JP5197152B2 - 液晶駆動装置、液晶表示装置および駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は、液晶駆動装置、液晶表示装置および駆動方法に関する。

一般に、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は液晶の応答特性が悪いため、動画を表示した場合には動画ボケが発生する。これを改善するため、駆動方法を工夫することで液晶ディスプレイの応答速度を改善する手法が開発されている（例えば、特許文献１）。

ところで、動画表示では多くの場合画像が動かない領域と画像が動く領域が発生する。画像が動かない静止領域は動画ボケがないためにクリアな表示となるが、画像が動いた動画領域では画像がぼけて見える。そこで、エッジ領域を検出する技術を用いて画像が動いた領域のエッジを検出し、検出されたエッジ領域には、より強い強調をかけるエッジ検出強調駆動技術が開発されている（例えば、特許文献２、非特許文献１）。例えば、αを強調係数、βをエッジ部における強調補正係数、Ｌ_０を前フレーム階調値、Ｌ_１を現フレーム階調値、Ｌ_ＬＡＯを強調駆動階調値とすると、通常の強調駆動法においては、
Ｌ_ＬＡＯ＝α（Ｌ_１−Ｌ_０）＋ Ｌ_０
を満たすように強調補正され、特許文献２、非特許文献１におけるエッジ強調駆動法は、
Ｌ_ＬＡＯ＝αβ（Ｌ_１−Ｌ_０）＋ Ｌ_０
を満たすように強調補正される。
米国特許第７，１０６，２８６号明細書 米国特許出願公開２００６／００６６５５４Ａ１ M. Baba et al. "Software Processed Edge- Level-Adaptive Overdrive Method for High-Quality Motion Picture"SID 05 Digest, P1942-1945

しかしながら、特許文献２および非特許文献１によるエッジ検出技術を用いた強調駆動法は、検出されたエッジ領域に過度の強調を施すことになるため、リンギングノイズ等が発生しやすく、良好な動画特性が得られない場合があった。

さらに、携帯電話などの携帯機器においては、低消費電力、装置の小型化、軽量化が強く要求されており、液晶駆動装置も小さくすることが求められている。

本発明は、上記事情を考慮してなされたものであって、良好な動画特性を有しかつ回路規模が可及的に小さな液晶駆動装置、液晶表示装置および駆動方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様による液晶駆動装置は、第１のフレームの１フレーム前の第２のフレームの画像情報を保持するフレームメモリと、前記第１のフレームの画像情報と前記第２のフレームの画像情報との第１の差を演算する第１の演算部と、前記第１のフレームのエッジ強調処理を前記第１のフレームの各画素に対して行い、エッジ強調画像情報を出力するエッジ強調処理部と、前記第１の演算部の出力の絶対値が所定値以上の場合には前記エッジ強調画像情報を選択し、前記第１の演算部の出力の絶対値が前記所定値未満の場合には前記第１のフレームの画像情報を選択して出力する選択部と、前記選択部の出力と前記第２のフレームの画像情報との第２の差を演算する第２の演算部と、前記第２の演算部の出力に強調補正係数を乗算する強調係数演算部と、前記強調係数演算部の出力と、前記第２のフレームの画像情報とを加算して加算情報を演算する第３の演算部と、を備え、前記加算情報に基づいて液晶パネルを駆動することを特徴とする。

また、本発明の他の態様による液晶表示装置は、液晶パネルと、前記液晶パネルを駆動する上記態様の液晶駆動装置とを備えていることを特徴とする。

また、本発明の他の態様による駆動方法は、第１のフレームの１フレーム前の第２のフレームの画像情報をフレームメモリに保持し、前記第１のフレームの画像情報と前記第２のフレームの画像情報との第１の差を演算し、前記第１のフレームのエッジ強調処理を前記第１のフレームの各画素に対して行い、エッジ強調画像情報を出力するエッジ強調処理部と、前記第１の差の絶対値が所定値以上の場合には前記第１のフレームのエッジ強調処理を前記第１のフレームの各画素に対して行って得られるエッジ強調画像情報を選択し、前記第１の差の絶対値が前記所定値未満の場合には前記第１のフレームの画像情報を選択し、選択された前記エッジ強調画像情報または前記第１のフレームの画像情報と前記第２のフレームの画像情報との第２の差を演算し、前記第２の差に強調補正係数を乗算し、前記乗算結果と、前記第２のフレームの画像情報とを加算し、前記加算結果に基づき液晶パネルを駆動することを特徴とする。

