JP4770290B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶の応答性能改善のための液晶表示装置に関する。

一般的に液晶表示装置の応答性能に影響を及ぼす要因として２つ挙げられる。１つは液晶のホールド型駆動方法によるもので、１つは液晶そのものの応答性能によるものである。液晶パネルはマトリクス状に配置した画素に対してデータ線及びアドレス線を用いて１フレームに１回表示データを書き込んでいる。各画素は１フレーム期間中、表示データを保持し続ける。つまり、１フレーム期間は同じ画像を表示し続けていることになる。このようなホールド型の表示方法で動きのある映像を表示した場合、動いている物体の輪郭がぼやけるという現象が生じる。これはホールド型の表示方法と人間の視覚的特性による影響のためである。現象の詳細な説明は「栗田一郎：ホールド型ディスプレイにおける動画表示の画質、信学技報、ＥＩＤ９９−１０（１９９９−０６）」で説明されているので省略する。

もう１つの要因としては、液晶自体の応答性能が遅く１フレーム以内で本来表示すべき階調まで達しないため、画像の輪郭部がぼやけるという現象が生じる。液晶の応答性能改善方法は一般的に、液晶の材料自体の改良やオーバードライブなどにより改善が行われている。オーバードライブとは任意の画素に対して、現在フレームの表示階調と１フレーム前の表示階調を比較して、１フレーム期間内に現在フレームの表示階調の輝度レベルに達するように、表示する階調を補正する方法である。オーバードライブにより応答性能を改善のする方法は簡単な回路により実現可能なため、現在最もよく用いられる方法である。

しかしながら、この方法では直前フレームの画素の画素データを記録するためのフレームメモリが必要となる。現在、テレビやモニター用などに用いられている液晶の解像度は様々であるが、例えばＷＸＧＡ（１３６６×７６８）などの液晶パネルでは１３６６×７６８の画素に対しＲＧＢ３色分の画素データを記録しなければならず、大容量のメモリが必要になる。

容量削減を行う方法として、特開２００３−３３０４３５号公報などに示されているものがある。この方法はメモリに記録する画素データを１画面の半分の画素データのみを記録してオーバードライブを行う方法である。補正量算出方法を説明するための図８を用いて簡単な例を説明する。

図８（ａ）は表示画面の一部を拡大したものを示しており、オーバードライブが適応される画素は黒く塗られた部分で１画面の半分の画素とする。また、オーバードライブの補正方法について図８（ｂ）を用いて説明する。図８（ｂ）の波形は液晶の輝度変化を表している。通常、オーバードライブにより応答性能の改善が図られた場合、１フレームで目標の輝度となるように調節されるのが一般的で、図８（ｂ）のｃに示す輝度変化となるように調節される。

しかしながら、従来例ではオーバードライブが適用される画素が半分であるため、オーバードライブが適用される画素と適用されない画素の輝度変化の平均値が図８（ｂ）のｃに示す変化となるように調節を行っている。つまり、オーバードライブが適用される画素は従来よりも強く補正が行われ、図８（ｂ）のｂに示すような輝度変化となるように調節される。このようにしてメモリに記録する画素データを半分にして、メモリ容量を削減し応答性能の改善を行っている。
特開２００３−３３０４３５号公報

しかしながら、従来例で示すオーバードライブの調整方法では記録する画素の間引きを行い、画像の解像度を落としているため、例えば、１画素ごとに輝度が変化している動画像を表示する場合、動画像を適正に表示することができない。

詳細について回路動作を説明するための図９を用いて説明する。図９には従来例において不具合が発生する画像の一部分を示しており、階調が周期的に繰り返すストライプ画像である。又、黒く塗られた画素は応答改善のための補正処理が行われる画素で画素Ａとし、白い画素は補正処理が行われない画素で画素Ｂとする。このような１画素ごとに変化する画像が例えば左方向に１フレーム毎に１画素または奇数画素動いた場合を考える。

