JP2008299270A - 表示装置の駆動装置、電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】２枚以上の透過型の表示パネルを重ね合わせた場合に、フリッカやパターンノイズを軽減し、且つ階調数を増加させることで、表示品位の高い画像を表示させることのできる表示装置の駆動装置を提供する。
【解決手段】本発明の表示装置の駆動装置は、ｍビットの映像データが入力される、ｎ（ｍ＞ｎ）ビット階調の透過型表示パネルを２枚以上重ねた表示装置の駆動装置であって、入力映像ソースに含まれる映像データを、上記各透過型表示パネルのうち、少なくとも２枚の透過型表示パネルを透過して表示される輝度パターンを構成する画素間の輝度差が最小となるように、階調値の組み合わせを選択した映像データとして、当該２枚の透過型表示パネルに出力するパネル制御手段を備えているので、階調数を増加させ、且つフリッカやパターンノイズを軽減することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、透過型の表示パネルを２枚以上重ねた表示装置の駆動装置に関するものである。

マトリクス状に配置された多数の画素を有する表示デバイスにおいて、例えば入力画像信号の階調数が１０２４階調（１０ビット階調）で、表示デバイスが各画素６４階調（６ビット階調）までの表示能力しかない場合、人間の目にあたかも１０２４階調の細かい階調差が映るようにするために、少ない階調数で多くの階調を表現する多階調化という画像処理が必要になる。

従来の多階調化方式は、表示デバイスの画素の細かさを利用して、複数の画素を１つのグループ単位として任意の階調値で２次元空間パターンを展開し、この展開したパターンの面積平均的な濃さで階調を表現するディザ法や誤差拡散法による方法、また、人間の視覚の時間積分効果を利用して、複数の表示フレームを１つの繰り返し周期とし、各画素を任意の階調間で時間的なＯＮ／ＯＦＦパターンを用いたＰＷＭ（パルス幅変調）駆動による方法が一般に知られている。

しかしながら、ディザ法や誤差拡散法による方法は、画像信号によってモアレやノイズパターンが見えたりしてしまうという欠点があった。

また、ＰＷＭ駆動による方法は、表示パターンが点滅パターンであるためフリッカが発生してしまうという欠点があった。

そこで、これらの欠点を克服する手法として、例えば、特許文献１，２，３に開示されているように、空間パターンと時間パターンとを組み合わせてノイズやフリッカを補償するＦＲＣ（フレームレイトコントロール）という手法が提案されている。

一方、近年の液晶ＴＶは、階調数が６ビット階調以上でカラー表示が一般的となっており、さらに、画面が大型化しており画素サイズも大きくなっている。このような状況では、ＦＲＣを用いた場合、上記の空間パターンや時間パターンなどのパターン自身が見えてしまったり、映像と上記のパターンとが干渉して生じる干渉ノイズが見えやすくなってしまったりという欠点があった。

また、液晶では、交流化のための印加電圧が正極性と負極性に交互に変化するようになっているが、この極性の違いによってわずかな輝度差があり、この輝度差と上述したパターンが干渉してノイズが発生するという欠点があった。

そこで、特許文献４には、空間パターンと時間パターンとを工夫したＦＲＣを行うことでこの問題を解決している。

また、別の多階調化の方式として先行文献５では２枚の液晶パネルを重ねる構造にすることで、各パネルの表示階調数の積に等しい高階調数の表示を行うとしている。
特開平２−７９０９２（１９９０年３月１９日公開） 特開平２−８１０９１（１９９０年３月２２日公開） 特開平３−２０７８０（１９９１年１月２９日公開） 特開２００５−１０５２０（２００５年１月１３日公開） 特開平５−８８１９７（１９９３年４月１９日公開） 「ディスプレイの基礎」 共立出版 ２００１年１２月出版 Ｐ．９６〜９７

しかしながら、特許文献４に記載のようなＦＲＣ方式による多階調化では、どうしても１フレーム単位でみると画素パターンが存在するため、パターンを強調するような映像パターン（キラーパターン）では干渉ノイズが発生してしまう。また、動画像では前後フレームのパターンが強調されるような重なりとなる階調変化の映像においてパターン状のノイズやフリッカが発生し画質劣化となるという欠点があった。

また、別の多階調化の方式を開示した特許文献５では以下のような問題が生じる。

液晶の階調レベルは透過率に比例するので、２枚の液晶パネルを重ねた場合の階調レベルは前面パネルの透過率と後面パネルの透過率を掛け算した透過率に比例する。例えば、前面・後面パネルの透過率がそれぞれ１／２と１／３の場合と１／３と１／２の場合は、結果的に同じ透過率１／６となる。つまり、表示面で認識される１つの階調を表現するのに前面・後面パネルに入力する階調レベルの組合せが複数存在し、１対１に対応しない。その結果、２枚の２５６階調の液晶パネルを重ねてそれぞれ階調制御しても、２５６＊２５６＝６５５３６階調といった各パネルの表示階調数の積に等しい高階調数まで表現することはできない。

例えば図７は、簡単のため階調が０と１の２階調でそれぞれの階調の透過率を０と１００％に割り当てた場合に、２枚のパネルを重ねたときの透過率を相互のパネルの透過率を掛け算して求めた表である。この表からわかるように、１つの透過率の値を１階調と数えると２＊２＝４階調ではなく、表現できる階調はもっと少ない階調数となる。

よって、特許文献５に開示された技術では、階調数が思ったほど増えないという問題が生じる。

本発明は、上記の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、２枚以上の透過型の表示パネルを重ね合わせた場合に、フリッカやパターンノイズを軽減し、且つ階調数を増加させることで、表示品位の高い画像を表示させることのできる表示装置の駆動装置を提供することにある。

本発明の表示装置の駆動装置は、上記の課題を解決するために、ｍビットの映像データが入力され、ｎ（ｍ＞ｎ）ビット階調の透過型表示パネルを２枚以上重ねた表示装置に出力する駆動装置であって、上記入力映像データの階調を表現するために、上記各透過型表示パネルを透過して表示される輝度パターンを構成し、輝度パターンを構成する画素間の輝度差が最小となるように、各透過型パネルに出力する階調値の組み合わせを生成し、各透過型表示パネルに出力するパネル制御手段を備えたことを特徴としている。

上記の構成によれば、透過型表示パネルを２枚以上重ねることにより、透過型表示パネル１枚の場合よりも階調数を多くすることができる。

しかも、パネル制御手段によって、入力映像データの階調を表現するために、上記各透過型表示パネルを透過して表示される輝度パターンを構成し、輝度パターンを構成する画素間の輝度差が最小となるように、各透過型パネルに出力する階調値の組み合わせを生成して、各透過型表示パネルに出力することで、画素間の輝度差に起因するフリッカやノイズを軽減することができる。

上記パネル制御手段は、上記各透過型表示パネルのうち、少なくとも２枚の透過型表示パネルのディザパターンが異なるように制御することが好ましい。

上記構成によれば、パネル制御手段によって、２枚以上重ねた透過型表示パネルのうち、少なくとも２枚の透過型表示パネルのディザパターンが異なるように制御されていることで、全ての透過型表示パネルのディザパターンが同じである場合の階調数よりも多くすることができる。

しかも、少なくとも２枚の透過型表示パネルのディザパターンをなるべく異ならせることで、透過型表示パネルを透過して表示される輝度パターンを構成する画素間の輝度差が最小となる階調値の組み合わせの幅を広げることが可能となり、その結果、表示品位をより向上させることが可能となる。

上記パネル制御手段の具体的な構成としては、上記入力映像ソース信号に含まれる映像データを透過型表示パネル枚数分に分配する分配器と、上記分配器によって分配された映像データ数分設けられ、該分配器から出力された映像データのディザパターンを生成して、対応する透過型表示パネルに出力するパターン生成回路とを含んでいる構成となっている。

さらに、上記パターン生成回路の具体的な構成としては、入力映像ソース信号に含まれる映像データの色成分毎に設けられ、入力映像データを、該入力映像データの階調ビット数よりも少ない階調ビット数の出力映像データに変換するデータ変換部と、上記データ変換部に供給するためのディザパターンを生成するディザパターンジェネレータと、上記ディザパターンジェネレータにおけるディザパターンの生成のタイミングを図るためのタイミング制御部とを含んでいる構成となっている。