本発明によれば、良好な動画特性を有しかつ回路規模が可及的に小さな液晶駆動装置、液晶表示装置および駆動方法を提供することが可能となる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

本発明の一実施形態による液晶表示装置の構成を図１に示す。本実施形態の液晶表示装置１は、液晶駆動装置１０と、液晶パネル３０とを備えている。液晶駆動装置１０は、入力画像信号の１フレーム分の映像信号（例えば、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の色信号）のそれぞれの階調を保持するフレームメモリ１２と、減算器１４と、エッジ強調処理部１６と、選択部１８と、減算器２０と、強調係数演算部２２と、加算器２４と、を備えている。選択部１８は、判断部１８ａと、スイッチ部１８ｂとを備えている。

液晶表示装置１に入力される入力画像信号の各映像信号の階調（以下、入力画像情報ともいう）はフレームメモリ１２に送られて記憶される。このとき、フレームメモリ１２へ送られる各映像信号の階調は、後述する選択部１８の選択結果に応じて、選択的にエッジ強調処理部１６によってエッジ強調処理される。また減算器１４および選択部１８に送られる。減算器１４は、入力画像信号の階調と、フレームメモリ２に保持された１フレーム遅延された画像信号の各映像信号の階調（以下、遅延された画像情報ともいう）との差を、画素毎に演算する。

エッジ強調処理部１６は、減算器１４の減算結果に基づいて、エッジ強調処理を行う。このエッジ強調処理は、以下のように行われる。まず、位置（ｉ，ｊ）すなわち第ｉ行、第ｊ列における画素の画像信号値をｐ_０とし、この位置（ｉ，ｊ）の周辺位置（ｉ−１，ｊ−１））、（ｉ−１，ｊ）、（ｉ−１，ｊ＋１）、（ｉ，ｊ−１）、（ｉ，ｊ＋１）、（ｉ＋１，ｊ−１）、（ｉ＋１，ｊ）、（ｉ＋１，ｊ＋１）における画像信号値をｐ_１、ｐ_２、ｐ_３、ｐ_４、ｐ_５、ｐ_６、ｐ_７、ｐ_８とする。すなわち、図２の画素テーブルに示すようにする。

そして、エッジ強調処理に用いるｘ方向（横方向）のエッジ検出フィルタおよびｙ方向（縦方向）のエッジ強調フィルタのテーブルを図３（ａ）、３（ｂ）にそれぞれ示す。これらのエッジ強調フィルタのテーブルは、画像テーブルに対応しており、画像テーブルが図２に示すように３×３のマトリックスであれば、３×３のマトリックスとなる。図３（ａ）、３（ｂ）に示すように、中央位置（２，２）に対応するｘ方向のエッジ強調フィルタおよびｙ方向のエッジ強調フィルタの値をｘ_０およびｙ_０とする。そして、この位置（２，２）の周辺位置（１，１）、（１，２）、（１，３）、（２，１）、（２，３）、（３，１）、（３，２）、（３，３）に対応する、ｘ方向のエッジ強調フィルタの値をｘ_１、ｘ_２、ｘ_３、ｘ_４、ｘ_５、ｘ_６、ｘ_７、ｘ_８とする。また、この位置（２，２）の周辺位置（１，１）、（１，２）、（１，３）、（２，１）、（２，３）、（３，１）、（３，２）、（３，３）に対応する、ｙ方向のエッジ強調フィルタの値をｙ_１、ｙ_２、ｙ_３、ｙ_４、ｙ_５、ｙ_６、ｙ_７、ｙ_８とする。

これらに画像テーブルおよびｘ方向ならびにｙ方向のエッジ強調フィルタのテーブルを用いて、以下の式（１）または式（２）に従って、画素位置（ｉ，ｊ）におけるエッジ強調処理後の画像情報値Ｐ_ｅｄｇｅ（ｉ，ｊ）を求める。

