JP4986536B2 - 液晶表示装置及び映像信号補正方法 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置及び映像信号補正方法に関する。

一般の液晶表示装置は、画素電極及び共通電極を備える二つの表示板と、その間に挟持された誘電率異方性を有する液晶層とを備える。画素電極は行列状に配列されており、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などのスイッチング素子に接続され、一行ずつ順次にデータ電圧の印加を受ける。共通電極は、表示板の全面に亘って形成され、共通電圧の印加を受ける。画素電極と共通電極及びその間の液晶層は、回路的には液晶キャパシタを構成し、液晶キャパシタは、これに接続されたスイッチング素子と共に画素を構成する基本単位になる。

このような液晶表示装置は、二つの電極に電圧を印加して液晶層に電界を生成し、この電界の強さを調節して液晶層を通過する光の透過率を調節することによって所望の画像を得る。このとき、液晶層に一方向の電界が長く印加されることにより発生する劣化現象を防止するために、フレーム毎に、行毎に、または画素毎に共通電圧に対するデータ信号の電圧極性を反転させる。

このような液晶表示装置は、コンピュータの表示装置のみならずテレビなどの表示画面にも広く使用されるようになり、動画表示に対応できることが要求されている。しかしながら、液晶表示装置は、液晶の応答速度が遅く、動画表示に適していない。このような液晶の遅い応答速度を補うために、入力映像信号に対応するデータ電圧に比して高いかあるいは低いデータ電圧（オーバーシュート電圧及びアンダーシュート電圧）を画素電極に印加する方法が開発された。ところが、ノーマリーブラックである液晶表示装置でオーバーシュート電圧を印加するために、これを最高階調電圧に対応させたとき、ホワイト階調に対応するデータ電圧は最高階調電圧より低いことが要求されるため、液晶表示装置の輝度が低くなる。

本発明は、前記のような従来の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、液晶の応答速度を改善するとともに、相対的に輝度を高めることができる液晶表示装置及び映像信号補正方法を提供することである。

前述した目的を達成するための本発明に係る液晶表示装置は、複数の画素と、直前の映像信号及び現在の映像信号に基づいて予備信号を生成し、予備信号及び次の映像信号に基づいて補正映像信号を生成する映像信号補正部と、映像信号補正部からの補正映像信号をデータ電圧に変換して画素に供給するデータ駆動部とを備え、補正映像信号は、次の映像信号の大きさによって少なくとも二つの異なる値を有する。

予備信号が第１設定値以下であり、次の映像信号が第２設定値以上、第３設定値以下である場合は、補正映像信号は第１補正値を有し、予備信号が第１設定値以下であり、次の映像信号が第３設定値より大きい場合は、補正映像信号は第１補正値と異なる第２補正値を有することを特徴とする。

予備信号が第１設定値より大きいか、次の映像信号が第２設定値より小さい場合には、補正映像信号は予備信号と同一の値を有することを特徴とする。

予備信号が第１設定値以下であり、次の映像信号が第２設定値以上、第３設定値以下である場合には、補正映像信号は第１補正値を有し、予備信号が第１設定値以下であり、次の映像信号が第３設定値より大きい場合には、補正映像信号は第１補正値と第２補正値との間を補間した値を有することを特徴とする。映像信号補正部は、次式により補間することができる。

ここで、Ｐは補正映像信号、Ｐ１及びＰ２は各々第１及び第２補正値、ｍは最大階調、γは第３設定値、ｘは次の映像信号である。

映像信号補正部は、Ａ及びＢの値を記憶する記憶素子と、前記式を演算するためのシフトレジスタを有することを特徴とする。

予備信号と直前の映像信号との差は、現在の映像信号と直前の映像信号との差以上であることを特徴とする。

映像信号補正部は、直前の映像信号及び現在の映像信号を記憶するフレームメモリと、直前の映像信号と現在の映像信号の組み合わせに対する基準予備信号を記憶するルックアップテーブルを有することを特徴とする。

映像信号補正部は、基準予備信号を補間して予備信号を生成することを特徴とする。本発明のその他の液晶表示装置の映像信号補正方法は、直前の映像信号、現在の映像信号及び次の映像信号を読み取り、直前の映像信号及び現在の映像信号に基づいて予備信号を生成し、予備信号と次の映像信号に基づいて補正映像信号を生成することを含み、補正映像信号は、次の映像信号の大きさに応じて少なくとも二つの異なる値を有する。

補正映像信号生成は、予備信号と第１設定値とを比較し、次の映像信号と第２及び第３設定値とを比較し、比較結果に基づいて補正映像信号を生成することを含むことを特徴とする。

補正映像信号生成は、比較結果に基づいて第１補正値と第２補正値との間を補間することによって、補間値を生成することをさらに含むことを特徴とする。

本発明によれば、入力映像信号に従ってプレチルト階調を二元化または線形的に変化させて、画質を低下させることなく応答時間を最少化することができ、相対的に輝度を高めることができる。

添付した図面を参照して、本発明の実施形態を、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施することができるように詳細に説明する。図面は、各種層及び領域を明確に表現するために、厚さを拡大して示している。明細書全体を通じて類似している部分については同一の参照符号を付けている。層、膜、領域、板などの部分が、他の部分の“上に”あるとするとき、これは他の部分の“すぐ上に”ある場合に限らず、その中間に更に他の部分がある場合も含む。逆に、ある部分が他の部分の“すぐ上に”あるとするとき、これは中間に他の部分がない場合を意味する。

図１及び図２を参照して本発明の一実施形態に係る液晶表示装置について詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態に係る液晶表示装置のブロック図であり、図２は本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の一つの画素に対する等価回路図である。

図１に示すように、本発明の一実施形態に係る液晶表示装置は、液晶表示板組立体３００と、これに接続されたゲート駆動部４００及びデータ駆動部５００と、データ駆動部５００に接続された階調電圧生成部８００と、これらを制御する信号制御部６００とを備える。