また、上記データ変換部は、ｍビット階調の入力映像データを下位（ｍ−ｎ）ビットに分離し、上記ディザパターンジェネレータに出力するデータ分離部と、上記ｍビット階調の入力映像データを元に２つのｎビットの階調候補を内臓しているＬＵＴから取得生成する候補生成部と、上記候補生成部から供給される２つのｎビットの階調候補の何れかを選択し、nビット階調の映像データを出力する選択部とを備え、上記ディザパターンジェネレータは、上記データ分離部から供給された下位（ｍ−ｎ）ビットのデータと、上記タイミング制御部からのタイミング信号とに基づいて１ビットパターンのデータを生成して、上記選択部に出力し、上記選択部は、上記ディザパターンジェネレータからの１ビットパターンから２つのｎビットの階調候補のうち片方を選択することが好ましい。

これらの構成により、１枚の透過型表示パネルで構成された表示装置に比べて、階調数を多くでき、且つ、従来の多階調化技術を適用した場合よりも、フリッカ、ノイズを大幅に軽減できるので、表示品位を非常に高いものにすることができる。

また、上記構成の表示装置の駆動装置は、表示装置を備えた電子機器に備えることが好ましい。

特に、近年の表示パネルの大型化により、各画素サイズが大きくなった場合に、フリッカやノイズが目立ちやすくなるので、本願発明は大型サイズの表示装置の駆動装置として好適である。

本発明の表示装置の駆動装置は、ｍビットの映像データが入力され、ｎ（ｍ＞ｎ）ビット階調の透過型表示パネルを２枚以上重ねた表示装置に出力する駆動装置であって、上記入力映像データの階調を表現するために、上記各透過型表示パネルを透過して表示される輝度パターンを構成し、輝度パターンを構成する画素間の輝度差が最小となるように、各透過型パネルに出力する階調値の組み合わせを生成して、各透過型表示パネルに出力するパネル制御手段を備えている。これにより、透過型表示パネルを２枚以上重ねることにより、透過型表示パネル１枚の場合よりも階調数を多くすることができ、しかも、パネル制御手段によって、入力映像ソースに含まれる映像データを、上記各透過型表示パネルのうち、少なくとも２枚の透過型表示パネルを透過して表示される輝度パターンを構成する画素間の輝度差が最小となるように、階調値の組み合わせを選択した映像データとして、当該少なくとも２枚の透過型表示パネルに出力することで、画素間の輝度差に起因するフリッカやノイズを軽減することができるので、表示品位を非常に高いもにすることができるという効果を奏する。

本発明の一実施の形態について説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態では、透過型表示パネルとして、透過型液晶パネルを２枚重ねた液晶表示装置について説明する。

本実施の形態にかかる液晶表示装置について以下に説明する。

図３は、液晶表示装置の概略構成図を示し、図４は、上記液晶表示装置の概略構成断面図を示している。

本実施の形態にかかる液晶表示装置は、図３に示すように、第１の液晶パネルとバックライトユニットの間に第２の液晶パネルを設置し、第２の液晶パネルによって第１の液晶パネルを照らす光の量を制御し、暗い部分での液晶パネルの光漏れを防ぐ構成となっている。

上記第２の液晶パネルは、白黒表示（カラーフィルタ無し）の液晶パネルを用いる。これは、視差による画素のずれが生じるために、たとえば斜め方向から見ると第２の液晶パネルの赤の画素が第１の液晶パネルの青の画素と重なって見えた場合、青のカラーフィルタは赤い光を通さないので、常に黒くなってしまうからである。しかも、カラーフィルタがないことで、第２の液晶パネルにおける光の透過率も損なわれない。

上記液晶表示装置の構造について詳細に説明する。

上記液晶表示装置は、図４に示すように、第１の液晶パネルと第２の液晶パネルとを備え、第１の液晶パネルの最表面側に偏光板Ａ、第１の液晶パネルと第２の液晶パネルとの間に偏光板Ｂ、第２の液晶パネルのバックライトユニット側に偏光板Ｃを配した構成となっている。上記偏光板ＡとＢ、偏光板ＢとＣはそれぞれ偏光軸が直交するように配置されている。すなわち、偏光板ＡとＢ、偏光板ＢとＣは、それぞれクロスニコルに配置されている。

上記第１の液晶パネルおよび第２の液晶パネルは、それぞれ１対の透明基板１間に液晶を封入してなり、電気的に液晶の配向を変化させることによって、光源から偏光板に入射した偏光を約９０度回転させる状態と、偏光を回転させない状態と、その中間状態とを任意に変化させる手段を備える。

また、第１および第２の液晶パネルは、複数の画素により画像を表示できる機能を有している。このような機能を有する表示方式は、ＴＮ（TwistedNematic）方式、ＶＡ（VerticalAlignment）方式、ＩＰＳ（InPlainSwitching）方式、ＦＦＳ方式（Fringe Field Switching）方式またはそれぞれの組み合わせによる方法があるが、単独でも高いコントラストを有するＶＡ方式が適しており、ここではＭＶＡ（MultidomainVerticalAlignment）方式を用いて説明するが、ＩＰＳ方式、ＦＦＳ方式もノーマリブラック方式であるため、十分な効果がある。駆動方式はＴＦＴ（ThinFilmTransistor）によるアクティブマトリックス駆動を用いる。ＭＶＡの製造方法についての詳細は、日本国公開特許公報（特開平２００１−８３５２３）などに開示されている。

上記液晶表示装置における第１および第２の液晶パネルは、同じ構造であり、いずれも対向基板１０とアクティブマトリクス基板１１とによって液晶層を挟持した構造である。

しかしながら、本実施の形態にかかる液晶表示装置では、第１の液晶パネルのみ対向基板１０にカラーフィルタ２（２ａ〜２ｃ）が設けられている。液晶は、負の誘電率異方性を有するネマチック液晶が用いられている。

第１の液晶パネルの対向基板１０は、透明基板１上にカラーフィルタ２、ブラックマトリクス８、対向電極３が形成されたものである。

これに対して、第２の液晶パネルの対向基板１０は、透明基板１上に、ブラックマトリクス８、対向電極３が形成されたものである。

また、アクティブマトリクス基板１１は、透明基板１上に、ＴＦＴ６、信号配線５、層間絶縁膜７、画素電極４が形成されたものであり、第１および第２の液晶パネルのいずれにおいても同じ構成である。

なお、液晶パネルの画素配列は横（列）Ｘピクセル、縦（行）Ｙラインの解像度で構成されるとする。第１の液晶パネルはカラーフィルタがパネルに形成されているので１ピクセルはＲＧＢ各１ドットの計３ドットで構成され、第２の液晶パネルはカラーフィルタがないが第１の液晶パネルに対応して１ピクセルは計３ドットで構成されるているとする。

また、第1、第２の液晶パネルの１ドットの階調データはそれぞれｎビットで構成されているものとする。

ここで、上記構成の液晶表示装置の駆動制御システムについて説明する。

図１は、上記駆動制御システムを示す概略ブロック図である。

上記駆動制御システムは、図１に示すように、入力映像ソース信号から第１の液晶パネル及び第２の液晶パネルを駆動制御するための制御信号を生成するパネル制御回路１００、該パネル制御回路１００によって生成された制御信号から第１の液晶パネルを駆動する駆動信号を生成する第１ドライバ２００ａ、上記制御信号から第２の液晶パネルを駆動する駆動信号を生成する第２ドライバ２００ｂを備えている。

ここで、入力映像ソース信号は、映像同期信号と映像データで構成され、映像データは「ｍビットの階調データ」を含んでいるものとする。そして、液晶パネルは、「ｎビットの階調データ」を表示することができるものとする。この場合、ｍ＞ｎとする。

上記パネル制御回路１００は、入力される映像ソースを２つの系統に分配して、系統毎に該映像ソース信号に基づいた映像同期信号及び映像データを後段の回路に供給する分配器１０１と、該分配器１０１から供給される同期信号に基づいて第１の液晶パネルを駆動するためのタイミングを図るための信号を第１ドライバ２００ａに供給する第１タイミングコントローラ１０２ａと、該分配器１０１から供給される映像同期信号及び映像データ（ｍビットの階調データ）に基づいて第１の液晶パネルを駆動するための時空間パターンを発生し、上記第１ドライバ２００ａに供給する第１時空間パターン発生器１０３ａと、該分配器１０１から供給される同期信号に基づいて第２の液晶パネルを駆動するためのタイミングを図るための信号を第２ドライバ２００ｂに供給する第２タイミングコントローラ１０２ｂと、該分配器１０１から供給される同期信号及び映像データ（ｍビットの階調データ）に基づいて第２の液晶パネルを駆動するための時空間パターンを発生し、上記第２ドライバ２００ｂに供給する第２時空間パターン発生器１０３ｂとを備える。

