JP4980508B2 - 液晶表示装置、モノクローム液晶表示装置、コントローラ、および画像変換方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶ディスプレイ(ＬＣＤ)の表示方式に関し、より詳しくは、ＬＣＤにおける階調数を拡張する方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶ディスプレイ(ＬＣＤ)と言うと、昨今ではすぐにカラー表示が想像される。実際に、ＬＣＤモニタなどに使われるＬＣＤモジュールでは、赤(Ｒ)、緑(Ｇ)、青(Ｂ)をそれぞれ８ビットデータで表現する、いわゆる８ビットカラーのソースドライバを用いたものが普及している。これによれば、１色につき、２8＝２５６段階の階調表現ができ、Ｒ、Ｇ、Ｂ全体では、(２8)3＝１６Ｍ(約１６００万)通りもの色を表現することが可能である。
【０００３】
一方、ディスプレイの用途には、必ずしもカラー表示が必要とされるものばかりではない。モノクローム(Monochrome)でも構わない場合や、モノクロームの方が良い場合もあり、より高精細で、かつより多くの階調を表現させたいという要求もある。いわゆるレントゲン等に用いられる医療用映像向けの表示装置がその代表的な例である。これらの特殊用途向けには、従来から、高精細でかつ多階調のモノクローム表示が可能なＣＲＴモニタが用いられている。一般に、これらのモノクロームのＣＲＴモニタを用いた場合には、ホストシステムのグラフィックスアダプタから１２ビット/データ、即ち、２12の階調表現ができるデータが送り出されるものも存在しており、ＬＣＤディスプレイ側としても、それだけの階調表現ができる必要がある。
【０００４】
ＬＣＤモジュール/モニタのメーカにとって、このモノクロームモニタの市場は非常に魅力的である。特に昨今では、ＬＣＤモニタにて、ＱＸＧＡ(Quad Extended Graphics Array)(2048×1536ドット)やＱＵＸＧＡ(Quad Ultra Extended Graphics Array)(3200×2400ドット)などの、いわゆる超高精細化が可能となり、画素ピッチにおいてＣＲＴの限界を超えたものも存在している。例えば、２０.８インチのＱＸＧＡからなるＬＣＤモニタを例にとると、その画素ピッチは、
横列：（４/５）・２０.８・２５.４/２０４８＝０.２０６３７
縦列：（３/５）・２０.８・２５.４/１５３６＝０.２０６３７
で、縦横ともに約２０６μｍ となる。これは、文字表示としては人間の目には細かすぎる(文字表示としては画素ピッチで約３００μｍ前後が良いとされている)が、グラフィックス表示としてはちょうど良い値である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、高精細化の点ではＬＣＤモニタでも全く問題はない。しかしながら、表現できる階調数には大きな問題がある。例えば、モノクロームのＴＦＴにおいて表現可能な階調レベル数は、ＬＣＤモニタのＸドライバ(Ｄ/Ａコンバータ)における変換ビット数に依存しており、８ビットのＤ/Ａコンバータであれば２５６階調しか表現できず、自然画における滑らかな階調変化は必ずしも実現することができない。特に、前述した医療用映像等(レントゲン等)の正確なグレイスケール(True Gray Scale)が要求されるアプリケーションには、不十分である。
【０００６】
ここで、一般に用いられるカラーＴＦＴ(Thin Film Transistor)ＬＣＤパネルなどから、単にカラーフィルタを取り除く(例えばカラーフィルタ生成プロセスを省略する)ことによってモノクローム化するといった場合を考える。この場合には、元々のＲ、Ｇ、Ｂに対応する３ピクセル分をモノクロームの１ピクセルとみなし、各サブピクセルの階調の組み合わせによって１画素の表現できる階調数を増やすことができる。８ビットカラーからモノクローム化した場合、これら３サブピクセルの階調値が、(ｍ，ｍ，ｍ)から(ｍ+１，ｍ+１，ｍ+１)まで(但し、０≦ｍ≦２8−１)増加する間に、(ｍ，ｍ，ｍ+１)から(ｍ，ｍ+１，ｍ+１)の２通りの輝度レベルを採り得る。このとき、(ｍ，ｍ，ｍ+１)、(ｍ，ｍ+１，ｍ)、(ｍ+１，ｍ，ｍ)は同じ輝度レベルとみなされ、区別することができない。(ｍ，ｍ+１，ｍ+１)、(ｍ+１，ｍ，ｍ+１)、(ｍ+１，ｍ+１，ｍ)も同様である。よって、表現できる階調数は３・(２8)−２＝７６６となる。
【０００７】
上述の内容を更に詳述する。ＬＣＤのＸドライバが設定する各サブピクセルのガンマ特性(γ特性：印加電圧(階調レベル)vs.液晶透過率(輝度))は、Ｄ/ＡコンバータであるＸドライバに対するリファレンス電圧(Reference Voltage)を変えることによって変更できるが、このＸドライバによるガンマ特性はドライバの制限によって各サブピクセル毎に変更することができない。そのために、各サブピクセルのガンマ特性は同一となる。このとき、それぞれＲ、Ｇ、Ｂと呼ばれていた部分の輝度がそれぞれＮであるとすると、Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれの階調は、０、Ｎ/２５５、２Ｎ/２５５、．．．．．．．、２５５Ｎ/２５５と表現でき、ＲとＧとＢの組み合わせで、０、Ｎ/２５５、２Ｎ/２５５、・・・・・・、７６５Ｎ/２５５の階調で表現できる。このようにカラーＬＣＤパネルに対してカラーフィルタを取り除き、１画素を３つのサブピクセルで表現してモノクローム化する場合であっても、８ビット/カラーのディスプレイデバイスを使った全階調数は高々７６６であり、２10にも及ばず、実現できる階調数を飛躍的に増加させることができないのである。
【０００８】
本発明は、以上のような技術的課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、ＬＣＤ表面にフィルタ等の光学的処理を施すことなく、また、現行のＬＣＤにおけるＸドライバのビット数(例えば８ビット)を増やすことなく、ＬＣＤディスプレイにおいて表示できる階調数を増大させることにある。