液晶表示板組立体３００は、等価回路的には、複数の信号線（Ｇ_１-Ｇ_ｎ、Ｄ_１-Ｄ_ｍ）と、これに接続されほぼ行列状に配列された複数の画素（ＰＸ）を有する。なお、図２に示す構造によれば、液晶表示板組立体３００は、互いに対向する下部及び上部表示板１００、２００と、その間に挟持された液晶層３を備える。

信号線（Ｇ_１-Ｇ_ｎ、Ｄ_１-Ｄ_ｍ）は、ゲート信号（走査信号ともいう）を伝達する複数のゲート線（Ｇ_１-Ｇ_ｎ）と、データ信号を伝達する複数のデータ線（Ｄ_１-Ｄ_ｍ）からなる。ゲート線（Ｇ_１-Ｇ_ｎ）はほぼ行方向に延びて互いにほぼ平行であり、データ線（Ｄ_１-Ｄ_ｍ）はほぼ列方向に延びて互いにほぼ平行である。

各画素（ＰＸ）、例えばｉ番目（ｉ＝１、２、…、ｎ）ゲート線（Ｇ_ｉ）とｊ番目（ｊ＝１、２、…、ｍ）データ線（Ｄ_ｊ）に接続された画素（ＰＸ）は、信号線（Ｇ_ｉ、Ｄ_ｊ）に接続されたスイッチング素子（Ｑ）と、これに接続された液晶キャパシタ（Ｃ_ＬＣ）及びストレージキャパシタ（Ｃ_ＳＴ）を有する。ストレージキャパシタ（Ｃ_ＳＴ）は、場合によって省略してもよい。

スイッチング素子（Ｑ）は、下部表示板１００に備えられている薄膜トランジスタなどの三端子素子であって、その制御端子はゲート線（Ｇ_ｉ）に接続しており、入力端子はデータ線（Ｄ_ｊ）に接続しており、出力端子は液晶キャパシタ（Ｃ_ＬＣ）及びストレージキャパシタ（Ｃ_ＳＴ）に接続している。

液晶キャパシタ（Ｃ_ＬＣ）は、下部表示板１００の画素電極１９１と上部表示板２００の共通電極２７０を二つの端子とし、二つの電極１９１、２７０間の液晶層３は誘電体として機能する。画素電極１９１はスイッチング素子（Ｑ）に接続し、共通電極２７０は上部表示板２００の全面に形成され、共通電圧（Ｖｃｏｍ）の印加を受ける。図２と異なり、共通電極２７０が下部表示板１００に設けられることもあり、その場合には、二つの電極１９１、２７０のうちの少なくとも一つは線状または棒状に形成してもよい。

液晶キャパシタ（Ｃｌｃ）の補助的な役割を果たすストレージキャパシタ（Ｃ_ＳＴ）は、下部表示板１００に設けられ、画素電極１９１と絶縁体を介して画素電極１９１にオーバーラップしている別個の信号線（図示せず）で形成され、この別個の信号線には共通電圧（Ｖｃｏｍ）などの所定の電圧が印加される。一方、ストレージキャパシタ（Ｃ_ＳＴ）は、画素電極１９１と絶縁体を介して画素電極１９１にオーバーラップしているすぐ上の前段ゲート線によって形成されることができる。

色表示を実現するために各画素（ＰＸ）が基本色のうちの一つを固有に表示したり（空間分割）、各画素（ＰＸ）が時間によって交互に基本色を表示するようにして（時間分割）、基本色の空間的、時間的作用で所望の色相が認識される。基本色の例には赤色、緑色、青色など三原色がある。図２は空間分割の一例を示し、各画素（ＰＸ）が画素電極１９１に対応する上部表示板２００の領域に基本色のうちの一つを示すカラーフィルタ２３０を備える。図２と異なり、カラーフィルタ２３０は、下部表示板１００の画素電極１９１の上または下に形成することもできる。

液晶表示板組立体３００の外側面には光を偏光させる少なくとも一つの偏光子（図示せず）が付着されている。

再び図１を参照すると、階調電圧生成部８００は、画素（ＰＸ）の透過率に関連する二組の階調電圧群（または基準階調電圧群）を生成する。二組のうちの一組は共通電圧（Ｖｃｏｍ）に対して正の値を有し、もう一組は負の値を有する。

ゲート駆動部４００は、液晶表示板組立体３００のゲート線（Ｇ_１-Ｇ_ｎ）に接続し、ゲートオン電圧（Ｖｏｎ）とゲートオフ電圧（Ｖｏｆｆ）の組み合わせからなるゲート信号をゲート線（Ｇ_１-Ｇ_ｎ）に印加する。

データ駆動部５００は、液晶表示板組立体３００のデータ線（Ｄ_１-Ｄ_ｍ）に接続され、階調電圧生成部８００からの階調電圧を選択し、これをデータ信号としてデータ線（Ｄ_１-Ｄ_ｍ）に印加する。しかし、階調電圧生成部８００が全階調に対する電圧を全て提供するのではなく、定められた数の基準階調電圧のみを提供する場合、データ駆動部５００は、基準階調電圧を分圧して全階調に対する階調電圧を生成し、この中からデータ信号を選択してもよい。

信号制御部６００は、ゲート駆動部４００及びデータ駆動部５００などを制御する。このような駆動装置４００、５００、６００、８００のそれぞれは、少なくとも一つの集積回路チップの形態で液晶表示板組立体３００上に直接装着させたり、フレキシブル印刷回路膜（図示せず）上に装着されてＴＣＰの形態で液晶表示板組立体３００に付着させたり、別途の印刷回路基板（図示せず）上に装着させることもできる。これとは異なり、駆動装置４００、５００、６００、８００は、信号線（Ｇ_１-Ｇ_ｎ、Ｄ_１-Ｄ_ｍ）及び薄膜トランジスタスイッチング素子（Ｑ）などと共に液晶表示板組立体３００に集積させてもよい。また、駆動装置４００、５００、６００、８００は単一チップに集積させてもよく、この場合、そのうちの少なくとも一つまたはこれらをなす少なくとも一つの回路素子が単一チップの外側に配置されてもよい。