上記第１ドライバ２００ａは、上記第１タイミングコントローラ１０２ａから供給されるタイミングに関する信号と、上記第１時空間パターン発生器１０３ａから供給される時空間パターン情報とに基づいて、第１の液晶パネルに供給する駆動信号を生成するようになっている。

また、上記第２ドライバ２００ｂは、上記第２タイミングコントローラ１０２ｂから供給されるタイミングに関する信号と、上記第２時空間パターン発生器１０３ｂから供給される時空間パターン情報とに基づいて、第２の液晶パネルに供給する駆動信号を生成するようになっている。

すなわち、上記パネル制御回路１００は、入力映像信号を、分配器１０１を通して２つの系統に分離し、それぞれ映像同期信号と映像データを後段の第１タイミングコントローラ１０２ａ及び第２タイミングコントローラ１０２ｂと、第１時空間パターン発生器１０３ａ及び第２時空間パターン発生器１０３ｂに供給する。

１つ目の系統に存在している第１タイミングコントローラ１０２ａ及び第１時空間パターン発生器１０３ａは、第１の液晶パネルのための制御回路を構成し、２つ目の系統に存在している第２タイミングコントローラ１０２ｂ及び第２時空間パターン発生器１０３ｂは、第２の液晶パネルの制御回路を構成している。

上記第１タイミングコントローラ１０２ａ及び第２タイミングコントローラ１０２ｂは、第１ドライバ２００ａ及び第２ドライバ２００ｂを通して各液晶パネルの各画素を順次点灯するタイミングを図るための信号を生成する。

上記第１時空間パターン発生器１０３ａ及び第２時空間パターン発生器１０３ｂは、映像同期信号と映像データ（ｍビットの階調データ）が入力されることで、階調のビット数がパネルの階調ビット数（ｎビット）に適合した階調数にダウンした時空間パターンを生成して第１ドライバ２００ａ及び第２ドライバ２００ｂに出力する。

上記第１ドライバ２００ａ及び第２ドライバ２００ｂは、各液晶パネルをタイミングコントローラのタイミングで各画素に時空間パターンとなった映像データを表示させる駆動信号を生成する回路である。

図１に示したパネル制御回路１００に対する比較例として、図５には、液晶パネル１枚構成の表示装置に対するパネル制御回路１１００の概略ブロックを示している。

上記パネル制御回路１１００では、タイミングコントローラ１１０２、時空間パターン発生器１１０３がそれぞれ一つずつ有し、それぞれの回路から信号を液晶パネルを駆動するためのドライバ１２００に出力するようになっている。

ここで、液晶パネル１枚構成の表示装置と、液晶パネル２枚構成の表示装置とにおける時空間パターン発生器の構成上の相違について以下に説明する。

まず、液晶パネル１枚構成の表示装置における時空間パターン発生器について説明する。

図６は、図５に示す時空間パターン発生器１１０３の回路構成を示す図である。

ここで、図６においては、入力映像データの階調ビットがｍビット（ｂｉｔ）で出力映像データの階調ビットがｎビット（ｂｉｔ）に変換される例を挙げているが、入力映像データの階調ビット数ｍ＞出力映像データの階調ビット数ｎといった関係であればどのようなビット数でもよい。

上記時空間パターン発生器１１０３は、図６に示すように、ＲＧＢ毎に、入力映像データを、該入力映像データの階調ビット数よりも少ない階調ビット数の出力映像データに変換するためのデータ変換部１３００（ｒ、ｇ、ｂ）と、該データ変換部１３００に供給するためのＲＧＢディザパターンを生成するＲＧＢディザパターンジェネレータ１４００と、該ＲＧＢディザパターンジェネレータ１４００におけるディザパターンの生成のタイミングを図るためのタイミング制御部１５００とを含んだ構成となっている。

上記データ変換部１３００は、データ分離処理部１３０１によって、ｍビット階調の入力映像データが上位ｎビットと下位（ｍ−ｎ）ビットに分離される。上位ｎビットは、加算処理部１３０２に入力される。下位（ｍ−ｎ）ビットは、ＲＧＢディザパターンジェネレータ１４００に入力される。入力同期信号は、タイミング制御部１５００に入力される。このとき、タイミング制御部１５００は、現在の画素が空間パターンの何行何列目（ｙ，ｘ）かと時間パターンの何フレーム目（ｆ）にあたるかをＲＧＢディザパターンジェネレータ１４００に出力する。

ＲＧＢディザパターンジェネレータ１４００は、タイミング制御部１５００からの入力情報とデータ分離処理部１３０１からの下位（ｍ−ｎ）ビットデータをアドレスとして内蔵しているＬＵＴから１ビットのパターンを抽出し、加算処理部１３０２に出力する。

加算処理部１３０２は、上位ｎビットと１ビットパターンを加算し、オーバーフロー処理部１３０３に出力する。

オーバーフロー処理部１３０３は、加算処理部１３０２にて加算されたデータが入力されると、入力ビットの最大階調を超えないように処理し出力映像データ（ｎビット）を出力する。

以上の回路は、ＲＧＢそれぞれ独立にパラレル動作している。

したがって、各ＲＧＢの映像データはｋ＜（２^ｎ−１）なる階調ｋと階調（ｋ＋１）の組合せとなる時空間パターンが出力映像データに出力される。例外はｋ＝（２^ｎ−１）のときで階調（ｋ＋１）がｎビット階調で表現できる範囲を超えるため、オーバーフロー処理により丸められ階調（ｋ＋１）→階調ｋとなり、時空間パターンは表現できなくなる。しかしながら、一般に知られる視覚特性であるウェーバー・フェヒナーの法則（非特許文献：「ディスプレイの基礎」 共立出版 ２００１年１２月出版 Ｐ．９６〜９７）により、明るさ感覚Ｑ＝αＬｏｇＬ（αは任意定数）であるから、輝度の高いところほど階調差の識別がしにくくなるため、細かな階調表現が必ずしも必要なく映像表現上問題ない。

次に、液晶パネル２枚構成の表示装置における時空間パターン発生器について説明する。

図２は、図１に示す第１時空間パターン発生器１０３ａ及び第２時空間パターン発生器１０３ｂの回路構成を示す図である。なお、第１時空間パターン発生器１０３ａと第２時空間パターン発生器１０３ｂとは同じ回路構成である。

図２に示すデータ変換部３００では、図６に示したデータ変換部１３００における加算処理部１３０２とオーバーフロー処理部１３０３がなくなり、新たに候補生成部３０２と選択部３０３が設けられている。

ここでは、図６と同様入力映像データ（分配器１０１から出力される映像データ）の階調ビットがｍビット（ｂｉｔ）で出力映像データの階調ビットがｎビット（ｂｉｔ）に変換される例を挙げているが、入力映像データの階調ビット数ｍ＞出力映像データの階調ビット数ｎといった関係であればどのようなビット数でもよい。

上記時空間パターン発生器は、図６と同様に、入力映像データを、該入力映像データの階調ビット数よりも少ない階調ビット数の出力映像データに変換するためのデータ変換部３００と、該データ変換部３００に供給するためのＲＧＢディザパターンを生成するＲＧＢディザパターンジェネレータ４００と、該ＲＧＢディザパターンジェネレータ４００におけるディザパターンの生成のタイミングを図るためのタイミング制御部５００とを含んだ構成となっている。

上記データ変換部３００は、データ分離部３０１によって、ｍビット階調の入力映像データが下位（ｍ−ｎ）ビットに分離される。また、ｍビット階調の入力映像データは、候補生成部３０２にも入力される。下位（ｍ−ｎ）ビットは、ＲＧＢディザパターンジェネレータ４００に入力される。入力同期信号は、タイミング制御部５００に入力される。このとき、タイミング制御部５００は、現在の画素が空間パターンの何行何列目（ｙ，ｘ）かと時間パターンの何フレーム目（ｆ）にあたるかをＲＧＢディザパターンジェネレータ４００に出力する。