また他の目的は、階調数を増大させる場合であっても、Ｘドライバのガンマ特性に特別な変更を加える必要がなく、現行のＸドライバを各サブピクセルにて共通して使用することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる目的のもと、本発明は、１画素(ピクセル)を複数のサブピクセルから構成し、ＬＣＤドライバ(Ｘドライバ)によるガンマ特性はこの各サブピクセルにて共通である現行のＬＣＤドライバを用いた状態にて、各サブピクセルに対して異なったガンマ特性を与えて超多階調のグレイスケールの画像を表示するものである。即ち、本発明は、１画素を複数のサブピクセルにて表現した画像データを入力し、所定のビット数で駆動される液晶ドライバを介して液晶セルに画像を表示する液晶表示装置であって、このビット数によって等間隔に並べられるガンマ特性の階調座標を、非等間隔の階調座標に変換するためのオフセット量に関する情報が格納されたメモリと、このメモリに格納されたオフセット量に関する情報に基づいて、入力された特定のサブピクセルのデータに対して演算を施す階調調整部と、この階調調整部によって演算されたサブピクセルのデータに対し、擬似階調拡張を施す擬似階調拡張部とを備え、この擬似階調拡張部により擬似階調拡張が施されたサブピクセルのデータを液晶ドライバに供給して、液晶セルに画像を表示することを特徴としている。
【００１０】
ここで、このメモリは、ガンマ特性の変換を施すべきサブピクセル毎に、希望のガンマ特性として各階調レベルに対して加減算するオフセット値を参照テーブルとして格納することを特徴とすることができ、また、この参照テーブルに格納されるオフセット値は、液晶ドライバのビット数より多ビットである高密度な階調で表現される値であることを特徴とすることができる。更に、この擬似階調拡張部は、液晶ドライバのビット数より多ビットである階調調整部によって変換されたサブピクセルデータを、多ビット等価の液晶ドライバのビット数データに変換することを特徴とすることができる。これらの構成によれば、現行のＴＦＴに対する大幅な変更を施すことなく、超多階調の画像を表示することが可能となる。
【００１１】
他の観点から把えると、本発明のモノクローム液晶表示装置は、入力された複数のサブピクセルにて１画素が表現されるモノクロームデータから複数のサブピクセル毎に設定された階調を出力するコントローラと、モノクローム画像を表示する液晶セルと、このコントローラから出力された複数のサブピクセルの有する階調に基づいて液晶セルに対して電圧を供給すると共に、特定の階調に対する液晶透過率を複数のサブピクセルの間で変更することなく液晶セルに対して電圧を供給する液晶ドライバとを備え、このコントローラは、特定のサブピクセルに対し、どの中間階調の輝度レベルも、その整数倍が他のサブピクセルの如何なる中間階調の輝度レベルとも一致しない特性を想定し、この特性から所望の輝度を実現する階調を選定することを特徴としている。
【００１２】
ここで、このコントローラは、前提となるガンマ特性において等間隔に並ぶ階調座標の間を埋める階調を用いて複数のサブピクセルにおける階調を出力することを特徴とすることができ、また、複数のサブピクセルの中で特定のサブピクセルについては前提となるガンマ特性を用いて階調を出力し、他のサブピクセルについて異なったガンマ特性に基づく階調を出力することを特徴とすることができる。これらの構成によれば、ＬＣＤドライバに特別な変更を加えることなく、超多階調のグレイスケールからなるモノクローム画像を表示することが可能となる。
【００１３】
尚、これらの液晶表示装置、モノクローム液晶表示装置としては、例えば、液晶表示モニタとしてパーソナルコンピュータ(ＰＣ)等と独立した筐体となる場合の他、ノート型ＰＣのようにＰＣと同一の筐体にて構成される態様も考えられる。また、サブピクセルの数や並びについては任意であり、また、どのサブピクセルに対して異なったガンマ特性を与えるかも任意である。更に、１画素を複数のサブピクセルにて表現した画像データの生成は、液晶表示装置内で行なわれる場合の他、ＰＣ/ＷＳ(ワークステーション)等のシステム装置にて生成される態様がある。これらの考え方は、他の発明でも同様に適用できる。
【００１４】
一方、本発明は、１画素を複数のサブピクセルにて表現した画像データを入力し、液晶セルに電圧を供給する液晶ドライバに対してサブピクセル毎の画像データを供給するコントローラであって、液晶ドライバのビット数によって等間隔に並べられるガンマ特性の階調座標を、非等間隔の階調座標に変換するためのオフセット量に関する情報が格納されたメモリと、このメモリに格納されたオフセット量に関する情報に基づいて、特定のサブピクセルのデータに対して演算を施す階調調整部と、この階調調整部によって調整されたサブピクセルのデータに対し、擬似階調拡張を施す擬似階調拡張部とを備えたことを特徴としている。このコントローラとしては、インターフェイスボードとして供給される場合の他、ＬＳＩとして各機能が含まれる場合がある。また、液晶モジュールの中に組み込まれる態様も考えられる。
【００１５】
本発明をカテゴリーを変えて把握すると、本発明は、入力された画像データに基づいて、液晶ドライバから電圧を供給して液晶セルに画像を表示するための画像変換方法であって、画像データの１画素を更に複数のサブピクセルにて表現したサブピクセルデータを入力するステップと、この複数のサブピクセル毎に異なったガンマ特性を適用するために、このサブピクセルデータを液晶ドライバにおけるビット数にて表現できる階調よりも高密度の階調から所望の輝度を実現する適切な階調に置き換えるステップとを含むことを特徴としている。更に、この適切な階調に置き換えられたサブピクセルデータを、擬似的に液晶ドライバにおけるビット数のデータに変換するステップとを含むことを特徴とすることができる。また、この適切な階調に置き換えるステップは、液晶ドライバにおけるビット数にて設定される基準となるガンマ特性の各階調を埋める階調を用いて適切な階調に置き換えることを特徴とすることができる。これらの構成によれば、液晶ドライバのビット数を拡張することなく、多ビット等価のサブピクセル画像を表示することができ、画像を超多階調で表現することが可能となる。
【００１６】
他の観点から把えると、本発明が適用された画像変換方法は、それぞれＮビットからなる複数のサブピクセル画像データを入力し、Ｎビット対応の第１のガンマ特性をＭビット(Ｍ＞Ｎ)相当で微調整した第２のガンマ特性を想定し、複数のサブピクセル画像データの中から特定のサブピクセル画像データに対し、この第２のガンマ特性に基づく所望の輝度を実現する適切な階調を選んで元の階調と置き換え、この置き換えられた階調を特定のサブピクセル画像データの出力値とすることを特徴とすることができる。尚、第３のガンマ特性を想定することを妨げるものではない。