この時、図９の画素Ａ、Ｂが表示する階調変化を図１０（ａ）に示す。上からフレーム毎に画素Ａ、Ｂに表示される階調の変化の様子が示されており、画素Ａでは０→１２８→０→１２８、画素Ｂでは１２８→０→１２８→０と変化する。図１０（ｂ）は図１０（ａ）で示した映像信号が入力された場合、従来例によるオーバードライブの補正後に、実際に画素Ａ、Ｂで表示される階調を示す。

この場合、画素Ａでは補正が行われるので１フレーム毎に１２８＋α→０→１２８＋α→０（α：補正値）と表示される階調が変化する。画素Ｂは補正が行われないため１フレーム毎に０→１２８→０→１２８と表示される。このため隣あう二つの画素でストライプ画像の白（１２８階調）を表示させる階調が画素Ａでは１２８＋α、画素Ｂでは１２８と異なる。又、実際に図９のストライプの画像が１画素または奇数画素移動した場合を考え、ストライプ画像の白（１２８階調）に着目してみると、ストライプ画像の白部分は１フレームごとに補正がかけられる画素Ａとかからない画素Ｂで交互に表示される。

よって、ストライプ画像の白部分の階調変化は１２８→１２８＋α→１２８→１２８＋αと１フレームごとに異なる階調が表示させる。よって１フレーム毎に輝度が変化するのでフリッカとして認識される。つまり、記録する画素を間引いた場合、間引いた画素の周期よりも短い周期で変化する映像信号に対しては適正に補正することができない。

この課題を解決するために本発明は、入力映像信号から水平方向１ラインの半分の画素データを出力する１相２相変換手段と、前記１相２相変換手段より出力された画素データを記録して１フレーム期間遅延させる遅延手段と、前記遅延手段により遅延されたデータと前記１相２相変換手段で出力された画素データより応答性能改善のための補正値を算出する補正値算出手段と、前記補正知算出手段で算出された補正値をもとに前記入力映像信号を補正する補正手段と、前記補正手段で補正された映像信号を表示する液晶パネルを備えた液晶表示装置において、前記１相２相変換手段に入力される映像信号の高周波成分を除去する映像信号処理手段を具備することで、入力された映像信号に対して事前に映像信号処理を行いフリッカ等の不具合を発生させる原因を除去する。

本発明による液晶表示装置を用いることにより、メモリの容量を削減し映像信号を記録する画素を減らした場合においても、不具合なく液晶の応答性能改善を図ることが可能となるものである。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
本発明の第１の発明の実施の形態について、液晶表示装置１００の構成を示すブロック図１を用いて説明する。図１に示す液晶表示装置１００において、映像信号処理回路２０では入力映像信号Ｉ０の高周波成分を除去する信号処理を行う。信号処理された映像信号Ｉｓは１相２相変換回路３０に入力される。１相２相変換回路３０では入力された映像信号Ｉｓの水平方向１ラインの半分の画素データを出力する。遅延回路４０では前記１相２相変換回路３０より出力された画素データを記録して１フレーム期間遅延させる。補正値算出回路５０では前記遅延回路４０で遅延された画素データと前記１相２相変換手段で出力された画素データから応答性能の改善のための補正値を算出する。算出された補正値を元に補正回路６０では入力映像信号Ｉ０に応答性能改善のための補正を行い、液晶パネル７０に補正された映像信号Ｉ１を出力する。

詳細な動作について説明する。図９に示す１画素ごとに表示諧調が変化するストライプ画像が入力され、横方向へ１フレーム毎に１画素または奇数画素動いた場合を例として本発明の液晶表示装置の動作を説明する。従来までの液晶表示装置の動作の様子は図１０を用いて説明したように、補正値を算出するための画素情報が間引かれると細かく変化する映像に対して適正に補正ができず、フリッカなどの不具合が発生する。

これに対して、本発明における液晶表示装置１００に図９に示す映像が入力された場合、映像信号処理回路２０では水平方向の階調変化の高周波成分を除去するローパスフィルタ（以後ＬＰＦ）のような映像信号処理を行う。ここでは簡単のためＬＰＦの特性をＹ＝（Ｘ−１＋２Ｘ０＋Ｘ＋１）／４・・・（１）とする。Ｘ−１は左隣の画素の表示階調、Ｘ０は着目画素の表示階調、Ｘ１は右隣の画素の表示階調とする。つまり、一つの画素のみならず、複数の画素に基づいて表示階調を行なう。