次に、このような液晶表示装置の動作について詳細に説明する。
信号制御部６００は、外部のグラフィック制御部（図示せず）から入力映像信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ）及びその表示を制御する入力制御信号を受信する。入力映像信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ）は各画素（ＰＸ）の輝度情報を含み、輝度は定められた数、例えば１０２４（＝２^１０）、２５６（＝２^８）または６４（＝２^６）個の階調（ｇｒａｙ）を有する。入力制御信号の例には、垂直同期信号（Ｖｓｙｎｃ）と水平同期信号（Ｈｓｙｎｃ）、メインクロック（ＭＣＬＫ）、データイネーブル信号（ＤＥ）などがある。

信号制御部６００は、入力映像信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ）と入力制御信号に基づいて入力映像信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を液晶表示板組立体３００及びデータ駆動部５００の動作条件に合うように適切に処理し、ゲート制御信号（ＣＯＮＴ１）及びデータ制御信号（ＣＯＮＴ２）などを生成した後、ゲート制御信号（ＣＯＮＴ１）をゲート駆動部４００に送信し、データ制御信号（ＣＯＮＴ２）と処理した映像信号（ＤＡＴ）をデータ駆動部５００に出力する。出力映像信号（ＤＡＴ）は、デジタル信号として定められた数の値（または階調）を有する。

ゲート制御信号（ＣＯＮＴ１）は、走査開始を指示する走査開始信号（ＳＴＶ）とゲートオン電圧（Ｖｏｎ）の出力周期を制御する少なくとも一つのクロック信号を含む。また、ゲート制御信号（ＣＯＮＴ１）は、ゲートオン電圧（Ｖｏｎ）の持続時間を限定する出力イネーブル信号（ＯＥ）をさらに含んでもよい。

データ制御信号（ＣＯＮＴ２）は、一つの行の画素（ＰＸ）に対する映像データの伝送開始を知らせる水平同期開始信号（ＳＴＨ）とデータ線（Ｄ_１-Ｄ_ｍ）にデータ信号の印加を指示するロード信号（ＬＯＡＤ）及びデータクロック信号（ＨＣＬＫ）を含む。また、データ制御信号（ＣＯＮＴ２）は、共通電圧（Ｖｃｏｍ）に対するデータ信号の電圧極性（以下、共通電圧に対するデータ信号の電圧極性を略してデータ信号の極性という）を反転させる反転信号（ＲＶＳ）をさらに含んでもよい。

データ駆動部５００は、信号制御部６００からのデータ制御信号（ＣＯＮＴ２）に従って、一つの行の画素（ＰＸ）に対するデジタル映像信号（ＤＡＴ）を受信し、各デジタル映像信号（ＤＡＴ）に対応する階調電圧を選択することによってデジタル映像信号（ＤＡＴ）をアナログデータ信号に変換した後、これを当該データ線（Ｄ_１-Ｄ_ｍ）に印加する。

ゲート駆動部４００は、信号制御部６００からのゲート制御信号（ＣＯＮＴ１）に従ってゲートオン電圧（Ｖｏｎ）をゲート線（Ｇ_１-Ｇ_ｎ）に印加し、このゲート線（Ｇ_１-Ｇ_ｎ）に接続されたスイッチング素子（Ｑ）を導通状態にする。これにより、データ線（Ｄ_１-Ｄ_ｍ）に印加されたデータ信号が導通したスイッチング素子（Ｑ）を通して当該画素（ＰＸ）に印加される。

画素（ＰＸ）に印加されたデータ信号の電圧と共通電圧（Ｖｃｏｍ）との差は、液晶キャパシタ（Ｃ_ＬＣ）の充電電圧、つまり画素電圧として現れる。液晶分子は画素電圧の大きさによってその配列が異なり、このために液晶層３を通過する光の偏光が変化する。このような偏光の変化は、液晶表示板組立体３００に付着された偏光子によって光透過率の変化として現れ、これによって画素（ＰＸ）は映像信号（ＤＡＴ）の階調が示す輝度を表示する。

１水平周期（１Ｈともいい、水平同期信号Ｈｓｙｎｃ及びデータイネーブル信号ＤＥの一周期と同一である）を単位として前記過程を反復することによって、全ゲート線（Ｇ_１-Ｇ_ｎ）に対して順次にゲートオン電圧（Ｖｏｎ）が印加され、全画素（ＰＸ）にデータ信号が印加されて１フレームの映像が表示される。

１フレームが終了すれば次のフレームが開始され、各画素（ＰＸ）に印加されるデータ信号の極性が直前フレームの極性と逆になるように、データ駆動部５００に印加される反転信号（ＲＶＳ）の状態が制御される（フレーム反転）。このとき、１フレーム内でも反転信号（ＲＶＳ）の特性によって一つのデータ線を通して流れるデータ信号の極性を変えたり（行反転、ドット反転）、一つの画素行に印加されるデータ信号の極性も互いに異ならせてもよい（列反転、ドット反転）。

一方、液晶キャパシタ（Ｃ_ＬＣ）の両端に電圧を印加すれば、液晶層３の液晶分子はその電圧に対応する安定状態で再配列しようとするが、液晶分子の応答速度が遅いため、安定状態に到達するまでにある程度の時間がかかる。液晶キャパシタ（Ｃ_ＬＣ）に印加される電圧を継続して維持する場合、液晶分子は安定状態に到達するまで継続して動き、その間に光透過率も変化する。液晶分子が安定状態に到達して動かないときには、光透過率も一定になる。