ＲＧＢディザパターンジェネレータ４００は、タイミング制御部５００からの入力情報とデータ分離処理部３０１からの下位（ｍ−ｎ）ビットデータを元に内蔵しているＬＵＴから１ビットのパターンを抽出し、選択部３０３に出力する。

候補生成部３０２は、入力ｍビットを元に２つのｎビットの階調候補を内臓しているＬＵＴから取得生成し、選択部３０３に出力する。

選択部３０３は、ＲＧＢディザパターンジェネレータ４００からの１ビットパターンから２つのｎビットの階調候補のうち片方を選択し、出力映像データ（ｎビット）を出力する。

以上の回路は、ＲＧＢそれぞれ独立にパラレル動作している。

したがって、各ＲＧＢの映像データはｋ＜（２^ｎ−１）なる階調ＫＵと階調ＫＢの組合せとなる時空間パターンが出力映像データに出力され、階調ＫＵとＫＢの差は１と限らず任意に設定できるようになっている。この階調ＫＵと階調ＫＢの組合せの設定の仕方およびＲＧＢディザパターンジェネレータにおけるそれら階調の時空間パターンの配置に関しては後述する。

なお、上記の回路は、第１の液晶パネルと第２の液晶パネルとに対して、異なるディザパターンを表示するような駆動信号を生成するようになっている。

上記構成の液晶表示装置では、図１に示す制御回路を用いることで、液晶パネルの表示性能以上の階調数で表示させる多階調表示を可能としている。

多階調化において、空間パターンと時間パターンを組み合わせたときに、パターンが見えたり干渉ノイズが発生するのは、パターン内の画素間の輝度差や色度差が空間的および時間的に繋がって紋様となって人間の目に認識されてしまうのが原因である。

そこで、この画素間の輝度差や色度差をできるだけ小さくすれば紋様が目立たなくなり、結果的に階調感だけが認識される。

そのために、例えば図３に示したように、２枚の液晶パネル（第１の液晶パネルと第２の液晶パネル）を重ねた構造を用いて、多階調化するための表示パターンを工夫することで、輝度差を少なくしたパターンを形成している。

図７は、２枚の２階調液晶パネルを重ねたときの透過率の組数を示している。

図７は、簡単のため階調が０と１の２階調でそれぞれの階調の透過率を０と１００％に割り当てた場合に、２枚のパネルを重ねたときの透過率を相互のパネルの透過率を掛け算して求めた図である。この図７から分かるように、１つの透過率の値を１階調と数えると２＊２＝４階調ではなく、表現できる階調はもっと少ない階調数となる。

図８は、２枚の１６階調液晶パネルを重ねたときの透過率の組数を示している。図７に示す場合と同様に、１６＊１６＝２５６階調分の透過率の組数はないが、１枚の液晶パネルで表現できる１６階調以上の組数はある。

すなわち、１枚のパネルの場合は、１画素１６階調の１６個を利用して、空間パターンと時間パターンとからなるパターン（時空間パターン）を作成していたが、２枚の液晶パネルを重ねることで１画素で扱える階調数を増やし、その増えた階調数を利用してさらに多くの時空間パターンが利用でき、実際に表現できる階調数を増すことができる。図９は、図８に示す結果を３Ｄグラフ化した図である。

なお、図８に示すパネルの透過率の変化を表すγカーブは前面・後面とも１．０である。透過率Ｔの計算式は以下によって与えられる。

Ｔ＝（ｋ／最大階調）＾γ
よって、例えば図８の階調３の透過率は（３／１５）＾１．０＝２０．０％となる。さらに、前面パネルが階調３、後面パネルが階調６であるならば、それぞれの透過率が２０．０％、４０．０％になる。そして画面上での明るさは２枚のパネルの透過率の掛け算となるので２０．０％×４０．０％＝８％となり、８％×バックライトの輝度が認識される明るさとなる。実際はカラーフィルターなど他の要因によっても明るさは減少する。

階調数を意図的に増やせる効果がわかる具体的例を以下に示す。

図１０（ａ）は、１枚の液晶パネルの時空間パターンを示す図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示すパターンにおける輝度差を示すグラフである。

図１１（ａ）は、２枚の液晶パネルを重ねたときの時空間パターンを示す図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示すパターンにおける輝度差を示すグラフである。

最初に、１枚の液晶パネルにおける時空間パターンの例について説明する。

ここで、なるべく透過率１５％に近い階調を表現する場合、例えば図１０（ａ）に示すように「１枚の液晶パネル」では、図８に示す表から、透過率１５％に近い階調２（透過率１３．３％）と階調３（透過率２０．０％）の２つの階調、すなわち上記の１枚の液晶パネルからなる表示装置における、時空間パターン発生器、すなわち図６に示す構成で述べた表現を用いれば階調ｋと階調（ｋ＋１）を使って時空間パターンを形成すれば時空間パターンの画素間の輝度差を最小にできる（図１０（ｂ））。

すなわち、図１０（ａ）のフレーム１において２×２の空間パターンは階調３、２、２、３で構成されるので透過率は２０．０％、１３．３％、１３．３％、２０．０％の組合せとなり、フレーム１における２×２の空間パターンでの平均透過率Ａは１６．６％となる。つまり、この平均透過率とバックライト輝度の掛け算で求まる明るさを２×２領域で空間的に認識することになる。

さらに、図１０（ａ）の１画素において時間パターンが４フレームで階調３→２→３→２と変化するので、透過率は１３．３％→２０．０％→ １３．３％→２０．０％と時間的に変化し、１画素における４フレームでの平均値である平均透過率ａも１６．６％になる。つまり、この平均透過率とバックライト輝度の掛け算で求まる明るさを1画素単位で時間平均的に視覚は認識することになる。このときの各パターンの輝度差は，図１０（ｂ）に示すように、６．７％となる。

このように時空間で同じ透過率（明るさ）を表現することで、たとえ入力映像ソースが空間パターンを壊すような映像（例えば図１２に示すような画素ｂ、ｃが黒）でも時間方向での補償で認識される明るさは視覚的に維持され、たとえ時間パターンを壊すような映像（例えば図１３に示すようなフレーム２、４が全面黒）でも空間的な補償で認識される明るさは視覚的に維持される。これが、従来のノイズやフリッカが発生しにくい多階調化の基本原理である。

しかしながら、図１０（ａ）において、ある１フレームでみると空間的には必ず隣の画素との輝度差があり、ある１画素でみると時間的には必ず隣のフレームとの輝度差があるため、最近の液晶ＴＶでは画素が大きくなることによる画素間の輝度差、コントラストが増すことによる階調間の輝度差が大きくなり、空間パターンが見えやすい状況になってきている。さらに、入力映像もＦｕｌｌＨＤ化によって高精細化しており、空間パターンを壊すような細かな映像表現となってきている。さらに、液晶の応答速度向上によりいままで液晶の応答速度の遅さから認識されなかったパターンの点滅がよりはっきり見えるようになることによってフリッカが認識されやすくなっている。さらに液晶パネルの１２０Ｈｚ駆動など動画性能の向上により視線追従によるパターン干渉ノイズが従来より見えやすい状況となっている。

ここで、視線追従によってパターン干渉ノイズが発生する原理を図１４に示す。ここでは、図１４の（ａ）のように階調２（透過率１３．３％）、階調２．５（透過率１６．６％）、階調３（透過率２０．０％）の２次元画像が画面に表示されていると考える。階調２．５が時空間パターンで生成した新たな階調値（透過率）である。

この画像が静止しているとき、画像の１ラインを切り取ってフレーム時間順に並べたものが図１４の（ｂ）である。静止しているときは同じ画素位置の場合、例えば画素位置５では階調が３→２→３→２となり、時間で平均すれば階調２．５が表現されているのがわかる。また空間的にも例えば画素位置５と６では階調３と２なので階調２．５が表現されているのがわかる。