このＬＰＦにより、映像処理回路２０から出力される映像信号Ｉｓは高周波の成分が除去されて図２に示す変化のない一定な映像信号となる。このように信号処理された映像信号Ｉｓが１相２相変換回路３０に出力される。１相２相変換回路３０は入力された映像信号Ｉｓの水平方向１ラインの半分の画素データＳを遅延回路４０に出力する。ここでは水平方向に１画素ごとのデータを出力するものとし、図２に示す画素Ａのデータを出力しているとする。遅延回路４０では１相２相変換回路３０で間引かれた画素データＳを記録し１フレーム期間遅延させ、補正値算出回路５０に出力する。

補正値算出回路５０は１フレーム遅延された画素データｄＳと１相２相変換回路３０で間引かれた画素データＳより応答性能改善のための補正値ｈを算出する。補正量算出方法を説明するための図３を用いて補正値ｈを算出する様子を説明する。図３（ａ）には入力された映像信号Ｉ０のある一部分の画素データを示しており、フレームが変化するごとに１画素横方向へ移動した際の画素Ａ、Ｂの画素データが変化する様子を示している。図３（ｂ）には映像信号処理回路２０で信号処理された映像信号がフレーム毎に変化する様子を示している。

図２で示したように、映像信号処理回路２０により１画素ごとに変化する映像信号は変化のない一定の映像信号として出力されるので、映像信号処理回路２０から出力される画素Ａ，Ｂの画素データはフレームが変化しても変化しない。補正値算出回路５０は現フレームの画素データと１フレーム前の画素データの差に基づいて補正値を算出するので、フレームが変化しても画素データが変化しないため補正値は常に０となる。図３（ｃ）に得られた補正値を元に補正回路６０で補正された映像信号の変化の様子を示す。補正値が常に０であるので入力映像信号がそのまま出力される。

つまり、１画素ごとに変化する映像信号に対しては、従来例で示した方法で応答性能改善のための補正を行うことでフリッカのような不具合が生じるので、複数の画素に基づいて画素の変化量を特定する階調表現を行なうことにより高周波成分を除去する映像信号処理回路２０を設けることで、このような映像信号が入力された場合は応答性能改善のための補正が行われないようにする。また、実際には映像信号処理回路２０のフィルタの特性をフリッカの原因となる周波数成分のみを除去するような設計を行っている。このようにすることでメモリ容量を削減した場合でも不具合なく適正に応答性能改善を行うことが可能となる。

（実施の形態２）
本発明の第２の発明の実施の形態について、映像表示装置の構成を示すブロック図４を用いて説明する。また、本発明の回路の動作は実施の形態１で説明した回路に特徴量検出回路１０を設けたもので、ここではそれに関連する部分の動作の詳細を説明し、実施の形態１と同様の動作をする部分については説明を省略する。

図４に示す液晶表示装置１０１において、特徴量検出回路１０は入力映像信号Ｉ０に対して映像信号の輝度情報を元にその特徴量を算出する。得られた特徴量を映像信号処理回路２０に出力し、映像信号処理回路２０は特徴量を元に入力映像信号に補正処理を施す。以降の１相２相変換回路３０、遅延回路４０、補正値算出回路５０、補正回路６０、液晶パネル７０の機能については実施の形態１で説明したものと同様であるので省略する。

詳細な動作について、具体例を挙げ説明する。まず、実施の形態１の発明の回路では図９に示すような画像を含む映像信号が入力され、その画像がフレーム毎に横方向に１画素又は奇数画素動くような場合、映像信号処理回路２０で周期的に変化をする画像が除去され、その画像を元に応答性能改善のための補正値を算出している。そのため実施の形態１で説明した図９に示す画像が入力された場合、応答性能改善のための補正が行われないようにして、フリッカなどの不具合を発生せず応答性能の改善を行っている。