なお、上記式（１）および式（２）において、ａｍｐはエッジ強度を調整するエッジ強度調整値である。上記エッジ強調処理後の画像信号値Ｐ_ｅｄｇｅ（ｉ，ｊ）を各画素に対して求め、エッジ強調画像情報を作成する。このエッジ強調画像情報を求めるのに用いられるエッジ強調フィルタの例を図４（ａ）乃至図８（ｂ）に示す。図４（ａ）、４（ｂ）はそれぞれｘ方向およびｙ方向の差分フィルタを示し、図５（ａ）、５（ｂ）はそれぞれｘ方向およびｙ方向のＲｏｂｅｒｔｓフィルタを示し、図６（ａ）、６（ｂ）はそれぞれｘ方向およびｙ方向のＳｏｂｅｌフィルタを示し、図７（ａ）、７（ｂ）はそれぞれｘ方向およびｙ方向のＰｒｅｗｉｔｔフィルタを示し、図８（ａ）、８（ｂ）はそれぞれｘ方向およびｙ方向のＬａｐｌａｃｉａｎフィルタを示す。この中で本実施形態におけるエッジ強調処理に最も適したフィルタを検討するため、以下のようにエッジ強調フィルタの効果比較を行った。差分フィルタとＲｏｂｅｒｔｓフィルタ、ＰｒｅｗｉｔｔフィルタとＳｏｂｅｌフィルタ、Ｌａｐｌａｃｉａｎフィルタはそれぞれ計算量があまり変わらず、効果も似ている。そこで、差分、Ｓｏｂｅｌ、Ｌａｐｌａｃｉａｎフィルタを用いてエッフェル塔の画像（図示せず）をエッジ強調処理して画質を主観評価した。その結果を図９に示す。効果としては差分フィルタ、Ｌａｐｌａｃｉａｎフィルタが同程度、Ｓｏｂｅｌフィルタはやや劣る結果となった。図９において、３つのフィルタのうち、二重丸が一番良く、次に一重丸、その次に三角がよいことを示している。図９からわかるように、本実施形態においては計算量が少ない差分フィルタやＲｏｂｅｒｔｓフィルタを用いることが望ましい。このようにして、エッジ強調処理部１６によってエッジ強調画像情報を画素毎に求める。

再び図１に戻り、本実施形態の液晶駆動装置の動作を説明する。選択部１８の判断部１８ａは、減算器１４の減算結果に基づいて、動きのある画素（例えば減算値の絶対値が０ではない、または所定の閾値より大きい）についてはエッジ強調処理された強調画像情報値を選択し、動きのない画素（例えば減算値の絶対値が０、または所定の閾値以下）については入力画像情報値を選択する制御信号を発生し、スイッチ部１８ｂに送出する。したがって、選択部１８によって、動きのある画素についてはエッジ強調処理された強調画像情報値が選択され、動きのない画素については入力画像情報値が選択される。なお、ノイズを低減するために、動き判定を減算値（差分値）の絶対値が例えば５０以下のときは動きがないと判定することで、良好な画像が得られることを確認している。本発明者らの検討ではこの値は２０〜３０の間にしたときが最も画質が良かった。

このようにして、選択部１８によって選択された情報値Ｓ_{ｓｅｌｅｃｔ}と、フレームメモリ１２に記憶された１フレーム前の画像情報値Ｌ_{ｍｅｍｏｒｉ}との差分値（＝Ｓ_{ｓｅｌｅｃｔ}―Ｌ_{ｍｅｍｏｒｉ}）が減算器２０において演算される。そして、強調係数演算部２２において、この差分値（＝Ｓ_{ｓｅｌｅｃｔ}―Ｌ_{ｍｅｍｏｒｉ}）に強調係数αが乗算される。強調係数演算部２２の出力（＝α（Ｓ_{ｓｅｌｅｃｔ}―Ｌ_{ｍｅｍｏｒｉ}））と、フレームメモリ１２に記憶された１フレーム前の画像情報値Ｌ_{ｍｅｍｏｒｉ}とが加算器２４において、加算され、強調画像情報Ｌ_{αｅｄｇｅ}が得られる。強調画像情報Ｌ_{αｅｄｇｅ}は、次式によって求められる。
Ｌ_{αｅｄｇｅ}＝α（Ｓ_{ｓｅｌｅｃｔ}―Ｌ_{ｍｅｍｏｒｉ}）＋ Ｌ_{ｍｅｍｏｒｉ}