一方、画像が映像フレームごとに右に１画素スクロールしたときは、図１４の（ｃ）のように画像のエッジの移動に目が追従して矢印線のような方向に視線が追従移動し、網膜上にはこの方向で画像の輝度が投影されていくことになる。したがって、入力映像のフレームが変わるごとに画素位置５の画素は５→６→７→８と移動し視線もそれに追従する。ところが、階調２．５は階調２と階調３の時空間パターンで画素位置に固定されて生成されているので、図１４の（ｃ）のようなパターンとなる。このとき画素位置５→６→７→８の視線追従方向で階調の変化をみると階調が３→３→３→３となっており時間方向のパターンが破壊され、同じ空間パターンが重なり強調される結果となっている。このようにしてパターン干渉によるノイズが発生してしまう。

これを防ぐ方法として、時空間パターンも画像のスクロールに合わせて生成すれば無くなるように思われるが、映像の動き検出が必要になるためハード規模が大きくなり、また視線が画像のエッジの移動を必ずしも正確に追従しているわけではないので、この現象を根本的に完全になくすことは不可能である。

すなわち、ＴＶを大画面化する場合、画素サイズも大きくするが、空間パターンによる隣接画素との輝度差が大きくなるので表示品位が低下する。

上記のような不具合を改善するためには、空間的な隣画素との輝度差および時間的な隣フレームとの輝度差をなるべく小さくすれば良い。本発明はこれを２枚の液晶パネルを重ねることで実現している。

そこで、本願発明では、図１１（ａ）に示すように、２枚の液晶パネルを重ねた場合では、図８に示す表から、透過率１５％にもっとも近い２つの透過率の組合せを使って時空間パターンを形成できる。具体的には、２枚の液晶パネルを重ねたときの透過率はそれぞれの液晶パネルの透過率の掛け算になるので、図１１（ａ）に示すように、第１の液晶パネルの階調３（透過率２０．０％）に対して第２の液晶パネルの階調１１（透過率７３．３％）を重ね合わせたときの透過率は１４．７％（＝２０．０％×７３．３％）となる。また、第１の液晶パネルの階調５（透過率３３．３％）に対して第２の液晶パネルの階調７（透過率４６．７％）を重ね合わせたときの透過率は１５．６％（＝３３．３％×４６．７％）となる。先ほどの１枚の液晶パネルで透過率１５％に一番近いのは（図１０（ａ））から階調２と３の１３．３％と２０．０％であるのに対し、２枚の液晶パネルを重ねた場合に選択できた透過率は１４．７％と１５．６％となる。つまり、この２つの透過率の組合せを使えばより小さい輝度差の時空間パターンで表現でき、干渉パターンやノイズを目立たなくできる。この場合、時間パターンの平均透過率は１５．１％になる。このときの各パターンの輝度差は、図１１（ｂ）に示すように、０．９％となり、図１０（ｂ）に示す従来の時空間パターンの場合の輝度差６．７％よりもかなり小さくできる。

つまり、２枚の液晶パネルを重ねることで目的とする透過率（１５％）を挟みこむもっとも近い透過率の組み合わせを選択する自由度を増やすことができる。

このとき前面パネル（第１の液晶パネル）と後面パネル（第２の液晶パネル）に表示する時空間パターンは異なり、お互いのパターンが時間・空間的に重なったときになるべく時空間パターン内の画素間の輝度差が少なくなるようなパターンになるように表示制御されている。

なお、もしも２枚の液晶パネルを同じ時空間パターンにした場合は、選択できる透過率の数が１枚の液晶パネルのときの透過率の数と同一（図８対角上の透過率のみ）となるので、最適な透過率を選択する自由度が減り不利な条件となる。よって、２枚の液晶パネルの時空間パターンは異なっていることが好ましい。

以上の説明は１６階調の液晶パネルの例を説明したが、もちろん１６階調以上の液晶パネルにも適用できるし、２５６階調のように階調数が多くなればなるほど選択できる組数が多くなり、より多くの階調をドット間の輝度差を少なくして表現することができる。さらに、色度差ができるだけ小さくなる時空間パターンを作成する場合も同様の理論を展開できる。

次に、１６階調以上の液晶パネルとして、２５６階調の液晶パネルに本願発明を適用した場合について、以下に説明する。

図１５、図１６、図１７に液晶パネルが２５６階調のときの１例を示す。図１５は、２枚の２５６階調の液晶パネルを重ねたときの透過率の組数を示している。図１６は、図１５に示す透過率の３Ｄグラフである。図１７（ａ）は、２枚の液晶パネルを重ねたときの時空間パターンを示す図であり、図１７（ｂ）は、図１７（ａ）に示すパターンにおける輝度差を示すグラフである。

先ほどと同様に透過率１５％にもっとも近い組合せを図１５の透過率の組合せ表から選択できる。ここでは、透過率１５％になる地点として、前面パネルは階調１１２〜１２７、後面パネルは階調８０〜９５を紙面上の都合から選んでいるが、当然他の階調の組合せも存在する。図１５の組み合わせ表を用いると、上記と同様に１５％に最も近い組合せを選択でき、階調１１６と階調８４で透過率１４．９９および階調１１９と階調８２で透過率１５．０１が一番近い。この組合せでの時空間パターンを図１７（ａ）に示す。このとき、各パターンの輝度差は１６階調のとき０．９％であったのに対して、図１７（ｂ）に示すように、０．０２％とかなり小さくなる。

なお、ここで例としてあげた前面パネルおよび後面パネルの階調範囲は１６階調パネルのときに例としてあげた図８の階調７と階調５の組み合わせで透過率１５．５６％になった地点を含む範囲であり、１６階調パネルの１階調をさらに１６分割してさらに細かく補完したものといえる。したがって、パネル階調がさらに多くなったとしても同様な理論を展開できる。

また、以上の説明では前面パネルと後面パネルで同じ階調データビット数ｎとしたが、前面パネルを階調データｎ１ビットとし、後面パネルを階調データｎ２ビットとして異なるビット数としても、先に述べたように選択できる透過率の組合せの数量が変わるだけであり、２枚のパネルを重ね合わせることによるパターン間の輝度差削減効果を発揮できる。例えば前面パネルを階調データ８ビットとし、後面パネルを階調データ４ビットとすれば、後面パネルを同じ８ビットにするよりハード規模を削減しつつ、本発明の手法による多階調化の効果をある程度発揮できる。

ここで、実際の時空間パターンの作成手順について以下に説明する。図１８は、時空間パターンの作成手順を示すフローチャートである。

最初にステップＳ１では、重ね合わせる各パネルの階調−透過率の特性を測定する。

ついで、ステップＳ２では、各パネルの透過率の組合せから組合せ透過率表を作成する。つまり、図１９（ａ）に示す２枚パネルの場合の例のようにそれぞれの透過率を掛け合わせた透過率を表とする。ステップＳ１とステップＳ２は、パネルを重ねたまま計測することで、ステップＳ１の各パネルの計測を省くことができる。

次に、各階調ｋごとに以下のステップＳ３〜ステップＳ６を繰り返す。

ステップＳ３では、求める階調ｋと要求されるγカーブから目標透過率Ｔを以下の式から求める。

Ｔ＝（ｋ／最大階調）＾γ
次に、ステップＳ４では、組合せ透過率表から目標透過率Ｔに最も近い透過率ＴＵ、ＴＢを探索する。ここで、ＴＵ、ＴＢは以下のように目標透過率Ｔを挟む透過率である。

ＴＵ ≧ Ｔ ≧ ＴＢ
この透過率ＴＵ，ＴＢで最小輝度差の時空間パターンを表示すれば良い。この透過率ＴＵ，ＴＢを回路で実現するための各パネルの階調値をステップＳ５で得る。すなわち、図１９（ａ）の例のように透過率ＴＵのパネル１の組合せ階調ＫＵ［１］とパネル２の組合せ階調ＫＵ［２］、透過率ＴＬのパネル１の組合せ階調ＫＢ［１］とパネル２の組み合わせ階調ＫＢ［２］を組合せ透過率表から得られる。

これらをステップＳ６で任意のパネルｐにおける階調ｋに対する時空間パターン階調ＫＵ[ｐ]、ＫＢ［ｐ］とし、各パネルの時空間パターンの候補テーブルに登録する。

このステップＳ３〜ステップＳ６を全階調に対して行うことで図１９（ｂ）のような各パネルにおける各階調に対する時空間パターンの階調の組み合わせの候補テーブルが完成する。

図２の本発明の時空間パターン発生器ではこのＫＵとＫＢの時空間パターン候補テーブルを候補生成ブロックに内蔵しており、ｍビットの階調データＫにより階調候補ＫＵとＫＢを絞込み、ＲＧＢディザパターンジェネレータからの１ビットの状態でＫＵもしくはＫＢを選択出力している。