【００１７】
また、本発明は、１画素を複数のサブピクセルに分割して多階調のモノクローム画像を表示する画像表示方法であって、サブピクセルの中間階調の輝度レベルに対し、その整数倍が他のサブピクセルにおける如何なる中間階調の輝度レベルとも一致することがないようなサブピクセルのガンマ特性を想定し、想定されたガンマ特性に基づいて所望の輝度を実現する適切な階調を選定し、選定された適切な階調に基づいてモノクローム画像を表示することを特徴としている。
ここで、想定されるサブピクセルのガンマ特性は、液晶ドライバのビット数に基づいて設定される基準ガンマ特性の等間隔に並ぶ階調の間に、より高密度の階調の中から所望の輝度を実現する適切な階調を選んで元の階調と置き換えて設定されることを特徴とすることができる。更に、この複数のサブピクセルのうち、１つのサブピクセルについては基準ガンマ特性に基づいて表示され、他のサブピクセルについては、より高密度の階調の中から所望の輝度を実現する適切な階調を選んで元の階調と置き換えたガンマ特性に基づいて表示されることを特徴とすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
◎ 実施の形態１
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１は、本実施の形態における液晶表示装置の全体構成を説明するための説明図である。符号１０は液晶表示パネルとしての液晶表示モニタ(ＬＣＤモニタ)であり、例えば薄膜トランジスタ(ＴＦＴ)構造を有する液晶モジュール３０と、ＰＣまたはＷＳシステムからのデジタルインターフェイスまたはアナログインターフェイスと接続され液晶モジュール３０にビデオ信号を供給するインターフェイス(Ｉ/Ｆ)ボード２０とを備えている。ノートブックＰＣの場合にはこの液晶表示モニタ１０にシステム部(図示せず)が付加されて一つの筐体を形成している。
【００１９】
このＩ/Ｆボード２０は、入力ビデオ信号に対して各種調整を実行するための論理回路を搭載したＡＳＩＣ２１、このＡＳＩＣ２１の動きに必要な各種情報が格納されたメモリ２２、Ｉ/Ｆボード２０をコントロールするマイクロプロセッサ２３を有している。尚、これらの機能を、液晶モジュール３０内の液晶セルコントロール回路(後述)に設けるように構成することも可能である。
【００２０】
液晶モジュール３０は、大きく分けて、液晶セルコントロール回路３１、液晶セル３２、バックライト３３の３つのブロックから構成されている。この液晶セルコントロール回路３１は、パネルドライバとして、ＬＣＤコントローラＬＳＩ３４、Ｘドライバ(ソースドライバ)３５、Ｙドライバ(ゲートドライバ)３６の各コンポーネントから構成されている。このＸドライバ３５およびＹドライバ３６は複数のＩＣによって構成されており、ＬＣＤコントローラＬＳＩ３４は、Ｉ/Ｆボード２０からビデオインターフェイスを介して受け取った信号を処理し、Ｘドライバ３５およびＹドライバ３６の各ＩＣに供給すべき信号を必要なタイミングにて出力している。また、液晶セル３２は、Ｘドライバ３５およびＹドライバ３６から電圧を受け、マトリックス上に並んだＴＦＴ配列により画像を出力している。また、バックライト３３は、インバータ電源により点灯される蛍光管(図示せず)を備えており、液晶セル３２の背面または側面に配置されて背面から光を照射するように構成されている。尚、バックライト３３はいわゆる透過型液晶モジュールにて用いられ、反射型液晶モジュールの場合は外光を反射させて光源として使用するので、通常、バックライトは備えられていない。
【００２１】
ここで、ＴＦＴからなる液晶セル３２は、通常は、カラー用としてＲＧＢのカラーフィルタが設けられている。このカラーフィルタは、ストライプ配列やモザイク配列、デルタ(トライアングル)配列等にてＲＧＢが配列(配置)され、各ＲＧＢに対応したＴＦＴ画素をサブピクセルとして、３つのサブピクセルにて空間変調することにより１つのピクセル(画素)を表現している。しかしながら、本実施の形態では、液晶セル３２からこれらのカラーフィルタを取り除き、モノクロームのＴＦＴ−ＬＣＤモニタを構成している。
【００２２】
図２は、本実施の形態の特徴点を説明するための機能ブロック図である。ＡＳＩＣ２１は、階調調整部４１とディザ(Dither)/ＦＲＣ(フレームレートコントロール)等のグレイスケール拡張(Gray Scale expansion)を行う擬似階調拡張部４２とを備えている。また、メモリ２２は、基準となる第２サブピクセルに対して、第１サブピクセルのオフセット量を格納する第１オフセットテーブル４３と、第３サブピクセルのオフセット量を格納する第３オフセットテーブル４４とを格納している。
【００２３】
階調調整部４１は、ＰＣまたはＷＳのシステムから、第１サブピクセル、第２サブピクセル、第３サブピクセルのそれぞれに対応して、８ビットからなるグレイレベルであるサブピクセルデータを受け取る。そして、サブピクセルデータを受け取った階調調整部４１は、メモリ２２が有する第１オフセットテーブル４３および第３オフセットテーブル４４を参照しながら、第１サブピクセルおよび第３サブピクセルに対して１０ビット精度のオフセットをかけている。即ち、メモリ２２には、希望のガンマ(Gamma：γ)特性として、各階調レベルに対して加減算するオフセット値を各サブピクセル毎に参照テーブルとして格納してある。この第１オフセットテーブル４３および第３オフセットテーブル４４は、後述するように、第１サブピクセルおよび第３サブピクセルのガンマ曲線(Gamma Curve)が、第２サブピクセルのガンマ曲線と異なる所望の指数曲線(Exponential Curve)にフィットするように、その値が最適化されている。
【００２４】
擬似階調拡張部４２では、オフセット後の１０ビットサブピクセルデータに対してディザやＦＲＣをかけることによって多ビット等価の拡張８ビットデータに変換し、より低ビット(８ビット)のパネルドライバ(液晶セルコントロール回路３１)に転送することを可能としている。即ち、液晶モジュール３０へは、図２に示すように各サブピクセル毎に調整されたガンマ特性に基づく調整データが、拡張８ビットサブピクセルデータとして出力される。
【００２５】
