもない均一分散属性であると判別された場合には、元の輝度階調特性７から実施例１の輝度階調特性９を採用する。このように、現フレームの全ての画素の階調値の分布に応じて輝度階調特性を変えることで、各映像の明るさに合わせた適切な輝度階調特性を得ることができ、コントラスト比を高くすることができる。

６．階調補正部の構成
次に、図９を参照して階調補正部２０の構成を説明する。階調分布判別部２１は、入力された現フレームの全ての画素の階調値の分布を基に、現フレームの映像が３種類の属性のいずれに属するかを判別する。前述のとおり、この判別は、現フレームの最大階調値が予め定められた閾値階調値未満であれば黒領域属性とし、現フレームの最小階調値が予め定められた閾値階調値以上であれば白領域属性とし、どちらでもない場合は均一分散属性とする。また、他にも統計的手法で判別してもよいし、黒領域属性または白領域属性に判別する閾値階調値はそれぞれ別の値であってもよい。

階調分布判別部２１は、現フレームの映像が均一分散属性であると判別すれば第１階調補正部２２へ、現フレームの映像が黒領域属性であると判別すれば第２階調補正部２３へ、また、現フレームの映像が白領域属性であると判別すれば第３階調補正部２４へ階調値補正を指令するとともに、それぞれ現フレームの各画素の階調値を出力する。第１階調補正部２２は、実施例１における階調補正部２と同じ構成であり、同様の輝度階調特性の補正を実施するので説明を省略する。

第２階調補正部２３は、黒領域属性と判別された現フレームの各画素の階調値を輝度階調特性３５に対応させて階調値を補正する。データ比較部２６は実施例１におけるデータ比較部１２と同様に通常補正モードかオーバードライブ補正モードかを選択する。第３ＬＵＴ２７は入力された現フレームの階調値に対して新たな輝度階調特性３５を有する第３補正階調値が１対１に対応しているルックアップテーブルであり、通常補正モードが選択された場合、入力された階調値に対応する第３補正階調値を駆動回路３へ出力する。第４ＬＵＴ２８は、入力された現フレームの階調値に対して輝度階調特性３５の階調値に変換され、さらにオーバードライブ補正された第４補正階調値を出力するルックアップテーブルであり、オーバードライブ補正モードが選択された場合、入力された前フレームの階調値と現フレームの階調値とを基に、オーバードライブ用の予め算出されている第４補正階調値を出力する。

第３階調補正部２４は、白領域属性と判別された現フレームの各画素の階調値を輝度階調特性３６に対応させて階調値を補正する。データ比較部３０は実施例１におけるデータ比較部１２と同様に通常補正モードかオーバードライブ補正モードかを選択する。第５ＬＵＴ３１は入力された現フレームの階調値に対して新たな輝度階調特性３６を有する第５補正階調値が１対１に対応しているルックアップテーブルであり、通常補正モードが選択された場合、入力された階調値に対応する第５補正階調値を駆動回路３へ出力する。第６ＬＵＴ３２は、入力された現フレームの階調値に対して輝度階調特性３６の階調値に変換され、さらにオーバードライブ補正された第６補正階調値を出力するルックアップテーブルであり、オーバードライブ補正モードが選択された場合、入力された前フレームの階調値と現フレームの階調値とを基に、オーバードライブ用の予め算出されている第６補正階調値を出力する。

７．動作説明
次に、図１１に示すフローチャートにしたがって、実施例２に係る輝度階調特性の補正の流れを説明する。図１１は、輝度階調特性の補正の流れを示すフローチャートである。

各画素について、現フレームの階調値が階調補正部２０の階調分布判別部２１、第１階調補正部２２、第２階調補正部２３、第３階調補正部２４へそれぞれ入力される。階調分布判別部２１では、現フレームの全ての画素の階調値の分布を基に、現フレームの映像が均一分布属性か、黒領域属性か、または、白領域属性かのいずれであるかを判別する（ステップＳ１１）。

階調分布判別部２１が現フレームの映像は均一分布属性であると判別すると、均一補正が選択され（ステップＳ１２）、各画素について、第１階調補正部２２にて現フレームの輝度階調特性が補正される。第１階調補正部２２では、実施例１と同様にデータ比較部１２にて補正モードが選択され（ステップＳ１５）、通常補正モードが選択された場合、第１ＬＵＴ１３による階調値の補正が実施される（ステップＳ１６）。オーバードライブ補正モードが選択された場合、第２ＬＵＴ１４により階調値が補正される（ステップＳ１７）。