このようにして求められた強調画像情報Ｌ_{αｅｄｇｅ}は、液晶パネル３０に送られ、駆動信号（例えば、ディジタル信号からアナログ信号に変換された強調画像信号）に変換され、この駆動信号に基づいて液晶パネル３０が駆動されて、画像が表示される。上記強調画像情報Ｌ_{αｅｄｇｅ}から上記駆動信号に変換する回路は、本実施形態では、液晶パネル３０に設けられていたが、液晶駆動回路１０に設けてもよい。

なお、強調係数αは以下のようにして求められる。予め、液晶ディスプレイの階調間（Ｌ_０（開始階調），Ｌ_１（目標階調））の応答を測定し、１フレーム後（液晶ディスプレイのリフレッシュレートが６０Ｈｚの場合は、１６．７ｍｓ後）に到達する階調を求める。これより、１フレーム後に、ある階調からある階調に変化させるために必要となる書き込み階調（Ｌ_α）が求まる。Ｌ_α、Ｌ_０、Ｌ_１には次の関係式が成立する。
（Ｌ_α−Ｌ_０）＝α（Ｌ_１−Ｌ_０）

液晶ディスプレイが２５６階調である場合、全階調間のデータを記憶するためには、２５６×２５６のデータが必要となるが、適宜省略して８階調、１６階調など適当な階調ごとに求めてデータ数を少なくしても良い。Ｌ_α−Ｌ_０とＬ_１−Ｌ_０の関係は関数（例えば直線）で近似できるので、求めたデータを、横軸にＬ_１−Ｌ_０をプロットし、縦軸にＬ_α−Ｌ_０をプロットし、この関係から近似曲線（または直線）を最小二乗法等で算出し、このときの傾き値を強調補正係数αとする。この強調補正係数αは、２進数で表示した場合、一般に小数点以下が例えば１６桁程度の値となる。なお、本発明者達によって発明され、既に特許出願された明細書（特願２００７−２２１０３１号）に記載されているように、計算量を減らすために、αの値はβ＋（１／２^ｎ）×ｍで近似しても画質劣化なく表示可能である。ここで、ｎを２または３とし、ｍを０以上２^ｎ未満の整数とし、強調補正係数αの整数値をβ、すなわちβはαを超えない最大の整数値である。このようにして強調補正係数αをβ＋（１／２^ｎ）×ｍで近似すると、上記特許出願にも記載されているように、強調係数演算部２２における回路規模を大幅に縮小することができる。これは、回路規模として乗算器回路が最も大きいので、強調係数演算部２２において、近似された強調補正係数αを用いることで、強調補正係数を少ないビット数で表すことが可能となるからである。これにより、減算器２０，強調係数演算部２２、加算器２４を含む液晶駆動装置を小さくすることが可能となり、本実施形態の液晶表示装置を携帯電話等、軽量小型化が求められる機器に搭載しても、良好な動画特性を有することになる。

また同様に、エッジ強調処理部１６によってエッジ強調処理が行われる際に、ｋを正の整数とすると、エッジ強度調整値ａｍｐが１／２^ｋの倍数であれば、エッジ強調処理における乗算器回路の規模を大幅に縮小することができる。

次に本実施形態を、実施例を参照して更に詳細に説明する。

（実施例１）
始めに、約２インチの携帯用液晶パネルを用いてパネルの強調補正係数αを求めた。開始階調Ｌ_０をパラメータとして測定した結果を図１０に示す。この測定は、開始階調Ｌ_０を０階調から２５６階調まで１６階調毎に変化させて行っている。開始階調Ｌ_０が０階調から２５６階調に変化するに連れて、強調階調Ｌ_αと目標階調Ｌ_１との関係を示すグラフは、段々と左から右に変化している。この測定結果に基づいて、縦軸に（Ｌ_α−Ｌ_０）をとり、横軸に（Ｌ_１−Ｌ_０）をとってプロットしたグラフを図１１に示す。図１１からわかるように（Ｌ_α−Ｌ_０）と（Ｌ_１−Ｌ_０）はほぼ線形の関係がある。そこで、最小二乗法を用いてこの直線の近似式を求めたところ、直線の傾きは１．２４であり、本実施例ではこの値を強調補正係数αとして用いた。