このように安定状態の画素電圧を目標画素電圧とし、この時の光透過率を目標光透過率とするとき、目標画素電圧と目標光透過率の間には１対１の対応関係がある。しかしながら、各画素（ＰＸ）のスイッチング素子（Ｑ）を導通させてデータ電圧を印加する時間が制限されているので、データ電圧を印加する間に液晶分子が安定状態に到達するのは難しい。

ところが、スイッチング素子（Ｑ）が非導通状態になっても液晶キャパシタ（Ｃ_ＬＣ）両端の電圧差は依然として存在するため、液晶分子は安定状態に到達するまで継続して動く。このように、液晶分子の配列状態が変化すれば液晶層３の誘電率が変わり、この結果、液晶キャパシタ（Ｃ_ＬＣ）の静電容量が変化する。

スイッチング素子（Ｑ）の非導通状態では、液晶キャパシタ（Ｃ_ＬＣ）の一方の端子が浮遊（ｆｌｏａｔｉｎｇ）状態にあるので、リーク電流を考慮しなければ、液晶キャパシタ（Ｃ_ＬＣ）に保存された総電荷に変化はなく一定である。このため、液晶キャパシタ（Ｃ_ＬＣ）の静電容量の変化は、液晶キャパシタ（Ｃ_ＬＣ）両端の電圧、つまり画素電圧の変化をもたらす。

このように、安定状態を基準として一つの目標画素電圧に対応するデータ電圧（以下、目標データ電圧という）をそのまま画素（ＰＸ）に印加すれば、実際の画素電圧は目標画素電圧と異なるので、目標透過率を得ることができない。特に、目標透過率と該画素（ＰＸ）の透過率との差が大きければ大きいほど、実際の画素電圧と目標画素電圧との差が一層大きくなる。

このように、画素（ＰＸ）に印加するデータ電圧を目標データ電圧より大きいか小さくする必要があり、この方法の一つがＤＣＣ（ｄｙｎａｍｉｃ ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ）である。

本実施形態におけるＤＣＣは、信号制御部６００または別途の映像信号補正部で行われ、任意の画素（ＰＸ）に対する１フレームの映像信号（以下、現在の映像信号（ｃｕｒｒｅｎｔ ｉｍａｇｅ ｓｉｇｎａｌ）（ｇ_Ｎ）という）をその画素（ＰＸ）に対する直前のフレームの映像信号（以下、直前の映像信号（ｐｒｅｖｉｏｕｓ ｉｍａｇｅ ｓｉｇｎａｌ）（ｇ_Ｎ-１）という）に基づいて補正し、補正された現在の映像信号（以下、第１補正映像信号（ｆｉｒｓｔ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｉｍａｇｅ ｓｉｇｎａｌ）（ｇ_Ｎ’）という）を形成する。

第１補正映像信号（ｇ_Ｎ’）は基本的に実験結果によって決定され、第１補正映像信号（ｇ_Ｎ’）と直前の映像信号（ｇ_Ｎ-１）との差は、補正前の現在の映像信号（ｇ_Ｎ）と直前の映像信号（ｇ_Ｎ-１）との差よりも大体大きい。一方、現在の映像信号（ｇ_Ｎ）と直前の映像信号（ｇ_Ｎ-１）が同一であるか、両者間の差が小さいときは、第１補正映像信号（ｇ_Ｎ’）が現在の映像信号（ｇ_Ｎ）と同一である（つまり、補正しないときもある）。
第１補正映像信号（ｇ_Ｎ’）は、次の関数Ｆ１で表される。

このようにすれば、データ駆動部５００から各画素（ＰＸ）に印加するデータ電圧は、目標データ電圧より高いか若しくは低い電圧になる。

表１は、階調数が２５６個であるときの直前の映像信号（ｇ_Ｎ-１）及び現在の映像信号（ｇ_Ｎ）対に対する第１補正映像信号（ｇ_Ｎ’）の例を示す。

このような映像信号補正を行うためには、直前のフレームの映像信号（ｇ_Ｎ-１）を記憶しておく空間が必要であり、フレームメモリがその役割を果たす。また、表１に示す関係を記憶しておくルックアップテーブルなどが必要である。

ここにおいて、現在及び直前の映像信号の全対（ｇ_Ｎ-１、ｇ_Ｎ）に対して第１補正映像信号（ｇ_Ｎ’）を記憶しておくためには、ルックアップテーブルの大きさが非常に大きくする必要があるので、例えば、表１に示す程度の直前及び現在の映像信号対（ｇ_Ｎ-１、ｇ_Ｎ）に対してのみ第１補正映像信号（ｇ_Ｎ’）を基準補正映像信号として記憶し、これ以外の直前及び現在の映像信号対（_ｇＮ-１、ｇ_Ｎ）は、補間法で演算して第１補正映像信号（ｇ_Ｎ’）を求めることが好ましい。

任意の一つの直前及び現在の映像信号の組み合わせ（ｇ_Ｎ-１、ｇ_Ｎ）に対する補間は、表１で当該映像信号の組み合わせ（ｇ_Ｎ-１、ｇ_Ｎ）と近い映像信号の組み合わせ（ｇ_Ｎ-１、ｇ_Ｎ）に対する基準補正映像信号を検索し、その値に基づいて当該映像信号の組み合わせ（ｇ_Ｎ-１、ｇ_Ｎ）に対する第１補正映像信号（ｇ_Ｎ’）を求める。