階調分布判別部２１が現フレームの映像は黒領域属性であると判別すると、黒強調補正が選択され（ステップＳ１３）、各画素について、第２階調補正部２３にて現フレームの輝度階調特性が補正される。第２階調補正部２３では、実施例１と同様にデータ比較部２６にて補正モードが選択され（ステップＳ１５）、通常補正モードが選択された場合、第３ＬＵＴ２７による階調値の補正が実施される（ステップＳ１６）。オーバードライブ補正モードが選択された場合、第４ＬＵＴ２８により階調値が補正される（ステップＳ１７）。これらにより、輝度の低い領域でコントラストを高くした映像を表示することができる。

階調分布判別部２１が現フレームの映像は白領域属性であると判別すると、白強調補正が選択され（ステップＳ１４）、各画素について、第３階調補正部２４にて現フレームの輝度階調特性が補正される。第３階調補正部２４では、実施例１と同様にデータ比較部３０にて補正モードが選択され（ステップＳ１５）、通常補正モードが選択された場合、第５ＬＵＴ３１による階調値の補正が実施される（ステップＳ１６）。オーバードライブ補正モードが選択された場合、第６ＬＵＴ３２により階調値が補正される（ステップＳ１７）。これらにより、輝度の高い領域でコントラストを高くした映像を表示することができる。

実施例２によれば、入力される現フレームの全ての画素の階調値の分布により、３つの輝度階調値特性のいずれかに現フレームの各画素の階調値を補正するので、階調値の分布に応じてコントラスト比を高めた表示を行うことができる。

本発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。

（１）上述した実施例では、輝度階調特性は直線であったが、これに限らず、階調値と輝度とが１対1に対応する曲線であってもよい。

（２）上述した実施例では、第１ＬＵＴ１３と第２ＬＵＴ１４とが個別のルックアップテーブルであったが、１つのルックアップテーブルでもよい。また、第３ＬＵＴ２７と第４ＬＵＴ２８とを１つのルックアップテーブルにしてもよいし、第５ＬＵＴ３１と第６ＬＵＴ３２とを１つのルックアップテーブルにしてもよい。

（３）上述した実施例２では現フレームを３つの属性に判別していたが、３以外の数の属性に判別してもよい。また、判別に用いられる閾値階調値は予め定められたものであったが、フレームごとに変動する値でも、または、いくつかの段階に分けた値でもよい。たとえば、現フレームの各画素の階調値の中に最小階調値０が含まれ、最大階調値１００が含まれない場合は、現フレームの最大階調値を閾値階調値とし、現フレームの各画素の階調値の中に最大階調値１００が含まれ、最小階調値０が含まれない場合は、現フレームの最小階調値を閾値階調値としてもよい。また、変動する閾値階調値に対応して複数の輝度階調特性を有してもよい。

（４）上述した実施例１では、ステップＳ０１〜Ｓ０３により通常補正モードとオーバードライブ補正モードとの選択を実施していたが、ステップＳ０３のみにより選択を実施してもよいし、ステップＳ０１とステップＳ０３またはステップＳ０２とステップＳ０３の組み合わせにより選択を実施してもよい。

１ … 液晶表示装置
２、２０ … 階調補正部
４ … バックライト
９、３５、３６ … 輝度階調特性
１１ … フレームメモリ
１２ … データ比較部
１３ … 第１ＬＵＴ
１４ … 第２ＬＵＴ
２１ … 階調分布判別部

Claims (10)