次に、上述の構成にて行なわれる階調数を増大させる方式について、具体的に説明する。
図３は、本実施の形態におけるサブピクセルの構成例を示した図である。本実施の形態では、ＴＦＴ ＬＣＤである液晶セル３２の１画素(１ピクセル)を複数のサブピクセル(Sub-pixel)で表現できるように構成されている。例えば、図に示すように３つのサブピクセルの場合は、それぞれ独立にＬＣＤのＸドライバ３５で駆動される。各サブピクセルに対するＸドライバ３５のガンマ特性の設定は、共通で構わない。１画素を構成するサブピクセルの数、およびどのようなサブピクセルの並びで１画素を構成するかは任意である。例えば、図に示すように、４つのサブピクセルにて１つの画素を構成することも可能である。この場合は、Ｘドライバ３５およびＹドライバ３６によって４サブピクセルが駆動され、所謂デュアルスキャンがなされる。
【００２６】
図４は、それぞれのサブピクセルにおけるガンマ特性を示した図である。ここでは、１画素を構成するサブピクセル(ｐ1,ｐ2,ｐ3,…,ｐn)に関し、以下、簡単のためにｎ＝３とし、各サブピクセルは８ビット対応のＸドライバ３５で駆動されるものとする。本実施の形態では、図４に示すようにサブピクセルを配列し、同図のようにガンマ特性を設定する。ここでは、第１サブピクセルに対してガンマ曲線１が、第２サブピクセルに対してガンマ曲線２が、第３ピクセルに対してガンマ曲線３が、それぞれ対応している。各サブピクセルの取る２５６通りの階調の輝度レベルは、互いに異なったガンマ特性(ガンマ曲線)によるため、どのサブピクセルのどの階調(１−２５５)の輝度レベルも、その整数倍がいかなるサブピクセルのいかなる階調(１−２５５)の輝度レベルとも一致することがないようにできる。言い換えれば、ガンマ曲線が指数カーブ(Exponential Curve)によくフィットしていれば良い。
【００２７】
図４に示す式▲１▼および式▲２▼は、この関係を説明するための式である。式▲１▼では、ガンマ特性１の特定階調(Ｎ)をｎ倍したものが特定のガンマ特性(ガンマ特性ｋ)のｘ階調と等しいとしている。式▲２▼は、式▲１▼を解いたものである。この式▲２▼にて明らかなように、式▲２▼の右辺は無理数の関数であることから、階調ｘは決して整数とはならない。即ち、本来の(正確な)ガンマ特性に近づけるようにして各ガンマ特性を決定すれば、特定のサブピクセルにおけるどの中間階調の輝度レベルも、その整数倍がいかなるサブピクセルのいかなる中間階調の輝度レベルとも一致することがないように設定できるのである。
【００２８】
この関係を更に考察する。ここで、１画素の輝度レベルを夫々構成するサブピクセルの階調を、数字の順列(Ｎ１,Ｎ２,Ｎ３)で表わすことにすると、図４から容易に理解できるように、
(１,０,０) ≠ (０,１,０) ≠ (０,０,１) ≠ (１,０,０) ……▲３▼
(２,０,０) ≠ (０,１,１) ……▲４▼
等々となる。特に、式▲３▼の示す意味である、「階調が同じでもサブピクセルによってその輝度が異なるため、サブピクセルの階調を示す数字の座標が違えば、１画素の輝度は異なる。」ことは、サブピクセル毎に異なるガンマ特性を与えたことによるものであって、特に重要である。
以上により、上記条件における１画素の表示可能な階調数は、Ｘドライバ３５のビット数を上げることなく、現行８ビットのＸドライバ３５を想定し、１画素をｎ個のサブピクセルで構成したとすると、
(２8)n ……▲５▼
の階調レベルを実現できる。ｎ＝３とすれば、約１６Ｍの階調を表現することが可能となる。
【００２９】
図５(ａ)、(ｂ)は、本実施の形態における階調間隔の変換によるガンマ特性の調整方法を説明するための説明図である。階調と対応する輝度の関係は、図５(ａ)のようになるが、横軸は等間隔で並ぶ階調を示している。この各階調に対応する輝度を変えることがガンマ曲線を調整することになるが、前述のように、ドライバの制限からＸドライバ３５側で各サブピクセル毎にリファレンス電圧設定を変えることができない。Ｘドライバ３５側で各々のガンマ特性を変えようとすると、ドライバに対して特別な変更を施す必要があり現実的ではない。
【００３０】
そこで、本実施の形態では、図５(ｂ)に示すように、各サブピクセルのガンマ曲線において、等間隔で並ぶ階調座標を、その階調に対応する輝度と異なった所望の輝度に対応する非等間隔の階調座標に変換するように構成した。即ち、２５６個(８ビットの場合)の等間隔に並ぶ階調座標の間に存在する、より高密度の階調(例えば１０ビット、１０２４階調)の中から、所望の輝度を実現する適切な階調を選んで、元の階調と置き換えている。
【００３１】
オリジナルのガンマ特性は、前述したように液晶モジュール３０のＸドライバ３５により決定される。本実施の形態では、３つのサブピクセルの中心である第２サブピクセルに対してこのＸドライバ３５により決定されるガンマ特性を適用し、第１サブピクセルおよび第３サブピクセルに対して、このオリジナルのガンマ曲線に更に調整をかけることによって、任意のガンマ特性を設定できるようにした。即ち、階調間隔を元の間隔の１/４にし、元の階調レベルを１/４階調きざみで変更できるように構成している。このことにより、階調レベルｎに対応していた輝度Ｌ(ｎ)を、Ｌ(ｎ−０.７５),Ｌ(ｎ−０.５), Ｌ(ｎ−０.２５),Ｌ(ｎ＋０.２５),Ｌ(ｎ＋０.５),Ｌ(ｎ＋０.７５)に変更できるようになり、２５６個各々の階調(８ビットサブピクセルデータの場合)と、対応する各サブピクセルの輝度との関係を表わすガンマ曲線が見かけ上調整されることになる。例えば、Ｌ(ｎ＋０.２５)を選択すると、階調レベルｎに対応する輝度がＬ(ｎ)からＬ(ｎ＋０.２５)に変えることが可能である。
【００３２】
図６は、図２で説明したメモリ２２に格納されている第１オフセットテーブル４３と第３オフセットテーブル４４の内容を示した図である。希望のガンマ特性として、各階調レベルに対して加減算するオフセット値を、各サブピクセル毎に参照テーブルとして保持しておく。本実施の形態において、実際の階調レベルの調整は、上述の８ビットサブピクセルデータの場合、入力された８ビットサブピクセルデータ(各サブピクセルの階調レベル)に１０ビット精度のオフセットをかけることで実現される。即ち、０.２５から０.７５まで、０.２５きざみの加減算を行なっており、図６に示す各オフセットテーブルを参照して、図２に示す階調調整部４１によってこの加減算が実行される。図６の例で示す−２.××、−４.××等は、入力データが８ビットの場合、８ビットより大きな(例えば１０ビット)精度で与えられたオフセット量であり、図６では２５６階調の中から最低階調を含めて９点を抽出している。但し、何点を抽出するかは任意に決定できる事項である。