なお、組合せ透過率表を透過率で並べ替えて表として内蔵しておき、入力階調からこの表を検索してＫＵ、ＫＬを求めることで、ステップＳ３〜ステップＳ６を自動化することもできる。ただし、組合せ透過率表はパネル階調数やパネル数が増えるとサイズが巨大になってしまう。

ここで、本発明の２枚の液晶パネルの制御回路図１のタイミングチャートを図２０に示し説明する。映像データは液晶パネルの解像度（横Ｘピクセル縦Ｙライン）とブランク期間を含む横（列）Ｗピクセル、縦（行）Ｈラインで表される期間を１フレームとする複数のフレームデータで構成されるとする。ＮＴＳＣ規格では１秒間に６０フレームが映像ソース信号として入力される。さらに、映像データＤは各ＲＧＢの各ｍビットの階調データで構成され、液晶パネルの各ＲＧＢのｎビット階調データに対して、ｍ＞ｎとなることとする。

また、映像同期信号Ｓは垂直同期信号ＶＳと水平同期信号ＨＳとデータイネーブル信号ＤＥとピクセルクロック信号ＣＫで構成される。図２０では垂直同期信号ＶＳがアクティブ（Ｌ）になるたびに映像データが次のフレーム期間になったことを表す。水平同期信号ＨＳがアクティブ（Ｌ）になるたびに映像データが次のライン期間になったことを表す。データイネーブル信号ＤＥが（Ｌ）のとき映像データはブランク期間であることを表し、（Ｈ）のとき映像データは液晶パネルにデータが表示される表示期間を表す。これらの期間はピクセルクロック信号ＣＫを最小の基準単位とし、映像データの水平期間はＷクロック、表示期間はＸクロックとなる。これらデータイネーブル信号ＤＥとピクセルクロック信号ＣＫに同期して映像データＤが図２０に示すように入力される。

最初に、図１の分配器１０１によって２つの同じタイミングの映像同期信号Ｓ１，Ｓ２と同じ映像データＤ１、Ｄ２が出力される。つまり、分配器１０１では１クロックタイミングがずれるだけである。映像同期信号Ｓ１およびＳ２は、それぞれＶＳ１，ＨＳ１、ＤＥ１、ＣＫ１とＶＳ２、ＨＳ２、ＤＥ２、ＣＫ２を含む信号である。図２０のタイミングチャートでは映像同期信号Ｓ１、Ｓ２を代表してデータイネーブル信号ＤＥ１、ＤＥ２のタイミングを示している。

続いて、第１時空間パターン発生器１０３ａには映像同期信号Ｓ１と映像データＤ１が入力され、時空間パターン処理された映像データＱ１を出力する。図２０ではデータＤ１の各ピクセルデータｄ０、ｄ１、ｄ２・・・に対して２クロックタイミングがずれてＱ１のｑ１＿０、ｑ１＿１、ｑ１＿２・・・が出力されている。同様に第２時空間パターン発生器１０３ｂには映像同期信号Ｓ２と映像データＤ２が入力され、Ｄ２の各ピクセルデータｄ０、ｄ１、ｄ２・・・が２クロックタイミングがずれて時空間パターン処理された映像データＱ２の各ピクセルデータｑ２＿０、ｑ２＿１、ｑ２＿２・・・が出力されている。

また、図１の第１タイミングコントローラ１０２ａにも映像同期信号Ｓ１が入力され、ドライバを制御する信号ＴＣ１を出力する。ＴＣ１はデータスタートパルスＳＰ１、ラッチパルスＬＳ１、ドットクロックＤＣＫ１、ゲートスタートパルスＧＳＰ１、ゲートクロックＧＣＫ１で構成されている。図２０に示すように、ＳＰ１がアクティブ（Ｈ）で映像データＱ１の開始位置を示し、ＤＣＫ１のクロックタイミングにより順次ドライバ内に１ライン分の映像データが蓄積される。そして、ＬＳ１がアクティブ（Ｈ）になることにより第１の液晶パネルに１ライン分の映像データのデジタル値に相当する階調電圧が一斉に印加される。また、ＧＳＰ１がアクティブ（Ｈ）になりＧＣＫ１の波形の立ち上がりで画面表示の一番最初のラインに階調電圧を印加する制御をリセットする。ＧＳＰ１が（Ｌ）になりＧＣＫ１の波形の立ち上がりで次の画面ラインに階調電圧を印加する制御を移す。このように順次画面上端から下端まで制御対象となるラインを選択してＬＳ１がアクティブになることで液晶パネルに階調電圧を１ライン上の画素に同時に印加していく。

同様に、図１の第２タイミングコントローラ１０２ｂにも映像同期信号Ｓ２が入力され、ドライバを制御する信号ＴＣ２を出力する。ＴＣ２はデータスタートパルスＳＰ２、ラッチパルスＬＳ２、ドットクロックＤＣＫ２、ゲートスタートパルスＧＳＰ１、ゲートクロックＧＣＫ２で構成されている。図２０のようにタイミングはＴＣ１と同様なので省略する。

図２１に、図２の時空間パターン発生器のタイミングチャートを示し説明する。

図２の入力映像同期信号には、映像信号の垂直同期信号ＶＳ、水平同期信号ＨＳ、データイネーブル信号ＤＥ、クロック信号ＣＫが含まれている。

図２１に示すように、垂直同期信号ＶＳによって映像信号のフレームが切替わり図２のタイミング制御ブロックの内部でフレーム数ｆがカウントされ出力される。フレーム数ｆは時空間パターンの構成フレーム数を最大としてカウントされる。ここでは４フレームを最大とし、図２１ではフレームカウント１、２、３、４を示している。

また、垂直期間を拡大するとＶＳと次のＶＳ間には複数の水平同期信号ＨＳが入力されており、水平同期信号ＨＳによって映像信号のラインが切替わり図２のタイミング制御ブロックの内部で行数（ライン数）ｙがカウントされる。

行数ｙは時空間パターンの構成行数を最大としてカウントされる。ここでは時空間パターンを２ｘ２の構成を仮定しているので、図２１の行数ｙは１、２のカウントを繰り返している。

また、水平期間を拡大するとＨＳと次のＨＳ間に複数のクロック信号ＣＫが入力されており、さらに画面表示期間にはデータイネーブル信号ＤＥがＨｉｇｈレベルになる。このとき、クロック信号ＣＫによって映像信号のピクセルが切替わり図２のタイミング制御部５００の内部で列数（ピクセル数）ｘがカウントされる。

列数ｘは時空間パターンの構成列数を最大としてカウントされる。ここでは時空間パターンを２ｘ２の構成を仮定しているので、図２１の列数ｘは１、２のカウントを繰り返している。

以上のタイミングで、フレーム数ｆ、行数ｙ、列数ｘがタイミング制御信号から出力され、ＲＧＢディザパターンジェネレータに時空間パターンの選択アドレス信号として入力される。

一方、入力映像データを構成するＲＧＢデータはそれぞれ独立で処理される。ハード構成はそれぞれ一緒である。図２１に示すように、ｍビットの映像データ（階調データＫ）が、ＤＥとＣＫのタイミングに同期してｋ０，ｋ１，ｋ２，．．．．と入力される。階調データＫは候補生成ブロックに入力され、内蔵する時空間パターン候補テーブルから階調Ｋを表現する候補階調ＫＵ、ＫＢが出力される。図２１ではＤＥとＣＫのタイミングに同期して（ｋｕ０，ｋｂ０），（ｋｕ１，ｋｂ１），．．．．と出力され図２の選択部３０３に入力されている。

また、階調データＫはデータ分離部３０１にも入力され下位（ｍ−ｎ）ビット階調のＫＬが出力される。図２１ではＤＥとＣＫのタイミングに同期して、ｋｌ０、ｋｌ１、ｋｌ２．．．．と出力されている。下位ビット階調ＫＬは、図２のＲＧＢディザパターンジェネレータ４００に入力されタイミング制御ブロックの時空間パターンの位置情報の入力と合わせて任意の画素のディザパターンを示す１ビットデータＰＴが出力される。