次に、エッジ強調フィルタとして、図４（ａ）、４（ｂ）に示す差分フィルタを用いた。この差分フィルタによるエッジ強調処理は以下の通りである。（ｉ，ｊ）位置の画像信号値をｆ（ｉ，ｊ）、強調後の信号値をｇ（ｉ，ｊ）とする。ｇ（ｉ，ｊ）は次のように計算される。ここでａｍｐはエッジ強度調整値である。
ｇ（ｉ，ｊ）＝ｆ（ｉ，ｊ）＋｛２×ｆ（ｉ，ｊ）−ｆ（ｉ＋１，ｊ）−ｆ（ｉ，ｊ＋１）｝×ａｍｐ

上記式から分かるように、エッジ強度調整値ａｍｐを適宜調整することで、強調後の信号値を調整することができる。本発明者らはエッジ強度調整値ａｍｐの大きさを変えたときの画質を調べたところ、図１２に示すとおりの結果を得た。最適ａｍｐ量はエッジ強調フィルタや画像にも影響されるが今回はこの結果からａｍｐ＝０．６とした。

次に、画像に動きがあるかどうかを調べる。フレームメモリ２に記憶された画像情報をｍ（ｉ，ｊ）とする。入力画像情報との差分ｄ（ｉ，ｊ）をとる。
ｄ（ｉ，ｊ）＝ｆ（ｉ，ｊ）−ｍ（ｉ，ｊ）

ｄ（ｉ，ｊ）の絶対値が２５以上のときは動きがあると判定し、エッジ強調された値ｇ（ｉ，ｊ）、２５未満のときは動かないと判定してｆ（ｉ，ｊ）を選択し、位置（ｉ，ｊ）における信号値Ｊ（ｉ，ｊ）を決定する。

最後に強調駆動処理を行う。下記の式の通りに出力値Ｌ（ｉ，ｊ）を求める。
Ｌ（ｉ，ｊ）＝α（Ｊ（ｉ，ｊ）−ｍ（ｉ，ｊ））＋ｍ（ｉ，ｊ）

以上のように処理した映像について、エッジ強調せずに処理した画像と比較して１０名の被験者に主観評価してもらった結果、画質が向上した。

（比較例１）
特許文献２等に示す公知の手法で強調処理した画像と本実施例の強調処理した画像を比較した。その結果、公知の手法では画像の一部にハイライトや影などの画質劣化が発生していたが、本実施例の強調処理した画像ではそれが改善されていることがわかった。

（実施例２）
実施例１において、強調係数αを１＋１／２^２（＝１．２５）として処理した画像と、実施例１で処理した画像を比較した結果、画像の違いが分からなかった。強調係数αを１＋１／２^２としたことで、強調駆動計算回路を小型化することができた。

以上説明したように、本実施形態により演算処理量を簡素化が可能となり、携帯電話などの低消費電力、軽量小型化が強く求められるモバイル機器においても高品質な動画を液晶表示装置に表示することが可能となる。

本発明の一実施形態による液晶表示装置を示すブロック図。 エッジ強調処理に用いられる画像テーブルを示す図。 エッジ強調フィルタを示す図。 差分フィルタを示す図。 Ｒｏｂｅｒｔｓフィルタを示す図。 Ｓｏｂｅｌフィルタを示す図。 Ｐｒｅｗｉｔｔフィルタを示す図。 Ｌａｐｌａｃｉａｎフィルタを示す図。 ３種類のエッジ強調フィルタの効果を比較した図。 実施例による液晶ディスプレイの特性の測定結果を示す図。 図４に示す測定結果から（Ｌ_α−Ｌ_０）と（Ｌ_１−Ｌ_０）との関係求めるためのグラフ。 エッジ強度調整値を換えた場合の画像の評価を示す図。

符号の説明

１ 液晶表示装置
１０ 液晶駆動装置
１２ フレームメモリ
１４ 減算器
１６ エッジ強調処理部
１８ 選択部
１８ａ 判断部
１８ｂ スイッチ部
２０ 減算部
２２ 強調係数演算部
２４ 加算器
３０ 液晶パネル

