JP2009162944A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶表示装置において、明暗方式の倍速変換処理とオーバードライブ処理を同時に行い、倍速変換回路とオーバードライブ回路の一体化によるコストダウンを可能にする。
【解決手段】倍速変換前の１フレーム前の画像データを記憶する画像データ記憶部１８１と、倍速変換前の現フレームの画像データと対比される所定段階数の階調と１フレーム前の画像データと対比される所定段階数の階調とを関連づけた２次元ルックアップテーブルであって、現フレームの画像データの示す階調よりも高い階調を示す高階調データ及び低い階調データを生成するための第１及び第２ルックアップテーブルを記憶する変換テーブル記憶部１８２と、１フレーム前の画像データと現フレームの画像データを用いて第１及び第２ルックアップテーブルを参照し、現フレームの画像データに対する高階調データ及び低階調データを生成する倍速変換部１８３を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、倍速変換機能とオーバードライブ機能を備えた液晶表示装置に関する。

従来から、液晶表示装置の応答速度の向上及び残像現象を低減するために、オーバードライブ処理や倍速変換処理が用いられている。特許文献１では、フレームレートが６０Ｈｚの画像データに、前後する２つの画像データなどに補完処理を施して生成した画像データを挿入し、フレームレートを１２０Ｈｚに変換すると共に、１２０Ｈｚの画像データにオーバードライブ処理を施す技術が開示されている。

一方、特許文献２には、一旦メモリに記憶された画像データを連続して２回ずつ読み出してフレームレートを１２０Ｈｚに変換すると共に、１２０Ｈｚに変換された後、１フレームごとに極性を反転することによって、正転駆動時（暗から明に変化する場合）と反転駆動時（明から暗に変化する場合）に同時にオーバードライブ処理を施す技術が開示されている。但し、特許文献２は、画素電極と対向電極が同一基板上に配置され、基板に平行に電圧を発生させる液晶表示装置に関するものである。

また、特許文献３には、映像信号の１フィールド期間中にＮ回（例えば４回）走査することによって画像データの倍速化を行うと共に、画像データを直接液晶ディスプレイパネルに与えるのではなく、前フレームの画像データと現フレームの画像データを比較し、その差に応じてルックアップテーブル（ＬＵＴ）を参照し、補正された画像データを液晶ディスプレイパネルに与えることによって、液晶表示装置の応答性を向上させる技術が開示されている。

特許文献１に開示された技術によれば、例えば静止画像や動きの遅い画像のように画像の変化がない又は小さい場合、オーバードライブ処理が行われず、静止画などにおいて階調性が乱されることはない。しかしながら、特許文献１によれば、例えばカメラがパンやティルトを行うことによって画像が変化している場合、画面周辺部において補完するための画像データが欠落し、画像が乱れるという問題点を有している。また、補完画像データを作成するための演算処理が複雑である。また、高速演算処理が可能なＣＰＵが必要となり、コストアップの要因となる。

特許文献２に開示された技術によれば、静止画像のように画像の変化がない場合にオーバードライブ処理が施されないようにするために、２フレーム前の画像データと現フレームの画像データを比較しており、オーバードライブ処理が複雑であるという問題点を有している。

特許文献３に開示された技術によれば、前フレームの画像データと現フレームの画像データの差に応じてルックアップテーブルを参照することにより、画像の変化が大きい場合には実質的にオーバードライブ処理を行うことができると共に、静止画像のように画像の変化が小さい場合には、オーバードライブ処理が行われないようにすることが可能である。しかしながら、倍速変換後の画像データに対して、ルックアップテーブルを参照して補正を行い、補正後の画像データを液晶ディスプレイパネルに与えているため、倍速変換回路とオーバードライブ回路が個別に構成されることになり、回路構成が複雑になり、コストアップの要因となる。

近年、倍速処理の新たな方式として、倍速変換前の１フレームの画像データから、その画像データの示す階調よりも高い階調と低い階調をそれぞれ示す２つの連続した画像データ（高階調データ及び低階調データ）を生成し、フレームレートを２倍に変換する、いわゆる明暗方式の倍速変換が提案されている。

明暗方式の倍速変換処理とオーバードライブ処理をそれぞれ個別の回路で行うとすると、倍速変換後の画像データは１フレームごとに明暗を繰り返すため、静止画像においても、必ずオーバードライブ処理が行われる。その結果、オーバードライブ処理後の２つの画像データによる平均階調は、液晶ディスプレイパネルの立ち上がり特性と立ち下がり特性の非対称性により、オーバードライブ処理されていない２つの画像データによる平均階調と同じにはならない。すなわち、オーバードライブ処理により、静止画像の階調特性が乱れる。オーバードライブ処理を行わない場合は静止画像の階調特性の劣化は生じないが、動画において残像感が強くなると言う、相反する問題点を有することになる。