図２１では、ＤＥとＣＫのタイミングに同期して、ｐｔ０、ｐｔ１、ｐｔ２、．．．と出力され図２の選択部３０３に入力されている。選択部３０３では、ＰＴの０、１から階調候補データのＫＵ、ＫＢのどちらかを選択し、選択階調データＫＸとして出力する。図２１では、ＤＥとＣＫのタイミングに同期して、ｋｘ０、ｋｘ１、ｋｘ２．．．．と出力されている。

以上のタイミングにより、任意のｍビットの階調Ｋを表現するための時空間パターンがｎビットの階調データＫＵ、ＫＢにより構成される。

また、図２ではＲＧＢそれぞれ独立に時空間パターン発生器を持っており、それぞれ同じ行列位置とフレーム数で同じ時空間パターンを持つこともできるし、別々の時空間パターンとすることもできる。また、時空間パターンのサイズやフレーム数はカウント数によって自由に設定できるので、ハードウェアの規模以外では特に制約はない。

図２２に４×４で４フレームの時空間パターンでＲＧＢ同一の場合（ａ）とＲＧＢ独立の場合（ｂ）の例を示す。図２２では、図２の時空間パターン発生器で候補階調ＫＵ、ＫＢを選択する元となる１ビットのＰＡＴを１＝白、０＝グレーで表現したものである。このように、ＲＧＢ独立にしたときはパターンが細かくなるので、さらにノイズやフリッカがなく階調数を増やすことができる。

図８では２枚のパネルの階調に対する透過率の変化を表すγカーブは前面・後面ともγ＝１．０の場合の例を示した。以下においては、パネルにおけるγ値の変形例について説明する。

一般に液晶ＴＶなどのパネルではブラウン管ＴＶの特性を真似て、γ＝２．２とし１．０以外を用いている。このγ＝２．２の１６階調パネルを２枚重ねたときの透過率の組合せを示す表を図２３に示し、そのときの３Ｄグラフを図２４に示す。図２４のグラフでは片方のパネルが透過率１００％のときγ＝２．２のカーブを描いているのが見て取れる。

なお、γ＝２．２のときの階調ｋの透過率Ｔの計算式は以下によって与えられる。

Ｔ＝（ｋ／最大階調）＾γ
図２３に示す表から、γ＝１．０の図８に示す表に比べて、低い透過率になる組合せがたくさんできていることが分かる。つまり、低輝度において階調数を多くかつ精度を高めて表示することができる。反面、高い透過率になる組合せが少なくなる。

一般に知られる視覚特性であるウェーバー・フェヒナーの法則により明るさ感覚Ｑ＝αＬｏｇＬ（αは任意定数）であるから、２つの階調の輝度値の差が同じでも輝度の高いところほど階調差の識別がしにくくなり、輝度の低いところほど階調差を識別しやすくなる。

したがって、γ＝２．２の２枚のパネルを重ねることで、低階調側の階調数を増やすことが可能となり視覚特性の観点から画像の見た目の滑らかさを向上させることができる。

図２５は第１の液晶パネル（前面パネル）がγ＝２．２、第２の液晶パネル（後面パネル）がγ＝１．０の場合の１６階調パネルを２枚重ねたときの透過率の組合せを示す表であり、図２６は、図２５に示す表を３Ｄグラフにした図である。図２６のグラフでは、後面パネルが透過率１００％のとき前面パネルのγ＝２．２のカーブが描かれており、前面パネルが透過率１００％のとき後面パネルのγ＝１．０のカーブが描かれているのが見て取れる。

さきほどの、γ＝２．２のときに比べ低い透過率になる組合せが少なくなっている反面、高い透過率になる組合せが増えている。つまり、輝度の低い階調も高い階調も適度に増えていると言える。また、γ＝２．２に比べγ＝１．０はパネルに印加する階調電圧が線形に変化するので２、３点の基準電圧を補間して作ることができ、回路規模を削減することができる。ちなみにγ＝２．２の場合、非線形なγカーブに階調電圧を変化させないといけないため、そのγカーブに沿うように補間するため８点以上の基準電圧を必要とし、その分だけ回路規模が大きくなる。

階調電圧を発生させる回路はドライバ内にあり特にパネルの階調数が増えた場合回路規模が大きくなる。例えば、図２７にγ＝２．２で２５６階調の階調電圧を発生させる回路構成の例を示す。基準電圧設定回路でγカーブの任意のポイントの基準電圧Ｖ０−Ｖ９を設定し、その間を折れ線上につないで補間するための抵抗分圧回路Ｒ１−Ｒ９から構成されており、２５６の階調電圧を発生する。ドライバは入力された映像データからこれら階調電圧の中から対応する階調電圧を選択し、液晶パネルにその電圧を印加し駆動する。このように多数の基準電圧を必要とする。γ＝１．０に近ければ直線状の電圧変化になるので、このような多数の基準電圧は必要なく回路規模を縮小できる。

以上のように、液晶パネルの入力階調と透過率のγ数値が大きければ低輝度の階調を増やすことができる。γ数値が小さければ高輝度の階調を増やすことができる。両者を混ぜ合わせることで映像表現にあわせて滑らかさが必要なところに輝度差が小さくなるような組合せ数が多くなるようにもっていくことができる。これは、任意の階調の範囲を狙ってあらかじめ液晶パネルのγを固定しておく方法も考えられるし、入力映像の画面ヒストグラムで集中している階調範囲に合わせてアクティブに変化させる方法も考えられる。

図２８は、前面パネルはγ＝２．２で後面パネルは階調０〜階調７までγ＝１．０で透過率が０％〜１００％まで変化し、階調８以上は透過率１００％なる１６階調パネルを２枚重ねたときの透過率の組合せの表を示し、図２９は、図２８に示す表を３Ｄグラフとした図である。

図２８に示す表から、階調７以上はすべて透過率が１枚のパネル（前面パネル）のときと一緒になる。このため、階調７以上では、１枚パネルと同等の階調性能しかだせない。しかし、視覚的に階調差（輝度差）がわかりやすい低階調部分、ここでは階調７未満では多数の階調組合せがあることから視覚的な輝度差が小さくなるような透過率の組合せを選び階調数を増やすことができる。それにもかかわらず、透過率０％（完全に０ではない）と透過率１００％の表示輝度は変わらないので、同じような高コントラストは維持できる。

また、階調８以上は階調７と同等なので階調８以上の組合せを記録する回路および処理する回路は不要となり回路規模を１／２に削減できる。１６階調のパネルではそれほどでもないと思われるが、例えば２５６階調のパネルでは回路規模の削減に大きく寄与することは容易に想像できる。

ここで、後面パネルをどの階調から透過率１００％とするように設定すれば、上述した効果を得ることができるのかについて以下に説明する。

最大輝度６００ｃｄ／ｍ^２の液晶パネルで、階調２５６の場合６４階調付近から低階調でディザパターンのパターンが目立ちやすくなることが経験上わかっている。６４階調は、パネルのγ＝２．２のとき以下の式より輝度にして約２８ｃｄ／ｍ^２である。

輝度＝最大輝度×（求める階調／最大階調）＾γ＝６００×（６４／２５５）＾２．２
また、ウェーバー・フェヒナーの法則（明るさ感覚Ｑが輝度Ｌの対数に比例する）が成り立つ範囲が３０〜１０００ｃｄ／ｍ^２となることが一般に知られている（非特許文献の図３．１２）。これは３０ｃｄ／ｍ^２未満では、対数に比例せずさらに明るさに関する視覚感度が上がることを意味する。したがって、バックライトの輝度によって階調の表示輝度は変わるので階調値そのままではなく輝度３０ｃｄ／ｍ^２以上の輝度の階調で後面パネルの透過率を１００％と設定してあるのが望ましい。また、回路規模と実際の見た目のバランスをとってさらに低階調と設定することも考えられる。

このように、２枚のパネルで異なるパターンにする階調範囲を適所に限定することで、回路規模の増加を抑えつつ、２枚のパネルを重ねることによるコントラスト増加を維持し、ノイズやフリッカを抑えて階調数を増すことにより映像の滑らかさも増すことができる。

ここまで、液晶パネルを２枚重ねた場合について説明してきたが、本願発明はこれに限定されるものではなく、３枚以上重ね合わせた場合についても十分に適用可能である。

図３０は、液晶パネルをｐ（ｐ＞２）枚重ねた表示装置におけるパネル制御回路６００を示す構成図である。なお、図１に示すパネル制御回路１００に含まれる部材と同一機能を有する部材には同一符号を付記し、詳細な説明は省略する。