Claims (8)

1. 第１のフレームの１フレーム前の第２のフレームの画像情報を保持するフレームメモリと、
   前記第１のフレームの画像情報と前記フレームメモリから出力される画像情報との第１の差を演算する第１の演算部と、
   前記第１のフレームのエッジ強調処理を前記第１のフレームの各画素に対して行い、エッジ強調画像情報を出力するエッジ強調処理部と、
   前記第１の演算部の出力の絶対値が所定値以上の場合には前記エッジ強調画像情報を選択し、前記第１の演算部の出力の絶対値が前記所定値未満の場合には前記第１のフレームの画像情報を選択して出力する選択部と、
   前記選択部の出力と前記フレームメモリから出力される画像情報との第２の差を演算する第２の演算部と、
   前記第２の演算部の出力に強調補正係数を乗算する強調係数演算部と、
   前記強調係数演算部の出力と、前記フレームメモリから出力される画像情報とを加算して加算情報を演算する第３の演算部と、
   を備え、
   前記フレームメモリは、前記選択部の出力を受けて保持するとともに前記選択部の出力を受ける直前に保持していた画像情報を前記第１乃至第３の演算部に出力し、
   前記加算情報に基づいて液晶パネルを駆動することを特徴とする液晶駆動装置。
2. 前記エッジ強調処理部は、対象となる画素とこの対象となる画素を中心とした周囲の画素との画像情報を含む画像テーブルと、エッジ強調フィルタと、エッジ強度調整値とを用いて、前記対象となる画素におけるエッジ強調後の画像情報を求めることを特徴とする請求項１記載の液晶駆動装置。
3. 前記エッジ強度調整値は、ｋを正の整数とするとき、１／２^ｋの倍数で表されることを特徴とする請求項２記載の液晶駆動装置。
4. 前記エッジ強調フィルタは、差分フィルタであることを特徴とする請求項２または３に記載の液晶駆動装置。
5. 前記強調補正係数は、前記第１のフレームの画像情報と前記フレームメモリから出力される画像情報との差分である階調差分と、前記第１のフレームを前記液晶パネルに表示するための強調画像情報と前記フレームメモリから出力される画像情報との差分である強調階調差分と、の関係を線形近似した値であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の液晶駆動装置。
6. ｎを２または３とし、ｍを０以上２^ｎ未満の整数とし、βを線形近似された前記強調補正係数を超えない最大の整数としたとき、線形近似された前記強調補正係数は、β＋（１／２^ｎ×ｍ）で表されることを特徴とする請求項５記載の液晶駆動装置。
7. 液晶パネルと、前記液晶パネルを駆動する請求項１乃至６のいずれかに記載の液晶駆動装置とを備えていることを特徴とする液晶表示装置。
8. 第１のフレームの１フレーム前の第２のフレームの画像情報をフレームメモリに保持するステップと、
   前記第１のフレームの画像情報と前記フレームメモリから出力される画像情報との第１の差を演算するステップと、
   前記第１のフレームのエッジ強調処理を前記第１のフレームの各画素に対して行い、エッジ強調画像情報を出力するステップと、
   前記第１の差の絶対値が所定値以上の場合には前記第１のフレームのエッジ強調処理を前記第１のフレームの各画素に対して行って得られるエッジ強調画像情報を選択し、前記第１の差の絶対値が前記所定値未満の場合には前記第１のフレームの画像情報を選択するステップと、
   前記選択するステップによって選択された画像情報と前記フレームメモリから出力される画像情報との第２の差を演算するステップと、
   前記第２の差に強調補正係数を乗算するステップと、
   前記乗算結果と、前記フレームメモリから出力される画像情報とを加算するステップと、
   前記加算結果に基づき液晶パネルを駆動するステップと、
   を備え、
   前記フレームメモリは、前記選択するステップによって選択された画像情報を受けて保持するとともに前記選択するステップによって選択された画像情報を受ける直前に保持していた画像情報を出力し、前記フレームメモリの出力は第１乃至第３の差の演算に用いられることを特徴とする駆動方法。

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