【００３３】
この計算結果は、１０ビットのサブピクセルデータであり、８ビットの液晶モジュール３０のＸドライバ３５に転送する際、前述したように、擬似階調拡張部４２にてディザ/ＦＲＣ等の擬似階調拡張によって１０ビット等価の８ビットデータに変換される。
尚、上述では１/４階調きざみを例にとって説明したが、１/８階調きざみとしても良い。この場合には、１０ビットのところが１１ビットとなり、きざみも０.２５から０.１２５となる。
【００３４】
このように本実施の形態では、液晶モジュール３０のＸドライバ３５による設定とは独立して、各サブピクセルに対して異なったガンマ特性を与えている。即ち、Ｘドライバ３５によるガンマ特性は各サブピクセルで共通したものとして使用でき、更に、この複数のサブピクセルでは、各階調の間を埋める階調を用いてガンマ特性をばらかせるように構成されている。その結果、Ｘドライバ３５のガンマ特性は共通のものを用いても、どのサブピクセルのどの中間階調の輝度レベルも、その整数倍がいかなるサブピクセルのいかなる中間階調の輝度レベルとも一致することがないように構成することが可能である。このように制御される複数のサブピクセルを用いて１画素を構成すれば、階調レベルを飛躍的に増大させることが可能となる。また、本方式は、Ｉ/Ｆボード２０等のコントロールＬＳＩの中に実装することで達成でき、液晶セル３２の表面にフィルタ等の光学的処理を施すことなく、また、Ｘドライバ３５等のＬＣＤドライバに特別な変更を加えることがない。そのために、コストへのインパクトを少なくして多階調を実現したＬＣＤを提供することが可能となる。
【００３５】
◎ 実施の形態２
実施の形態１では、モノクロームのＴＦＴ−ＬＣＤモニタを例にとって、その階調数を増大させる場合について説明した。
本実施の形態では、カラーＬＣＤパネルにおいて本方式を応用し、色数を飛躍的に増大させる例について説明する。
尚、実施の形態１と同様の構成については同様の符号を用いて説明し、ここでは、その詳細な説明を省略する。
【００３６】
図７は、実施の形態２における特徴点を説明するための機能ブロック図である。本実施の形態では、１画素を構成するＲ,Ｇ,Ｂの各サブピクセルを、更に各々２つのサブピクセルに分けて考え、分けられた２つのサブピクセルに対して、各々異なったガンマ曲線を当てはめるものである。実施の形態１では、メモリ２２に第１オフセットテーブル４３と第３オフセットテーブル４４とを設けたが、本実施の形態では、このメモリ２２に、Ｒオフセットテーブル５１、Ｇオフセットテーブル５２、Ｂオフセットテーブル５３を設け、階調調整部４１に設けられたＲ階調調整部５５、Ｇ階調調整部５６、Ｂ階調調整部５７によってオフセットを施すように構成されている。このＲオフセットテーブル５１、Ｇオフセットテーブル５２、Ｂオフセットテーブル５３は、ＲＧＢの各ガンマ特性に対して１０ビット精度のオフセット値が格納されている。Ｒ階調調整部５５、Ｇ階調調整部５６、Ｂ階調調整部５７は、各オフセットテーブル(５１〜５３)のオフセット値を参照して１０ビットのサブピクセルデータ(サブピクセルの階調レベル)を計算する。この計算値を液晶モジュール３０に転送する際に、擬似階調拡張部４２によって１０ビット等価の８ビットデータに変換され、液晶モジュール３０へ転送される。尚、本実施の形態で用いられる液晶セル３２には、ＲＧＢのカラーフィルタ(図示せず)が設けられている。
【００３７】
上述のような構成により、この実施の形態２では、Ｒ,Ｇ,Ｂの各サブピクセルから更に分割された各２つのサブピクセルにおいて、ガンマ特性を異ならせることが可能である。即ち、実施の形態１と同様に、Ｘドライバ３５のガンマ特性は共通のものを用いても、各色における２つのサブピクセルにおけるどの中間階調の輝度レベルも、その整数倍が２つのサブピクセルにおけるいかなる中間階調の輝度レベルとも一致することがない。その結果、各色において、階調を増大させることが可能であり、色数を大きく増やすことが可能となる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ドライバのビット数を増やすことなく、多階調の画像を表示することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施の形態における液晶表示装置の全体構成を説明するための説明図である。
【図２】 本実施の形態の特徴点を説明するための機能ブロック図である。
【図３】 本実施の形態におけるサブピクセルの構成例を示した図である。
【図４】 それぞれのサブピクセルにおけるガンマ特性を示した図である。
【図５】 (ａ)、(ｂ)は、本実施の形態における階調間隔の変換によるガンマ特性の調整方法を説明するための説明図である。
【図６】 図２で説明したメモリ２２に格納されている第１オフセットテーブル４３と第３オフセットテーブル４４の内容を示した図である。
【図７】 実施の形態２における特徴点を説明するための機能ブロック図である。
【符号の説明】
１０…液晶表示モニタ(ＬＣＤモニタ)、２０…インターフェイス(Ｉ/Ｆ)ボード、２１…ＡＳＩＣ、２２…メモリ、２３…マイクロプロセッサ、３０…液晶モジュール、３１…液晶セルコントロール回路、３２…液晶セル、３３…バックライト、３４…ＬＣＤコントローラＬＳＩ、３５…Ｘドライバ(ソースドライバ)、３６…Ｙドライバ(ゲートドライバ)、４１…階調調整部、４２…擬似階調拡張部、４３…第１オフセットテーブル、４４…第３オフセットテーブル、５１…Ｒオフセットテーブル、５２…Ｇオフセットテーブル、５３…Ｂオフセットテーブル、５５…Ｒ階調調整部、５６…Ｇ階調調整部、５７…Ｂ階調調整部
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶ディスプレイ(ＬＣＤ)の表示方式に関し、より詳しくは、ＬＣＤにおける階調数を拡張する方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶ディスプレイ(ＬＣＤ)と言うと、昨今ではすぐにカラー表示が想像される。実際に、ＬＣＤモニタなどに使われるＬＣＤモジュールでは、赤(Ｒ)、緑(Ｇ)、青(Ｂ)をそれぞれ８ビットデータで表現する、いわゆる８ビットカラーのソースドライバを用いたものが普及している。これによれば、１色につき、２8＝２５６段階の階調表現ができ、Ｒ、Ｇ、Ｂ全体では、(２8)3＝１６Ｍ(約１６００万)通りもの色を表現することが可能である。