上記パネル制御回路６００は、図３０に示すように、分配器１０１と、液晶パネルの枚数分（ｐ個）のタイミングコントローラ（第１タイミングコントローラ１０２ａ〜第ｐタイミングコントローラ１０２ｐ）及び時空間パターン発生器（第１時空間パターン発生器１０３ａ〜第ｐ時空間パターン発生器１０３ｐ）とを備えている。そして、各タイミングコントローラ及び時空間パターン発生器からの信号は、それぞれに対応している液晶パネルのドライバに出力される。

上記構成の表示装置によれば、図１に示す場合に比べて、さらにパターン間の輝度差が少ない階調の組合せを増やすことができるので、階調数を増やし識別される階調差を少なくして、映像表現をさらに滑らかにすることができる。

本発明の表示装置を適用可能な電子機器としては、ＴＶ、ＰＣモニタ、医療用モニタ、プロジェクタ、インフォメーションディスプレイなどを挙げることができ、特にアプリケーションとして階調数が重視され、ピクセルサイズが大きいディスプレイ機器に好適である。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明の表示装置は、アプリケーションとして階調数が重視され、ピクセルサイズが大きいディスプレイ機器に好適である。

本発明の表示装置の駆動装置の一実施形態を示すものであり、パネル制御部の駆動装置の要部構成を示すブロック図である。 図１に示すパネル制御部に備えられた時空間パターン発生器の要部構成を示すブロック図である。 図１に示す表示装置の駆動装置によって駆動される表示装置の概略構成図である。 図３に示す表示装置の要部を示す概略断面図である。 比較例としての表示パネルが一枚構成の場合のパネル制御部の要部構成を示すブロック図である。 図５に示すパネル制御部に備えられた時空間パターン発生器の要部構成を示すブロック図である。 ２枚の２階調液晶パネルを重ねたときの透過率の組数表を示す図である。 ２枚の１６階調液晶パネルを重ねたときの透過率の組数表を示す図である。 図８に示す透過率を３Ｄグラフ化したグラフである。 図１０（ａ）は、１枚の液晶パネルの時空間パターンを示す図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示すパターンにおける輝度差を示すグラフである。 図１１（ａ）は、２枚の液晶パネルを重ねたときの時空間パターンを示す図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示すパターンにおける輝度差を示すグラフである。 空間パターンが破壊される例を示す時空間パターンを示す図である。 時間パターンが破壊される例を示す時空間パターンを示す図である。 視線追従によってパターン干渉ノイズが発生する原理を示す図である。 ２枚の２５６階調の液晶パネルを重ねたときの透過率の組数表を示す図である。 図１５に示す透過率の３Ｄグラフ化したグラフである 図１７（ａ）は、２枚の液晶パネルを重ねたときの時空間パターンを示す図であり、図１７（ｂ）は、図１７（ａ）に示すパターンにおける輝度差を示すグラフである。 時空間パターンの作成手順を示すフローチャートである。 図１９（ａ）は、本発明の２枚パネルを重ね合わせたときの組合せ透過率表と時空間パターン候補テーブルとの概念を示す図であり、図１９（ｂ）は、時空間パターン候補テーブルを示す図である。 本発明の２枚の液晶パネルの制御回路のタイミングチャートである。 図２の時空間パターン発生器のタイミングチャートである。 ＲＧＢ同一の場合（Ａ）とＲＧＢ独立の場合（Ｂ）とにおける、４×４で４フレームの時空間パターンの例を示す図である。 γ＝２．２の１６階調パネルを２枚重ねたときの透過率の組合せ表を示す図である。 図２３に示す透過率の３Ｄグラフ化したグラフである 第１の液晶パネル（前面パネル）がγ＝２．２、第２の液晶パネル（後面パネル）がγ＝１．０の場合の１６階調パネルを２枚重ねたときの透過率の組合せ表を示す図である。 図２５に示す透過率の３Ｄグラフ化したグラフである γ＝２．２で２５６階調の階調電圧を発生させる回路構成の例を示す図である。 前面パネルはγ＝２．２で後面パネルは階調０〜階調７までγ＝１．０で透過率が０％〜１００％まで変化し、階調８以上は透過率１００％なる１６階調パネルを２枚重ねたときの透過率の組合せ表を示す図である。 図２８に示す透過率の３Ｄグラフ化したグラフである 液晶パネルをｐ（ｐ＞２）枚重ねた表示装置におけるパネル制御回路６００を示す構成図である。

符号の説明

１ 透明基板
２ カラーフィルタ
３ 対向電極
４ 画素電極
６ ＴＦＴ
７ 層間絶縁膜
８ ブラックマトリクス
１０ 対向基板
１１ アクティブマトリクス基板
１００ パネル制御回路（パネル制御手段）
１０１ 分配器
１０２ａ 第１タイミングコントローラ
１０２ｂ 第２タイミングコントローラ
１０３ａ 第１時空間パターン発生器（パターン生成回路）
１０３ｂ 第２時空間パターン発生器（パターン生成回路）
２００ａ 第１ドライバ
２００ｂ 第２ドライバ
３００ データ変換部
３０１ データ分離部
３０２ 候補生成部
３０３ 選択部
４００ ＲＧＢディザパターンジェネレータ（ディザパターンジェネレータ）
５００ タイミング制御部
６００ パネル制御回路
Ａ 偏光板
Ｂ 偏光板
Ｃ 偏光板
ｍ 階調ビット数
ｎ 階調ビット数

Claims (6)

1. ｍビットの映像データが入力され、ｎ（ｍ＞ｎ）ビット階調の透過型表示パネルを２枚以上重ねた表示装置に出力する駆動装置であって、
   上記入力映像データの階調を表現するために、上記各透過型表示パネルを透過して表示される輝度パターンを構成し、輝度パターンを構成する画素間の輝度差が最小となるように、各透過型パネルに出力する階調値の組み合わせを生成して、各透過型表示パネルに出力するパネル制御手段を備えたことを特徴とする表示装置の駆動装置。
2. 上記パネル制御手段は、
   上記各透過型表示パネルのうち、少なくとも２枚の透過型表示パネルのディザパターンが異なるように制御することを特徴とする請求項１に記載の表示装置の駆動装置。
3. 上記パネル制御手段は、
   上記入力映像ソース信号に含まれる映像データを透過型表示パネル枚数分に分配する分配器と、
   上記分配器によって分配された映像データ数分設けられ、該分配器から出力された映像データのディザパターンを生成して、対応する透過型表示パネルに出力するパターン生成回路とを含んでいることを特徴とする請求項２に記載の表示装置の駆動装置。
4. 上記パターン生成回路は、
   入力映像ソース信号に含まれる映像データの色成分毎に設けられ、入力映像データを、該入力映像データの階調ビット数よりも少ない階調ビット数の出力映像データに変換するデータ変換部と、
   上記データ変換部に供給するためのディザパターンを生成するディザパターンジェネレータと、
   上記ディザパターンジェネレータにおけるディザパターンの生成のタイミングを図るためのタイミング制御部とを含んでいることを特徴とする請求項３に記載の表示装置の駆動装置。
5. 上記データ変換部は、
   ｍビット階調の入力映像データを下位（ｍ−ｎ）ビットに分離し、上記ディザパターンジェネレータに出力するデータ分離部と、
   上記ｍビット階調の入力映像データを元に２つのｎビットの階調候補を内臓しているＬＵＴから取得生成する候補生成部と、
   上記候補生成部から供給される２つのｎビットの階調候補の何れかを選択し、nビット階調の映像データを出力する選択部とを備え、
   上記ディザパターンジェネレータは、上記データ分離部から供給された下位（ｍ−ｎ）ビットのデータと、上記タイミング制御部からのタイミング信号とに基づいて１ビットパターンのデータを生成して、上記選択部に出力し、
   上記選択部は、上記ディザパターンジェネレータからの１ビットパターンから２つのｎビットの階調候補のうち片方を選択することを特徴とする請求項４に記載の表示装置の駆動装置。
6. 表示装置を備えた電子機器であって、
   上記表示装置を駆動する駆動装置は、請求項１〜５の何れか１項に記載の表示装置の駆動装置であることを特徴とする電子機器。

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