特開２００６−３４９９５２号公報 特開２００６−２８５０９２号公報 特開平５−７３００５号公報

本発明は、上記明暗方式の倍速変換処理とオーバードライブ処理を行う液晶表示装置における問題点を解決するためになされたものであり、倍速変換処理とオーバードライブ処理を同時に行うことが可能であり、静止画像のような画像の変化の少ない場合にはオーバードライブ処理を行わず、かつ倍速変換回路とオーバードライブ回路の一体化によるコストダウンを可能にした液晶表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、倍速変換前の１フレームの画像データから、その画像データの示す階調よりも高い階調と低い階調をそれぞれ示す２つの連続した高階調データ及び低階調データを生成し、高階調データと低階調データの平均階調により現フレームの階調を表すと共に、フレームレートを２倍に変換する、いわゆる明暗方式の倍速変換を行う液晶表示装置において、
倍速変換前の画像データのうち、現フレームよりも１フレーム前の画像データを記憶する画像データ記憶部と、
倍速変換前における現フレームの画像データと対比される所定段階数の階調と１フレーム前の画像データと対比される所定段階数の階調とを関連づけた２次元ルックアップテーブルであって、現フレームの画像データ示す階調よりも高い階調を示す高階調データを生成するための第１ルックアップテーブルと、現フレームの画像データの示す階調よりも低い階調を示す低階調データを生成するための第２ルックアップテーブルを記憶する変換テーブル記憶部と、
前記画像データ記憶部に記憶された１フレーム前の画像データと現フレームの画像データを用いて前記第１ルックアップテーブル及び第２ルックアップテーブルをそれぞれ参照し、現フレームの画像データに対する高階調データ及び低階調データを生成する倍速変換部を備えたことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の液晶表示装置において、前記第１ルックアップテーブル及び第２ルックアップテーブルの各値は、高階調データ及び低階調データが出力される液晶ディスプレイパネルの応答特性を考慮して、その値が決定されていることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、倍速変換部により、現フレームの画像データから直接高階調データ及び低階調データを生成するのではなく、現フレームの画像データと１フレーム前の画像データを参照し、画像データの値、すなわち階調が大きく変化しているか否かを考慮して、高階調データ及び低階調データを生成するので、倍速変換処理とオーバードライブ処理を同時に行うことが可能であり、かつ、倍速変換回路とオーバードライブ回路の一体化によるコストダウンが可能である。さらに、第１ルックアップテーブル及び第２ルックアップテーブルの値の決定に際して、静止画像のように現フレームの画像データと１フレーム前の画像データとで画像データが変化していない又は変化が小さい場合には、オーバードライブ処理を行わないように、値を設定することができる。そのため、静止画像のような画像の変化の少ない場合にはオーバードライブ処理を行わず、静止画像の階調特性の乱れを防止することができる。

また、請求項２の発明によれば、第１ルックアップテーブル及び第２ルックアップテーブルの各値は、高階調データ及び低階調データが出力される液晶ディスプレイパネルの応答特性を考慮して、その値が決定されているので、オーバードライブ処理による応答速度の向上をより効果的に達成することができる。

なお、液晶ディスプレイパネルを部品として他社から購入している場合には、テレビジョン（以下、ＴＶとする）受像機側では液晶ディスプレイパネルの応答特性は未知であるため、通常、オーバードライブ回路は液晶ディスプレイパネル側に設けられている。一方、倍速変換回路は、倍速変換方式に応じて異なるため、ＴＶ受像機側に設けられている。従って、本発明は、液晶ディスプレイパネルから一貫生産している場合にのみ実現可能である。

本発明の一実施形態に係る液晶表示装置について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態に係る液晶表示装置の一例として、液晶ディスプレイパネルを用いたテレビジョン（ＴＶ）受像機１の概略構成を図１に示す。

ＴＶ受像機１は、液晶ディスプレイパネル１１と、液晶ディスプレイパネル１１を駆動する駆動部１２と、音声を出力可能なスピーカ１３と、ＴＶ受像機１の各部の動作を制御する制御部１４と、外部のアンテナに接続され、このアンテナにより受信されるＴＶ放送の所望の番組を選局するチューナ１５と、ＴＶ受像機１の筐体外部に露出するように設けられた端子部１６と、装置本体とは別体となるリモコン装置９から送信された操作信号を受信する受信部１７等で構成されている。ＴＶ受像機１は、制御部１４による制御に基づき、例えばチューナ１５により選局されたＴＶ放送番組や、端子部１６に接続された外部の入力機器から入力される画像・音声等を、液晶ディスプレイパネル１１やスピーカ１３を介して視聴可能にすることができるように構成されている。端子部１６は、例えばＤＶＤレコーダ２等の外部機器に、ＨＤＭＩ（High-Definition Multimedia Interface）ケーブル等を介して接続される。