【０００３】
一方、ディスプレイの用途には、必ずしもカラー表示が必要とされるものばかりではない。モノクローム(Monochrome)でも構わない場合や、モノクロームの方が良い場合もあり、より高精細で、かつより多くの階調を表現させたいという要求もある。いわゆるレントゲン等に用いられる医療用映像向けの表示装置がその代表的な例である。これらの特殊用途向けには、従来から、高精細でかつ多階調のモノクローム表示が可能なＣＲＴモニタが用いられている。一般に、これらのモノクロームのＣＲＴモニタを用いた場合には、ホストシステムのグラフィックスアダプタから１２ビット/データ、即ち、２12の階調表現ができるデータが送り出されるものも存在しており、ＬＣＤディスプレイ側としても、それだけの階調表現ができる必要がある。
【０００４】
ＬＣＤモジュール/モニタのメーカにとって、このモノクロームモニタの市場は非常に魅力的である。特に昨今では、ＬＣＤモニタにて、ＱＸＧＡ(Quad Extended Graphics Array)(2048×1536ドット)やＱＵＸＧＡ(Quad Ultra Extended Graphics Array)(3200×2400ドット)などの、いわゆる超高精細化が可能となり、画素ピッチにおいてＣＲＴの限界を超えたものも存在している。例えば、２０.８インチのＱＸＧＡからなるＬＣＤモニタを例にとると、その画素ピッチは、
横列：（４/５）・２０.８・２５.４/２０４８＝０.２０６３７
縦列：（３/５）・２０.８・２５.４/１５３６＝０.２０６３７
で、縦横ともに約２０６μｍ となる。これは、文字表示としては人間の目には細かすぎる(文字表示としては画素ピッチで約３００μｍ前後が良いとされている)が、グラフィックス表示としてはちょうど良い値である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、高精細化の点ではＬＣＤモニタでも全く問題はない。しかしながら、表現できる階調数には大きな問題がある。例えば、モノクロームのＴＦＴにおいて表現可能な階調レベル数は、ＬＣＤモニタのＸドライバ(Ｄ/Ａコンバータ)における変換ビット数に依存しており、８ビットのＤ/Ａコンバータであれば２５６階調しか表現できず、自然画における滑らかな階調変化は必ずしも実現することができない。特に、前述した医療用映像等(レントゲン等)の正確なグレイスケール(True Gray Scale)が要求されるアプリケーションには、不十分である。
【０００６】
ここで、一般に用いられるカラーＴＦＴ(Thin Film Transistor)ＬＣＤパネルなどから、単にカラーフィルタを取り除く(例えばカラーフィルタ生成プロセスを省略する)ことによってモノクローム化するといった場合を考える。この場合には、元々のＲ、Ｇ、Ｂに対応する３ピクセル分をモノクロームの１ピクセルとみなし、各サブピクセルの階調の組み合わせによって１画素の表現できる階調数を増やすことができる。８ビットカラーからモノクローム化した場合、これら３サブピクセルの階調値が、(ｍ，ｍ，ｍ)から(ｍ+１，ｍ+１，ｍ+１)まで(但し、０≦ｍ≦２8−１)増加する間に、(ｍ，ｍ，ｍ+１)から(ｍ，ｍ+１，ｍ+１)の２通りの輝度レベルを採り得る。このとき、(ｍ，ｍ，ｍ+１)、(ｍ，ｍ+１，ｍ)、(ｍ+１，ｍ，ｍ)は同じ輝度レベルとみなされ、区別することができない。(ｍ，ｍ+１，ｍ+１)、(ｍ+１，ｍ，ｍ+１)、(ｍ+１，ｍ+１，ｍ)も同様である。よって、表現できる階調数は３・(２8)−２＝７６６となる。
【０００７】
上述の内容を更に詳述する。ＬＣＤのＸドライバが設定する各サブピクセルのガンマ特性(γ特性：印加電圧(階調レベル)vs.液晶透過率(輝度))は、Ｄ/ＡコンバータであるＸドライバに対するリファレンス電圧(Reference Voltage)を変えることによって変更できるが、このＸドライバによるガンマ特性はドライバの制限によって各サブピクセル毎に変更することができない。そのために、各サブピクセルのガンマ特性は同一となる。このとき、それぞれＲ、Ｇ、Ｂと呼ばれていた部分の輝度がそれぞれＮであるとすると、Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれの階調は、０、Ｎ/２５５、２Ｎ/２５５、．．．．．．．、２５５Ｎ/２５５と表現でき、ＲとＧとＢの組み合わせで、０、Ｎ/２５５、２Ｎ/２５５、・・・・・・、７６５Ｎ/２５５の階調で表現できる。このようにカラーＬＣＤパネルに対してカラーフィルタを取り除き、１画素を３つのサブピクセルで表現してモノクローム化する場合であっても、８ビット/カラーのディスプレイデバイスを使った全階調数は高々７６６であり、２10にも及ばず、実現できる階調数を飛躍的に増加させることができないのである。
【０００８】
本発明は、以上のような技術的課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、ＬＣＤ表面にフィルタ等の光学的処理を施すことなく、また、現行のＬＣＤにおけるＸドライバのビット数(例えば８ビット)を増やすことなく、ＬＣＤディスプレイにおいて表示できる階調数を増大させることにある。
また他の目的は、階調数を増大させる場合であっても、Ｘドライバのガンマ特性に特別な変更を加える必要がなく、現行のＸドライバを各サブピクセルにて共通して使用することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる目的のもと、本発明は、１画素(ピクセル)を複数のサブピクセルから構成し、ＬＣＤドライバ(Ｘドライバ)によるガンマ特性はこの各サブピクセルにて共通である現行のＬＣＤドライバを用いた状態にて、各サブピクセルに対して異なったガンマ特性を与えて超多階調のグレイスケールの画像を表示するものである。即ち、本発明は、１画素を複数のサブピクセルにて表現した画像データを入力し、所定のビット数で駆動される液晶ドライバを介して液晶セルに画像を表示する液晶表示装置であって、このビット数によって等間隔に並べられるガンマ特性の階調座標を、非等間隔の階調座標に変換するためのオフセット量に関する情報が格納されたメモリと、このメモリに格納されたオフセット量に関する情報に基づいて、入力された特定のサブピクセルのデータに対して演算を施す階調調整部と、この階調調整部によって演算されたサブピクセルのデータに対し、擬似階調拡張を施す擬似階調拡張部とを備え、この擬似階調拡張部により擬似階調拡張が施されたサブピクセルのデータを液晶ドライバに供給して、液晶セルに画像を表示することを特徴としている。