ここで、図５のような周期的に変化するがその輝度変化が小さい画像が入力された場合を考える。この場合も同様に実施の形態１の発明による液晶表示装置では映像信号処理回路２０により周期的変化をする画像が除去されるので応答性能改善のための補正は行われない。

しかしながら、図５に示すような輝度が周期的に変化するが輝度変化が小さい画像の場合、映像信号処理回路２０で補正を行わず、従来どおりに応答性能改善のための補正処理を行ったとしても輝度変化が小さいためフリッカは目で認識できるほど発生しない。

図６は、図５に示す画像が入力された時、従来例での応答性能改善のための補正処理の様子を示している。まず図６（ａ）には入力された表示映像が水平方向にフレーム毎ごとに１画素又は数画素動いた時の変化の様子を示している。ここで画素Ａ，Ｂに着目するとそれぞれフレーム毎に０→３２→０→３２と繰り返して変化している。図６（ｂ）には応答改善のための補正処理が行われたあとの出力値が示されており、画素Ａでは３２＋β→０→３２＋β→０と変化し、画素Ｂでは補正されないので０→３２→０→３２と変化する。この場合、画素Ａと画素Ｂでストライプ画像の白（３２階調）の表示階調がβ異なる。

一般的に応答改善のための補正量は着目画素の現フレーム画素データと１フレーム前の画素データの差分により求め、その差分が大きいほど補正量も大きくなる。この場合、画素Ａと画素Ｂの差分はさほど大きくないので得られる補正量βはさほど大きくはならない。また一般的に液晶パネルは低階調ほど階調変化に対する輝度変化が少ない特性を示すので、差分のβによる輝度変化も小さくなる。これらの理由により、周期的に変化する画像であってもその輝度差が小さくまた低階調のストライプ画像のような場合は映像信号処理回路２０により周期的に変化する画像を除去しなくてもフリッカは目で認識できるほど発生しない。

つまり、実施の形態１で示した液晶表示装置では、フリッカが発生しない画像であっても周期的に変化する画像であれば映像信号処理回路２０により周期的に変化する画像が除去されるので応答性能改善のための補正が行われなくなる場合がある。

これを解決する手段として、本発明の液晶表示回路では特徴量検出回路１０を用いる。その方法を簡単な一例として、図７のような画像が入力された場合で説明する。まずここで、特徴量検出回路１０で算出する特徴量とは入力された画像がスクロール又は移動して応答改善のための補正行った際、フリッカ等の不具合を発生させる程度を示す量とする。その量が大きいほどフリッカが強く発生し、小さいほどフリッカが発生しないものとする。

ここでは、特徴量を算出する簡単な例として、着目画素とその左右の画素（又は数画素）の輝度差を算出しその平均を特徴量とした場合で説明する。なお、この特徴量は、着目画素とその左右の画素（又は数画素）の階調差を算出してその平均を特徴量とすることも可能である。図７（ａ）は入力された画像を示しており、ＡＢＡＢ画素部分の０，３２，０３２と繰り返えす画像とＡ’Ｂ’Ａ’Ｂ’画素部分の０，１２８，０，１２８と繰り返す画像が入力されたとする。この時、各画素の左右の画素との輝度差の平均値を図７（ｂ）に示している。これを特徴量とする。入力画像の階調が０〜２５５まで変化すると仮定すると、特徴量は０〜２５５で変化する。この値を元に、映像信号処理回路２０は入力映像信号に補正処理を行う。

フリッカは輝度変化が大きいほど強く認識されるので、特徴量が大きいほど入力された画像の周期的変化を除去する程度を強くするよう補正処理を行い、特徴量が小さいほど入力された画像をそのまま出力するような補正処理を行う。つまり特徴量に応じて映像信号処理回路２０のフィルタの特性を変化させるようにする。