制御部１４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、その他の電子部品で構成された画像処理回路１８、音声処理回路１９などを備え、チューナ１５により選局された番組の映像信号や、例えば端子部１６に接続されたＤＶＤレコーダ２から入力された映像信号等に基づいて、駆動部１２を制御し、液晶ディスプレイパネル１１に画像を表示させる。

画像処理回路１８、特に倍速変換機能とオーバードライブ機能を備えた画像処理回路１８のブロック構成を図２に示す。画像処理回路１８は、倍速変換前の画像データのうち、現フレームよりも１フレーム前の画像データを記憶する画像データ記憶部１８１と、後述する第１ルックアップテーブル及び第２ルックアップテーブルを記憶する変換テーブル記憶部１８２と、倍速変換処理と同時に必要に応じてオーバードライブ処理を行う倍速変換部１８３などで構成されている。

本実施形態では、倍速変換処理として、倍速変換前の１フレームの画像データから、その画像データの示す階調よりも高い階調と低い階調をそれぞれ示す２つの連続した画像データ（高階調データ及び低階調データ）を生成し、フレームレートを２倍に変換する、いわゆる明暗方式の倍速変換を行う。オーバードライブ処理を行わない場合、高階調データと低階調データの平均階調が、倍速変換前の１フレームの画像データの示す階調に一致するように、高階調データ及び低階調データがそれぞれ決定される。

図３は、画像処理回路１８による倍速変換処理とオーバードライブ処理の一例を示す波形図である。図３において、破線は倍速変換前における特定画素の階調を示す画像データ（例えば、６０Ｈｚの信号波形）であり、実線は倍速変換後におけるその特定画素の高階調データ及び低階調データ（１２０Ｈｚの信号波形）である。

図３において、倍速変換前における現フレームの画像データをＤ２として、現フレームの画像データＤ２を１フレーム前の画像データＤ１と比較すると、両者は変化していない。従って、現フレームの画像データＤ２を倍速変換する際、オーバードライブ処理は行われず、現フレームの画像データＤ２に対応する倍速変換後の高階調データＨ２及び低階調データＬ２は、１フレーム前の画像データＤ１に対応する倍速変換後の高階調データＨ１及び低階調データＬ１と同じ値に設定される。

１フレーム分時間が経過して、倍速変換前における現フレームの画像データをＤ３とすると、現フレームの画像データＤ３は１フレーム前の画像データＤ２から変化している。従って、現フレームの画像データＤ２を倍速変換する際、オーバードライブ処理が行われ、現フレームの画像データＤ３に対応する倍速変換後の高階調データＨ３及び低階調データＬ３は、１フレーム前の画像データＤ２に対応する倍速変換後の高階調データＨ２及び低階調データＬ２よりもそれぞれ高く又は低くなるように設定される。

さらに１フレーム分時間が経過して、倍速変換前における現フレームの画像データをＤ４とすると、現フレームの画像データＤ４は１フレーム前の画像データＤ３から変化していない。従って、現フレームの画像データＤ４を倍速変換する際、オーバードライブ処理は行われず、現フレームの画像データＤ４に対応する倍速変換後の高階調データＨ４及び低階調データＬ４は、高階調データＨ４と低階調データＬ４の平均階調が、倍速変換前の現フレームの画像データＤ４の示す階調に一致するように決定される。なお、図３は特定画素の階調が高くなるように（暗から明に）変化する場合を例示したが、逆に特定画素の階調が低くなるように（明から暗に）変化する場合も同様である。

倍速変換部１８３は、画像データ記憶部１８１に記憶された１フレーム前の画像データと現フレームの画像データを用いて、変換テーブル記憶部１８２に記憶されている第１ルックアップテーブル及び第２ルックアップテーブルを参照することにより、上記倍速変換処理と、オーバードライブ処理を同時に行う。

図４は、オーバードライブを考慮していない場合（すなわち、静止画像）における液晶ディスプレイパネルの入出力特性の一例を示す。図４中、横軸は入力信号、縦軸は出力信号を表す。図４中、「Ｈｉ」と記された曲線は、低階調レベルから高階調レベルに（暗から明に）変化する場合の液晶ディスプレイパネルの入出力特性を示し、「Ｌｏ」と記された曲線は、高階調レベルから低階調レベルに（明から暗に）変化する場合の液晶ディスプレイパネルの入出力特性を示す。