例えば、デジタル信号である映像信号を上位ビット（ｍｏｓｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｂｉｔｓ）と下位ビット（ｌｅａｓｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｂｉｔｓ）に分け、ルックアップテーブルには下位ビットが０である直前の映像信号と現在の映像信号の組み合わせ（ｇ_Ｎ-１、ｇ_Ｎ）に対する基準補正映像信号を記憶させておく。任意の直前及び現在の映像信号の組み合わせ（ｇ_Ｎ-１、ｇ_Ｎ）に対し、その信号の組み合わせの上位ビットに関連づけられるいくつかの基準補正映像信号をルックアップテーブルから検索した後、直前及び現在の映像信号（ｇ_Ｎ-１、ｇ_Ｎ）の下位ビットとルックアップテーブルから検索した基準補正映像信号を用いて第１補正映像信号（ｇ_Ｎ’）を算出する。

しかしながら、この方法でも目標透過率を得ることが難しい可能性があり、その場合には、直前フレームで中間の大きさの電圧などを予め与えて液晶分子を予め傾斜するようにし（プレチルト）、そして、現在フレームで再び電圧を印加する方法が用いられる。

そのために、信号制御部６００または映像信号補正部は、現在フレームの映像信号（ｇ_Ｎ）を補正するとき、直前フレームの映像信号（ｇ_Ｎ-１）のみならず、次のフレームの映像信号（以下、次の映像信号（ｎｅｘｔ ｉｍａｇｅ ｓｉｇｎａｌ）（ｇ_Ｎ+１）という）までも考慮して、補正された現在の映像信号（以下、第２補正映像信号（ｓｅｃｏｎｄ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｉｍａｇｅ ｓｉｇｎａｌ）（ｇ_Ｎ”）という）を生成する。例えば、現在の映像信号（ｇ_Ｎ）は直前の映像信号（ｇ_Ｎ-１）と同一であるが、次の映像信号（ｇ_Ｎ+１）は現在の映像信号（ｇ_Ｎ）との差が大きい場合には、現在の映像信号（ｇ_Ｎ）を補正して、次のフレームに備えるようにする。

ここで、第２補正映像信号（ｇ_Ｎ”）は次に示す関数（Ｆ２）で表され、直前の映像信号（ｇ_Ｎ-１）と現在の映像信号（ｇ_Ｎ）を記憶するフレームメモリが必要であり、直前及び現在の映像信号の組み合わせ（ｇ_Ｎ-１、ｇ_Ｎ）に対する補正映像信号を記憶するルックアップテーブルが必要となる。場合によっては、現在及び次の映像信号の組み合わせ（ｇ_Ｎ、ｇ_Ｎ+１）に対する補正映像信号を記憶するルックアップテーブルが必要になる。

このような映像信号及びデータ電圧の補正は、映像信号が示すことができる階調のうち、最高階調または最低階調に対しては、行なっても、行なわなくてもよい。最高階調または最低階調に対して補正を行なうために、階調電圧生成部８００が生成する階調電圧の範囲を、映像信号の階調が示す目標輝度範囲（または目標透過率範囲）を得るために必要である目標データ電圧の範囲より広くする方法を用いてもよい。

次に、このような映像信号補正を実現するための、本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の映像信号補正部について、図３乃至図５を参照して詳細に説明する。
図３は、本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の映像信号補正部のブロック図であり、図４は図３に示した映像信号補正部の動作を示すフローチャートであり、図５は本発明の一実施形態に係る映像信号補正方法を説明するための概略図である。

図３に示すように、本発明の一実施形態に係る映像信号補正部６１０は、次の映像信号（ｇ_Ｎ+１）に接続されている第１メモリ６２０、第１メモリ６２０に接続されている第２メモリ６３０、第１及び第２メモリ６２０、６３０に接続されている第１補正部６４０、そして次の映像信号（ｇ_Ｎ+１）及び第１補正部６４０に接続されている第２補正部６５０を有する。映像信号補正部６１０は、全部または一部が図１に示した信号制御部６００に含まれても、別個の装置で実現されるようにしてもよい。

第１メモリ６２０は、記憶されている現在の映像信号（ｇ_Ｎ）を第２メモリ６３０と第１補正部６４０に送信し、入力される次の映像信号（ｇ_Ｎ+１）を受信し、次のフレームの現在の映像信号として記憶する。

第２メモリ６３０は、記憶されている直前の映像信号（ｇ_Ｎ-１）を第１補正部６４０に送信し、第１メモリ６２０から現在の映像信号（ｇ_Ｎ）を受信し、次のフレームの直前の映像信号として記憶する。
ここでは、第１メモリ６２０と第２メモリ６３０とが分離しているものを記載しているが、一つのメモリで、記憶されている直前の映像信号（ｇ_Ｎ-１）及び現在の映像信号（ｇ_Ｎ）を第１補正部６４０に送信し、入力される次の映像信号（ｇ_Ｎ+１）を受信して記憶させてもよい。

第１補正部６４０は、ルックアップテーブル（図示せず）を含み、第２メモリ６３０からの直前の映像信号（ｇ_Ｎ-１）及び第１メモリ６２０からの現在の映像信号（ｇ_Ｎ）に基づいて第１補正映像信号（ｇ_Ｎ’）を算出し、これを第２補正部６５０に送信する。ここで、ルックアップテーブルは、既に説明したように、直前の映像信号（ｇ_Ｎ-１）及び現在の映像信号（ｇ_Ｎ）に対する基準補正映像信号を記憶している。

第２補正部６５０は、次の映像信号（ｇ_Ｎ+１）と第１補正部６４０からの第１補正映像信号（ｇ_Ｎ’）に基づいて第２補正信号（ｇ_Ｎ”）を算出して出力する。

次に、第１及び第２補正部６４０、６５０の動作について詳細に説明する。図４に示すように、まず、動作が開始されれば、第１補正部６４０は、第１及び第２メモリ６２０、６３０からそれぞれ現在の映像信号（ｇ_Ｎ）及び直前の映像信号（ｇ_Ｎ-１）を読み取り、第２補正部６５０は、外部から次の映像信号（ｇ_Ｎ+１）を読み取る（Ｓ１０）。