【００１０】
ここで、このメモリは、ガンマ特性の変換を施すべきサブピクセル毎に、希望のガンマ特性として各階調レベルに対して加減算するオフセット値を参照テーブルとして格納することを特徴とすることができ、また、この参照テーブルに格納されるオフセット値は、液晶ドライバのビット数より多ビットである高密度な階調で表現される値であることを特徴とすることができる。更に、この擬似階調拡張部は、液晶ドライバのビット数より多ビットである階調調整部によって変換されたサブピクセルデータを、多ビット等価の液晶ドライバのビット数データに変換することを特徴とすることができる。これらの構成によれば、現行のＴＦＴに対する大幅な変更を施すことなく、超多階調の画像を表示することが可能となる。
【００１１】
他の観点から把えると、本発明のモノクローム液晶表示装置は、入力された複数のサブピクセルにて１画素が表現されるモノクロームデータから複数のサブピクセル毎に設定された階調を出力するコントローラと、モノクローム画像を表示する液晶セルと、このコントローラから出力された複数のサブピクセルの有する階調に基づいて液晶セルに対して電圧を供給すると共に、特定の階調に対する液晶透過率を複数のサブピクセルの間で変更することなく液晶セルに対して電圧を供給する液晶ドライバとを備え、このコントローラは、特定のサブピクセルに対し、どの中間階調の輝度レベルも、その整数倍が他のサブピクセルの如何なる中間階調の輝度レベルとも一致しない特性を想定し、この特性から所望の輝度を実現する階調を選定することを特徴としている。
【００１２】
ここで、このコントローラは、前提となるガンマ特性において等間隔に並ぶ階調座標の間を埋める階調を用いて複数のサブピクセルにおける階調を出力することを特徴とすることができ、また、複数のサブピクセルの中で特定のサブピクセルについては前提となるガンマ特性を用いて階調を出力し、他のサブピクセルについて異なったガンマ特性に基づく階調を出力することを特徴とすることができる。これらの構成によれば、ＬＣＤドライバに特別な変更を加えることなく、超多階調のグレイスケールからなるモノクローム画像を表示することが可能となる。
【００１３】
尚、これらの液晶表示装置、モノクローム液晶表示装置としては、例えば、液晶表示モニタとしてパーソナルコンピュータ(ＰＣ)等と独立した筐体となる場合の他、ノート型ＰＣのようにＰＣと同一の筐体にて構成される態様も考えられる。また、サブピクセルの数や並びについては任意であり、また、どのサブピクセルに対して異なったガンマ特性を与えるかも任意である。更に、１画素を複数のサブピクセルにて表現した画像データの生成は、液晶表示装置内で行なわれる場合の他、ＰＣ/ＷＳ(ワークステーション)等のシステム装置にて生成される態様がある。これらの考え方は、他の発明でも同様に適用できる。
【００１４】
一方、本発明は、１画素を複数のサブピクセルにて表現した画像データを入力し、液晶セルに電圧を供給する液晶ドライバに対してサブピクセル毎の画像データを供給するコントローラであって、液晶ドライバのビット数によって等間隔に並べられるガンマ特性の階調座標を、非等間隔の階調座標に変換するためのオフセット量に関する情報が格納されたメモリと、このメモリに格納されたオフセット量に関する情報に基づいて、特定のサブピクセルのデータに対して演算を施す階調調整部と、この階調調整部によって調整されたサブピクセルのデータに対し、擬似階調拡張を施す擬似階調拡張部とを備えたことを特徴としている。このコントローラとしては、インターフェイスボードとして供給される場合の他、ＬＳＩとして各機能が含まれる場合がある。また、液晶モジュールの中に組み込まれる態様も考えられる。
【００１５】
本発明をカテゴリーを変えて把握すると、本発明は、入力された画像データに基づいて、液晶ドライバから電圧を供給して液晶セルに画像を表示するための画像変換方法であって、画像データの１画素を更に複数のサブピクセルにて表現したサブピクセルデータを入力するステップと、この複数のサブピクセル毎に異なったガンマ特性を適用するために、このサブピクセルデータを液晶ドライバにおけるビット数にて表現できる階調よりも高密度の階調から所望の輝度を実現する適切な階調に置き換えるステップとを含むことを特徴としている。更に、この適切な階調に置き換えられたサブピクセルデータを、擬似的に液晶ドライバにおけるビット数のデータに変換するステップとを含むことを特徴とすることができる。また、この適切な階調に置き換えるステップは、液晶ドライバにおけるビット数にて設定される基準となるガンマ特性の各階調を埋める階調を用いて適切な階調に置き換えることを特徴とすることができる。これらの構成によれば、液晶ドライバのビット数を拡張することなく、多ビット等価のサブピクセル画像を表示することができ、画像を超多階調で表現することが可能となる。
【００１６】
他の観点から把えると、本発明が適用された画像変換方法は、それぞれＮビットからなる複数のサブピクセル画像データを入力し、Ｎビット対応の第１のガンマ特性をＭビット(Ｍ＞Ｎ)相当で微調整した第２のガンマ特性を想定し、複数のサブピクセル画像データの中から特定のサブピクセル画像データに対し、この第２のガンマ特性に基づく所望の輝度を実現する適切な階調を選んで元の階調と置き換え、この置き換えられた階調を特定のサブピクセル画像データの出力値とすることを特徴とすることができる。尚、第３のガンマ特性を想定することを妨げるものではない。
【００１７】
また、本発明は、１画素を複数のサブピクセルに分割して多階調のモノクローム画像を表示する画像表示方法であって、サブピクセルの中間階調の輝度レベルに対し、その整数倍が他のサブピクセルにおける如何なる中間階調の輝度レベルとも一致することがないようなサブピクセルのガンマ特性を想定し、想定されたガンマ特性に基づいて所望の輝度を実現する適切な階調を選定し、選定された適切な階調に基づいてモノクローム画像を表示することを特徴としている。