本実施形態では、上記のように、オーバードライブ処理を行うため、現フレームの画像データと１フレーム前の画像データを比較して、その画像データの差、すなわち変化量に応じて、オーバードライブのための補正を加える必要がある。変換テーブル記憶部１８２は、倍速変換前における現フレームの画像データと対比される所定段階数の階調と１フレーム前の画像データと対比される所定段階数の階調とを関連づけた２次元ルックアップテーブルであって、現フレームの画像データ示す階調よりも高い階調を示す高階調データを生成するための第１ルックアップテーブルと、現フレームの画像データの示す階調よりも低い階調を示す低階調データを生成するための第２ルックアップテーブルを記憶している。例えば、１フレームの画像データが１６段階のレベル（１６階調）で表現されているとすると、第１ルックアップテーブルと第２ルックアップテーブルは、それぞれ１６×１６＝２５６個の数値データで構成されている。

図５及び図６は、それぞれ第１ルックアップテーブルと第２ルックアップテーブルの各数値データを３次元的に可視化したグラフである。図５及び図６における曲面上の各交点が、第１ルックアップテーブルと第２ルックアップテーブルにおける数値データを表す。また、「Ｈｉ」及び「Ｌｏ」と記された曲線が図４における曲線「Ｈｉ」及び「Ｌｏ」に相当する。図５及び図６における曲面のうねりが、オーバードライブのための補正を反映している。このように、第１ルックアップテーブル及び第２ルックアップテーブルの各値は、高階調データ及び低階調データが出力される液晶ディスプレイパネルの応答特性を考慮して、その値が決定されている。

例えば、図６において楕円Ａで囲まれた領域では、前フレームの画像データの階調が低く、現フレームの画像データの階調がそれよりも高くなっており、画素の輝度が暗から明に大きく変化しているので、オーバードライブによる補正が加味されていることがわかる。

このように、倍速変換部１８３は、現フレームの画像データから直接高階調データ及び低階調データを生成するのではなく、現フレームの画像データと１フレーム前の画像データを参照し、画像データの値、すなわち階調が大きく変化しているか否かを考慮して、高階調データ及び低階調データを生成するので、倍速変換処理を行うと同時に、必要に応じてオーバードライブ処理を同時に行うことが可能である。換言すれば、静止画像のような画像の変化の少ない場合にはオーバードライブ処理を行わず、静止画像の階調特性が乱れを防止することができる。また、倍速変換部１８３は、倍速変換機能とオーバードライブ機能を備えているので、実質的に倍速変換回路とオーバードライブ回路を一体化したものであり、回路構成の簡素化によるコストダウンが可能である。

本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の一例として、液晶ディスプレイパネルを用いたＴＶ受像機の概略構成を示すブロック図。 上記一実施形態における倍速変換機能とオーバードライブ機能を備えた画像処理回路のブロック構成図。 画像処理回路による倍速変換処理とオーバードライブ処理の一例を示す波形図。 オーバードライブを考慮していない場合における液晶ディスプレイパネルの応答特性の一例を示すグラフ。 上記一実施形態における低階調レベルから高階調レベルに変化する場合のデータを生成するための第１ルックアップテーブルを３次元的に可視化したグラフ。 上記一実施形態における高階調レベルから低階調レベルに変化する場合のデータを生成するための第２ルックアップテーブルを３次元的に可視化したグラフ。

符号の説明

１ テレビジョン（ＴＶ）受像機
１１ 液晶ディスプレイパネル
１８ 画像処理回路
１８１ 画像データ記憶部
１８２ 変換テーブル記憶部
１８３ 倍速変換部
Ｄ１−Ｄ４ （倍速変換前の）画像データ
Ｈ１−Ｈ４ （倍速変換後の）高階調データ
Ｌ１−Ｌ４ （倍速変換後の）低階調データ

Claims (2)

1. 倍速変換前の１フレームの画像データから、その画像データの示す階調よりも高い階調と低い階調をそれぞれ示す２つの連続した高階調データ及び低階調データを生成し、高階調データと低階調データの平均階調により現フレームの階調を表すと共に、フレームレートを２倍に変換する、いわゆる明暗方式の倍速変換を行う液晶表示装置において、
   倍速変換前の画像データのうち、現フレームよりも１フレーム前の画像データを記憶する画像データ記憶部と、
   倍速変換前における現フレームの画像データと対比される所定段階数の階調と１フレーム前の画像データと対比される所定段階数の階調とを関連づけた２次元ルックアップテーブルであって、現フレームの画像データ示す階調よりも高い階調を示す高階調データを生成するための第１ルックアップテーブルと、現フレームの画像データの示す階調よりも低い階調を示す低階調データを生成するための第２ルックアップテーブルを記憶する変換テーブル記憶部と、
   前記画像データ記憶部に記憶された１フレーム前の画像データと現フレームの画像データを用いて前記第１ルックアップテーブル及び第２ルックアップテーブルをそれぞれ参照し、現フレームの画像データに対する高階調データ及び低階調データを生成する倍速変換部を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記第１ルックアップテーブル及び第２ルックアップテーブルの各値は、高階調データ及び低階調データが出力される液晶ディスプレイパネルの応答特性を考慮して、その値が決定されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。

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