次に、第１補正部６４０は、読み取った直前及び現在の映像信号の組み合わせ（ｇ_Ｎ-１、ｇ_Ｎ）に対応する複数の基準補正映像信号をルックアップテーブルから取り出し、直前の映像信号（ｇ_Ｎ-１）及び現在の映像信号（ｇ_Ｎ）と共に補間法（ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ）などを利用して第１補正映像信号（ｇ_Ｎ’）を生成する（Ｓ２０）。

例えば、図５に示すように、映像信号が８ビットの２５６階調であり、１６階調で１単位となっている１７×１７個の直前及び現在の映像信号の組み合わせ（ｇ_Ｎ-１、ｇ_Ｎ）に対する基準補正映像信号がルックアップテーブルに記憶されている場合、読み取った直前及び現在の映像信号の組み合わせ（ｇ_Ｎ-１、ｇ_Ｎ）が３６、２１８であれば、第１補正部６４０は、直前及び現在の映像信号の各組み合わせ（３２、２０８）、（４８、２０８）、（３２、２２４）、（４８、２２４）に対する基準補正映像信号（ｈ１、ｈ２、ｈ３、ｈ４）をルックアップテーブルから抽出し、これらを基準に線形補間して第１補正映像信号（ｇ_Ｎ’）を算出する。

基準補正映像信号は、実験などによって予め決定されている。もちろん映像信号のビット数及びこれによる階調数は変えてもよい。

その間、最高目標データ電圧より大きい電圧（以下、オーバーシュート電圧という）を印加するために、２５５階調の入力映像信号を２５４階調の入力映像信号に変換する。その結果、補正された２５４階調の映像信号を最高目標データ電圧に対応させ、補正された２５５階調の映像信号をオーバーシュート電圧に対応させる。

第２補正部６５０は、第１補正部６４０からの第１補正映像信号（ｇ_Ｎ’）と設定値（α）を比較し、次の映像信号（ｇ_Ｎ+１）と設定値（β、γ）を比較する（Ｓ３０、Ｓ５０）。

比較の結果、第１補正映像信号（ｇ_Ｎ’）が設定値（α）以下であり、次の映像信号（ｇ_Ｎ+１）が設定値（β）以上、設定値（γ）以下である場合には、第２補正映像信号（ｇ_Ｎ”）は、補正値（Ｐ１）を有する（Ｓ４０）。

、第１補正映像信号（ｇ_Ｎ’）が設定値（α）以下であり、次の映像信号（ｇ_Ｎ+１）が設定値（γ）より大きい場合には、第２補正映像信号（ｇ_Ｎ”）は、補正値（Ｐ２）を有する（Ｓ６０）。

比較の結果、ステップＳ４０、Ｓ６０に該当する場合でなければ、第２補正映像信号（ｇ_Ｎ”）は、第１補正映像信号（ｇ_Ｎ’）と同一の値を有する（Ｓ７０）。

このように第２補正映像信号（ｇ_Ｎ”）を定めたのち、動作は、繰返される。

ここで、補正値（Ｐ１、Ｐ２）は、第１補正映像信号（ｇ_Ｎ’）より大きく、液晶のプレチルトのために提供される。設定値（α）はプレチルトのための第１補正映像信号（ｇ_Ｎ’）の上限しきい値であり、設定値（β）はプレチルトのための次の映像信号（ｇ_Ｎ+１）の下限しきい値であり、設定値（γ）は補正値（Ｐ１、Ｐ２）を分ける次の映像信号（ｇ_Ｎ+１）の基準になる。この設定値（α、β、γ）及び補正値（Ｐ１、Ｐ２）は、実験などによって決定することができる。

次に、本発明の一実施形態に係る映像信号補正部６１０が入力映像信号に対して第２補正映像信号を生成する例を図６を参照して説明する。図６は本発明の一実施形態によって補正された信号を示す波形図である。

図６に示すように、入力映像信号に対応する階調電圧は、第１及び第２フレームで１ボルト、第３及び第４フレームで５．５ボルト、第５及び第６フレームで３ボルトである。ここにおいて、液晶表示装置は、ノーマリーブラックと仮定する。よって、１ボルトはブラック階調電圧（Ｖｂ）に該当し、５．５ボルトはホワイト階調電圧（Ｖｗ）に該当する。映像信号は、デジタル信号であり、しかしながら、直接的に階調電圧に対応するので、説明上、階調電圧と入り混ぜて表現する。また、階調電圧の極性が逆になることもあり得るが、説明上、階調電圧は、絶対値で表現する。

第１補正部６４０は、第２及び第３フレームの入力映像信号の差によって第３フレームの第１補正映像信号を６ボルトにし、第４及び第５フレームの入力映像信号の差によって第５フレームの第１補正映像信号を２．５ボルトにする。そして、第２、４、６フレームの入力映像信号は、この直前のフレームの入力映像信号とそれぞれ同一であるので、第２、４、６フレームの第１補正映像信号を当該入力映像信号と同一の値にそれぞれ生成する。

例えば、設定値（α、β、γ）に対応する電圧値を各々１．４ボルト、４．５ボルト、及び５ボルトにし、補正値（Ｐ１、Ｐ２）に対応する電圧値を各々１．７ボルト及び２ボルトと仮定すれば、第２補正部６５０は、第２フレームの第２補正映像信号を２ボルトにし、これ以外のフレームの第２補正映像信号を第１補正映像信号と同一の値にそれぞれ生成する。そうすると最終的に出力される第２補正映像信号は、第１フレームで１ボルト、第２フレームで２ボルト、第３フレームで６ボルト、第４フレームで５．５ボルト、第５フレームで２．５ボルト、第６フレームで３ボルトになる。この時、第２フレームの第２補正映像信号は、図５のステップＳ６０で求められる。