1. 複数の画素を有する液晶パネルを駆動する液晶表示駆動方法であって、
   現フレームの全ての画素の階調値の分布を判別する階調値分布判別ステップと、
   最大階調値が１フレーム期間内でオーバードライブにより表示可能な輝度の上限値である上限飽和輝度に対応し最小階調値が１フレーム期間内でオーバードライブにより表示可能な輝度の下限値である下限飽和輝度に対応する輝度階調特性と、
   最小階調値が前記下限飽和輝度に対応し閾値階調値以上の階調値が全て上限飽和輝度に対応する輝度階調特性または最大階調値が前記上限飽和輝度に対応し閾値階調値以下の階調値が全て下限飽和輝度に対応する輝度階調特性の少なくとも１つとのうち前記階調値の分布に応じていずれかの輝度階調特性が選択されるステップと、
   各画素について、現フレームの階調値と前フレームの階調値とを基に通常補正モードとオーバードライブ補正モードとのいずれかを選択するモード選択ステップと、
   前記通常補正モードが選択された場合、現フレームの階調値を、選択された輝度階調特性に対応する補正階調値に変換する補正ステップと、
   前記オーバードライブ補正モードが選択された場合、選択された輝度階調特性に対応する輝度を１フレーム期間内で表示可能にするオーバードライブ補正階調値に現フレームの階調値を変換する補正ステップとを備えた
   ことを特徴とする液晶表示駆動方法。
2. 請求項１に記載の液晶表示駆動方法において、
   前記輝度階調特性における輝度は、１フレーム期間中にバックライトが点灯している間の輝度の積分値である
   ことを特徴とする液晶表示駆動方法。
3. 請求項１または２に記載の液晶表示駆動方法において、
   前記モード選択ステップは、
   同一画素の現フレームの階調値と前フレームの階調値との差の絶対値が予め定められた第１閾値以下の場合、前記通常補正モードを選択し、
   同一画素の現フレームの階調値と前フレームの階調値との差の絶対値が前記第１閾値より大きい場合、前記オーバードライブ補正モードを選択する
   ことを特徴とする液晶表示駆動方法。
4. 請求項１から３のいずれか１つに記載の液晶表示駆動方法において、
   前記モード選択ステップは、
   各画素について、現フレームの階調値が予め定められた第２閾値以下の場合、前記通常補正モードを選択し、
   現フレームの階調値が予め定められた第２閾値より大きい場合、現フレームの階調値と前フレームの階調値とを基に前記通常補正モードまたはオーバードライブ補正モードを選択する
   ことを特徴とする液晶表示駆動方法。
5. 請求項１から４のいずれか１つに記載の液晶表示駆動方法において、
   前記モード選択ステップは、
   各画素について、現フレームの階調値が予め定められた第３閾値以上の場合、前記通常補正モードを選択し、
   現フレームの階調値が予め定められた第３閾値より小さい場合、現フレームの階調値と前フレームの階調値とを基に前記通常補正モードまたはオーバードライブ補正モードを選択する
   ことを特徴とする液晶表示駆動方法。
6. 複数の画素を有する液晶パネルと、
   各画素の階調値を記憶するフレームメモリと、
   現フレームの全ての画素の階調値の分布を判別する階調分布判別部と、
   各画素について、現フレームの階調値と前記フレームメモリから入力される前フレームの階調値とを基に通常補正モードとオーバードライブ補正モードとのいずれかを選択するデータ比較部と、
   前記通常補正モードが選択された場合、現フレームの階調値を、
   最大階調値が１フレーム期間内でオーバードライブにより表示可能な輝度の上限値である上限飽和輝度に対応し最小階調値が１フレーム期間内でオーバードライブにより表示可能な輝度の下限値である下限飽和輝度に対応する輝度階調特性と、最小階調値が前記下限飽和輝度に対応し閾値階調値以上の階調値が全て上限飽和輝度に対応する輝度階調特性または最大階調値が前記上限飽和輝度に対応し前記閾値階調値以下の階調値が全て下限飽和輝度に対応する輝度階調特性の少なくとも１つとのうち、
   前記階調値の分布に応じていずれかの輝度階調特性に対応する補正階調値に変換し、
   前記オーバードライブ補正モードが選択された場合、選択された輝度階調特性に対応する輝度を１フレーム期間内で表示可能にするオーバードライブ補正階調値に現フレームの階調値を変換する階調変換部
   を備えることを特徴とする液晶表示装置。
7. 請求項６に記載の液晶表示装置において、
   光を液晶に照射するバックライトを備え、
   前記輝度階調特性における輝度は、１フレーム期間中に前記バックライトが点灯している間の輝度の積分値である
   ことを特徴とする液晶表示装置。
8. 請求項６または７に記載の液晶表示装置において、
   前記データ比較部は、同一画素の現フレームの階調値と前フレームの階調値との差の絶対値が予め定められた第１閾値以下の場合、前記通常補正モードを選択し、
   同一画素の現フレームの階調値と前フレームの階調値との差の絶対値が前記第１閾値より大きい場合、前記オーバードライブ補正モードを選択する
   ことを特徴とする液晶表示装置。
9. 請求項６から８のいずれか１つに記載の液晶表示装置において、
   前記データ比較部は、各画素について、現フレームの階調値が予め定められた第２閾値以下の場合、前記通常補正モードを選択し、
   現フレームの階調値が前記第２閾値より大きい場合、現フレームの階調値と前記フレームメモリから入力される前フレームの階調値とを基に前記通常補正モードと前記オーバードライブ補正モードとのいずれかを選択する
   ことを特徴とする液晶表示装置。
10. 請求項６から９のいずれか１つに記載の液晶表示装置において、
    前記データ比較部は、各画素について、現フレームの階調値が予め定められた第３閾値以上の場合、前記通常補正モードを選択し、
    現フレームの階調値が前記第３閾値より小さい場合、現フレームの階調値と前記フレームメモリから入力される前フレームの階調値とを基に前記通常補正モードと前記オーバードライブ補正モードとのいずれかを選択する
    ことを特徴とする液晶表示装置。

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