ここでは簡単に説明するため所定量として、特徴量が１００以上は上述した（１）式のフィルタによる処理を行い、１００以下の場合は処理を行わずそのまま出力するとする。そのときの映像信号処理回路からの出力を図７（ｃ）とする。ＡＢＡＢと繰り返す画素では特徴量が小さいので入力画像がそのまま出力され、Ａ’Ｂ’Ａ’Ｂ’と繰り返す画素は特徴量が大きいので、（１）式で信号処理された画像が出力され表示階調が６４と一定となる。図７（ａ）の入力映像信号がフレーム毎ごとに１画素又は奇数画素動くとすると、応答改善のための補正値を算出するために図７（ｃ）で示す映像信号処理回路２０からの出力データが用いられるで、ＡＢＡＢ画素部分では通常通り補正値が算出され応答性能の改善が行われ、Ａ’Ｂ’Ａ’Ｂ画素部分では補正値が０となり応答改善のための補正がおこなわれず、フリッカの発生を防ぐ。これによりコスト削減のために記録する画素を間引いた場合において、あらゆる画像に対して適正に応答改善のための補正を行うことが可能となる。

なお、実施の形態２で説明した特徴量検出回路１０の特徴量検出方法を水平方向の輝度変化量を特徴量とし検出することも可能である。これにより、回路構成の簡略化することも可能である。なお、その基本的な動作については実施の形態２で説明したものと同様であるため省略する。

本発明による液晶表示装置を用いれば、メモリの容量を削減し映像信号を記録する画素を減らした場合においても、不具合なく液晶の応答性能改善を図ることが可能となり、液晶の応答性能改善装置として有用である。

本発明の実施の形態１における液晶表示装置を示すブロック図 本発明の実施の形態１における映像信号処理回路から出力された映像信号を示す図 本発明の実施の形態１における映像信号処理回路における入力及び出力映像信号の表示階調の変化を示す図 本発明の実施の形態２における液晶表示装置を示すブロック図 本発明の実施の形態２における映像信号処理回路から出力された映像信号を示す図 本発明の実施の形態２における映像信号処理回路における入力及び出力映像信号の表示階調の変化を示す図 本発明の実施の形態２における映像信号処理回路における入力及び出力映像信号の表示階調を示す図 従来のオーバードライブの補正方法により補正された輝度レベルを示す図 従来の液晶表示装置に入力された映像信号の表示階調を示す図 従来のフレーム単位の入力及び出力映像信号の表示階調の変化を示す図

符号の説明

１０ 特徴量検出回路
２０ 映像信号処理回路
３０ １相２相変換回路
４０ 遅延回路
５０ 補正値算出回路
６０ 補正回路
７０ 液晶パネル

Claims (3)

1. 入力映像信号から水平方向１ラインの半分の画素データを出力する１相２相変換手段と、前記１相２相変換手段より出力された画素データを記録して１フレーム期間遅延させる遅延手段と、前記遅延手段により遅延された画素データと前記１相２相変換手段から出力された画素データより補正値を算出する補正値算出手段と、前記補正値算出手段で算出された補正値をもとに前記入力映像信号を補正する補正手段と、前記補正手段で補正された映像信号を表示する液晶パネルを備えた液晶表示装置において、前記１相２相変換手段に入力される映像信号の高周波成分を除去する映像信号処理手段を具備することを特徴とする液晶表示装置。
2. 入力映像信号の高周波成分を除去する映像信号処理手段と、前記映像信号処理手段で補正された映像信号から水平方向１ラインの半分の画素データを出力する１相２相変換手段と、出力された画素データを記録して１フレーム期間遅延させる遅延手段と、前記遅延手段により遅延された画素データと前記１相２相変換手段から出力された画素データより応答性能改善のための補正値を算出する補正値算出手段と、算出された補正値をもとに前記入力映像信号を補正する補正手段と、補正された映像信号を表示する液晶パネルを備えた液晶表示装置において、前記入力映像信号の輝度信号から特徴量を算出する特徴量検出回路を具備し、前記特徴量検出回路で算出された特徴量を元に前記映像信号処理手段は入力映像信号の高周波成分を除去することを特徴とする液晶表示装置。
3. 前記特徴量検出回路は水平方向の輝度変化量を特徴量とすることを特徴とする請求項２記載の液晶表示装置。

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