ここにおいて、補正値（Ｐ１、Ｐ２）に対応する電圧（以下、プレチルト電圧（ｐｒｅｔｉｌｔ ｖｏｌｔａｇｅ）（Ｖｐ）という）は、液晶を予め傾斜するようにして次のフレームに備える役割を果たす。そして、階調電圧生成部８００が生成する最高階調電圧（Ｖｏ）はオーバーシュート電圧として用いられ、最高目標データ電圧であるホワイト階調電圧（Ｖｗ）より大きい。

このように、第２フレームで第２補正映像信号を２ボルトにして画素に印加すれば、液晶が予め傾くようになり、第３フレームでホワイト階調電圧（Ｖｗ）に対する目標光透過率に速かに近づくことができる。

ここで使用された電圧値は一例であり、液晶表示装置の特性によって様々に変更してもよい。

次に、補正値（Ｐ１、Ｐ２）を決定する方法について図７を参照して詳細に説明する。図７は、本発明の一実施形態に係る液晶表示装置のプレチルト階調に対する応答時間を示したグラフである。図７のグラフにおいて、ｘ軸はプレチルト電圧（Ｖｐ）に対応するプレチルト階調を示し、ｙ軸は目標光透過率に達する応答時間を示す。設定値（γ）は２４０階調にした。

グラフの上部曲線は、第１補正映像信号が０階調であり、次の映像信号が２５５階調である場合、６０乃至１２０の階調値を有するプレチルト階調に対する応答時間を示す。これは、図５に示すフローチャートのステップＳ６０の補正に該当する。この場合、プレチルト階調が大きくなるほど応答時間が短くなるので、最少の応答時間を満たすプレチルト階調、つまり補正値（Ｐ２）をほぼ１００以上に設定することが好ましい。

一方、グラフの下部曲線は、第１補正映像信号が０階調であり、次の映像信号が２４０階調である場合、６０乃至１２０のプレチルト階調に対する応答時間を示す。これは、図５に示すフローチャートのステップＳ４０の補正に該当し、設定値（γ）は２４０階調に該当する。この場合も、プレチルト階調が大きくなるほど応答時間が短くなるが、１１０階調以上では逆に応答時間が長くなる。

このため、過度なプレチルト階調は光透過率の歪みをもたらして動画の画質を低下させるおそれがあるので、応答時間及び画質を考慮してプレチルト階調、つまり補正値（Ｐ１）をほぼ６０乃至１１０に設定することが好ましい。

設定値（γ）は、２４０階調の代わりに他の値を代入して応答時間を参照することで決定してもよい。

ここにおいて、プレチルト階調を一つの値に固定すると、次の映像信号の大きさによって応答時間が互いに異なるため、応答時間を最少化することが難しいと共に、画質低下が生じ得る。このため、次の映像信号の大きさによってプレチルト階調を二元化して個別に設定すれば、次の映像信号の大きさに関係なく、画質の低下をもたらすことなく応答時間を最少化できる。

さらに、応答時間を最少化する代わりに、目標応答時間を満たす範囲でオーバーシュート電圧と最高目標データ電圧との差を減らすことができるため、つまり、最高目標データ電圧を大きくすることができるため、相対的に輝度を高めることができる。

次に、本発明の他の実施形態に係る液晶表示装置の映像信号補正部の動作について図８及び図９を参照して詳細に説明する。図８は図３に示した映像信号補正部の動作を示すフローチャートであり、図９は補間によって補正信号を算出する方法を説明するための概略図である。

本実施形態の映像信号補正部６１０は、第２補正映像信号（ｇ_Ｎ”）を算出する方法を除けば、図３に示した映像信号補正部６１０と実質的に同一であるので、同一の符号を付け、その詳細な説明は省略する。

本実施形態の映像信号補正部６１０の動作を示す図８のフローチャートは、図４に示したフローチャートのステップＳ６０をステップＳ８０に変更したものであり、ステップＳ８０以外の詳細な説明は省略する。

第２補正部６５０は、ステップＳ５０の条件を満たすと、次の式５のように、補正値（Ｐ１、Ｐ２）及び次の映像信号（ｇ_Ｎ+１）に基づいて第２補正映像信号（ｇ_Ｎ”）を算出する（Ｓ８０）。

即ち、本実施形態では図９に示すように、次の映像信号（ｇ_Ｎ+１）が設定値（γ）以下であれば、第２補正映像信号（ｇ_Ｎ”）が補正値（Ｐ１）を有するようにするが、次の映像信号（ｇ_Ｎ+１）が設定値（γ）と最大階調２５５との間であれば、第２補正映像信号（ｇ_Ｎ”）が補正値（Ｐ１）と補正値（Ｐ２）との間を線形的に補間した値を有するようにする。つまり、式５は次式６で表すことができる。

ここにおいて、Ａ＝（Ｐ２−Ｐ１）/（２５５−γ）、Ｂ＝Ｐ１−γ×（Ｐ２−Ｐ１）/（２５５−γ）であり、第２補正部６５０は別途に設けられた記憶素子（図示せず）に定数値（ｃｏｎｓｔａｎｔ ｖａｌｕｅｓ）（Ａ、Ｂ）を記憶しておき、シフトレジスタ（図示せず）などを用いて式６の演算を行ってもよい。

このように次の映像信号（ｇ_Ｎ+１）が設定値（γ）より大きい場合には、第２補正映像信号（ｇ_Ｎ”）が線形的に変わるようにして、プレチルト階調を線形的に変化させることができる。その結果、前記実施形態に比して、設定値（γ）前後の次の映像信号（ｇ_Ｎ+１）に対する応答時間の変化幅が減少し、画質が一層良くなる。

補間は、上記の線形補間以外の補間法を用いてもよく、補正値（Ｐ１）と補正値（Ｐ２）との間を細分し各間を補間して第２補正映像信号（ｇ_Ｎ”）を算出してもよい。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の多様な変形及び改良形態も本発明の権利範囲に属するものである。

本発明の一実施形態に係る液晶表示装置のブロック図である。 本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の一つの画素に対する等価回路図である。 本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の映像信号補正部のブロック図である。 図３に示した映像信号補正部の動作を示すフローチャートの一例である。 本発明の一実施形態に係る映像信号補正方法を説明するための概略図である。 本発明の一実施形態により補正された信号を示す波形図である。 本発明の一実施形態に係る液晶表示装置のプレチルト階調に対する応答時間を示したグラフである。 図３に示した映像信号補正部の動作を示すフローチャートである。 補間によって補正信号を算出する方法を説明するための概略図である。

符号の説明

３００…液晶表示板組立体
４００…ゲート駆動部
５００…データ駆動部
８００…階調電圧生成部
６００…信号制御部
１００、２００…表示板
３…液晶層
１９１…画素電極
２７０…共通電極
２３０…カラーフィルタ
６４０…第１補正部
６５０…第２補正部
６２０、６３０…メモリ
６１０…映像信号補正部

Claims (14)

1. 複数の画素と、
   直前の映像信号及び現在の映像信号に基づいて予備信号を生成し、前記予備信号及び次の映像信号に基づいて補正映像信号を生成する映像信号補正部と、
   前記映像信号補正部からの前記補正映像信号をデータ電圧に変換して前記画素に供給するデータ駆動部とを備え、
   前記補正映像信号は、前記次の映像信号の大きさによって少なくとも二つの異なる値を有し、
   前記予備信号が第１設定値以下であり、前記次の映像信号が第２設定値以上、第３設定値以下である場合には、前記補正映像信号は第１補正値を有し、
   前記予備信号が前記第１設定値より大きいか、前記次の映像信号が前記第２設定値より小さい場合には、前記補正映像信号は前記予備信号と同一の値を有することを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記予備信号が前記第１設定値以下であり、前記次の映像信号が前記第３設定値より大きい場合には、前記補正映像信号は前記第１補正値と異なる第２補正値を有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記予備信号が第１設定値以下であり、前記次の映像信号が前記第３設定値より大きい場合には、前記補正映像信号は前記第１補正値と第２補正値との間を補間した値を有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 前記映像信号補正部は次式により補間することを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
   Ｐ＝（Ｐ２−Ｐ１）/（ｍ−γ）×（ｘ−γ）＋Ｐ１＝Ａ×ｘ＋Ｂ
   （ここで、Ｐは前記補正映像信号、Ｐ１及びＰ２は各々前記第１及び第２補正値、ｍは最大階調、γは前記第３設定値、ｘは前記次の映像信号であり、Ａ＝（Ｐ２−Ｐ１）/（ｍ−γ）、Ｂ＝Ｐ１−γ×（Ｐ２−Ｐ１）/（ｍ−γ）である。）
5. 前記映像信号補正部は、
   前記Ａ及びＢの値を記憶する記憶素子と、
   前記式を演算するためのシフトレジスタとを有することを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
6. 前記予備信号が前記第１設定値より大きいか、前記次の映像信号が前記第２設定値より小さい場合には、前記補正映像信号は前記予備信号と同一の値を有することを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
7. 前記予備信号と前記直前の映像信号との差は、前記現在の映像信号と前記直前の映像信号との差以上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。
8. 前記映像信号補正部は、
   前記直前の映像信号及び前記現在の映像信号を記憶するフレームメモリと、
   前記直前の映像信号と前記現在の映像信号の組み合わせに対する基準予備信号を記憶するルックアップテーブルとを有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
9. 前記映像信号補正部は、前記基準予備信号を補間して前記予備信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
10. 直前の映像信号、現在の映像信号及び次の映像信号を読み取り、
    前記直前の映像信号及び前記現在の映像信号に基づいて予備信号を生成し、
    前記予備信号と前記次の映像信号に基づいて補正映像信号を生成することを含み、
    前記補正映像信号は、前記次の映像信号の大きさによって少なくとも二つの異なる値を有し、
    前記補正映像信号生成は、
    前記予備信号と第１設定値を比較し、前記次の映像信号と第２及び第３設定値を比較し、比較結果に基づいて前記補正映像信号を生成することを含み、
    前記予備信号が前記第１設定値以下であり、前記次の映像信号が前記第２設定値以上、前記第３設定値以下である場合には、前記補正映像信号は第１補正値を有し、
    前記予備信号が前記第１設定値より大きいか、前記次の映像信号が前記第２設定値より小さい場合には、前記補正映像信号は前記予備信号と同一の値を有
    することを特徴とする液晶表示装置の映像信号補正方法。
11. 前記予備信号が前記第１設定値以下であり、前記次の映像信号が前記第３設定値より大きい場合には、前記補正映像信号は前記第１補正値と異なる第２補正値を有することを特徴とする請求項１０に記載の液晶表示装置の映像信号補正方法。
12. 前記補正映像信号生成は、前記比較結果に基づいて第１補正値と第２補正値との間を補間して補間値を生成することをさらに含み、
    前記予備信号が前記第１設定値以下であり、前記次の映像信号が前記第３設定値より大きい場合には、前記補正映像信号が前記補間値を有することを特徴とする請求項１０に記載の液晶表示装置の映像信号補正方法。
13. 前記補間値は次式により算出されることを特徴とする請求項１２に記載の液晶表示装置の映像信号補正方法。
    Ｐ＝（Ｐ２−Ｐ１）/（ｍ−γ）×（ｘ−γ）＋Ｐ１
    ここにおいて、Ｐは前記補間値、Ｐ１及びＰ２は各々前記第１及び第２補正値、ｍは最大階調、γは前記第３設定値、ｘは前記次の映像信号である。
14. 前記予備信号と前記直前の映像信号との差は、前記現在の映像信号と前記直前の映像信号との差以上であることを特徴とする請求項１０に記載の液晶表示装置の映像信号補正方法。
    

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