ここで、想定されるサブピクセルのガンマ特性は、液晶ドライバのビット数に基づいて設定される基準ガンマ特性の等間隔に並ぶ階調の間に、より高密度の階調の中から所望の輝度を実現する適切な階調を選んで元の階調と置き換えて設定されることを特徴とすることができる。更に、この複数のサブピクセルのうち、１つのサブピクセルについては基準ガンマ特性に基づいて表示され、他のサブピクセルについては、より高密度の階調の中から所望の輝度を実現する適切な階調を選んで元の階調と置き換えたガンマ特性に基づいて表示されることを特徴とすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
◎ 実施の形態１
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１は、本実施の形態における液晶表示装置の全体構成を説明するための説明図である。符号１０は液晶表示パネルとしての液晶表示モニタ(ＬＣＤモニタ)であり、例えば薄膜トランジスタ(ＴＦＴ)構造を有する液晶モジュール３０と、ＰＣまたはＷＳシステムからのデジタルインターフェイスまたはアナログインターフェイスと接続され液晶モジュール３０にビデオ信号を供給するインターフェイス(Ｉ/Ｆ)ボード２０とを備えている。ノートブックＰＣの場合にはこの液晶表示モニタ１０にシステム部(図示せず)が付加されて一つの筐体を形成している。
【００１９】
このＩ/Ｆボード２０は、入力ビデオ信号に対して各種調整を実行するための論理回路を搭載したＡＳＩＣ２１、このＡＳＩＣ２１の動きに必要な各種情報が格納されたメモリ２２、Ｉ/Ｆボード２０をコントロールするマイクロプロセッサ２３を有している。尚、これらの機能を、液晶モジュール３０内の液晶セルコントロール回路(後述)に設けるように構成することも可能である。
【００２０】
液晶モジュール３０は、大きく分けて、液晶セルコントロール回路３１、液晶セル３２、バックライト３３の３つのブロックから構成されている。この液晶セルコントロール回路３１は、パネルドライバとして、ＬＣＤコントローラＬＳＩ３４、Ｘドライバ(ソースドライバ)３５、Ｙドライバ(ゲートドライバ)３６の各コンポーネントから構成されている。このＸドライバ３５およびＹドライバ３６は複数のＩＣによって構成されており、ＬＣＤコントローラＬＳＩ３４は、Ｉ/Ｆボード２０からビデオインターフェイスを介して受け取った信号を処理し、Ｘドライバ３５およびＹドライバ３６の各ＩＣに供給すべき信号を必要なタイミングにて出力している。また、液晶セル３２は、Ｘドライバ３５およびＹドライバ３６から電圧を受け、マトリックス上に並んだＴＦＴ配列により画像を出力している。また、バックライト３３は、インバータ電源により点灯される蛍光管(図示せず)を備えており、液晶セル３２の背面または側面に配置されて背面から光を照射するように構成されている。尚、バックライト３３はいわゆる透過型液晶モジュールにて用いられ、反射型液晶モジュールの場合は外光を反射させて光源として使用するので、通常、バックライトは備えられていない。
【００２１】
ここで、ＴＦＴからなる液晶セル３２は、通常は、カラー用としてＲＧＢのカラーフィルタが設けられている。このカラーフィルタは、ストライプ配列やモザイク配列、デルタ(トライアングル)配列等にてＲＧＢが配列(配置)され、各ＲＧＢに対応したＴＦＴ画素をサブピクセルとして、３つのサブピクセルにて空間変調することにより１つのピクセル(画素)を表現している。しかしながら、本実施の形態では、液晶セル３２からこれらのカラーフィルタを取り除き、モノクロームのＴＦＴ−ＬＣＤモニタを構成している。
【００２２】
図２は、本実施の形態の特徴点を説明するための機能ブロック図である。ＡＳＩＣ２１は、階調調整部４１とディザ(Dither)/ＦＲＣ(フレームレートコントロール)等のグレイスケール拡張(Gray Scale expansion)を行う擬似階調拡張部４２とを備えている。また、メモリ２２は、基準となる第２サブピクセルに対して、第１サブピクセルのオフセット量を格納する第１オフセットテーブル４３と、第３サブピクセルのオフセット量を格納する第３オフセットテーブル４４とを格納している。
【００２３】
階調調整部４１は、ＰＣまたはＷＳのシステムから、第１サブピクセル、第２サブピクセル、第３サブピクセルのそれぞれに対応して、８ビットからなるグレイレベルであるサブピクセルデータを受け取る。そして、サブピクセルデータを受け取った階調調整部４１は、メモリ２２が有する第１オフセットテーブル４３および第３オフセットテーブル４４を参照しながら、第１サブピクセルおよび第３サブピクセルに対して１０ビット精度のオフセットをかけている。即ち、メモリ２２には、希望のガンマ(Gamma：γ)特性として、各階調レベルに対して加減算するオフセット値を各サブピクセル毎に参照テーブルとして格納してある。この第１オフセットテーブル４３および第３オフセットテーブル４４は、後述するように、第１サブピクセルおよび第３サブピクセルのガンマ曲線(Gamma Curve)が、第２サブピクセルのガンマ曲線と異なる所望の指数曲線(Exponential Curve)にフィットするように、その値が最適化されている。
【００２４】
擬似階調拡張部４２では、オフセット後の１０ビットサブピクセルデータに対してディザやＦＲＣをかけることによって多ビット等価の拡張８ビットデータに変換し、より低ビット(８ビット)のパネルドライバ(液晶セルコントロール回路３１)に転送することを可能としている。即ち、液晶モジュール３０へは、図２に示すように各サブピクセル毎に調整されたガンマ特性に基づく調整データが、拡張８ビットサブピクセルデータとして出力される。
【００２５】
次に、上述の構成にて行なわれる階調数を増大させる方式について、具体的に説明する。
図３は、本実施の形態におけるサブピクセルの構成例を示した図である。本実施の形態では、ＴＦＴ ＬＣＤである液晶セル３２の１画素(１ピクセル)を複数のサブピクセル(Sub-pixel)で表現できるように構成されている。例えば、図に示すように３つのサブピクセルの場合は、それぞれ独立にＬＣＤのＸドライバ３５で駆動される。各サブピクセルに対するＸドライバ３５のガンマ特性の設定は、共通で構わない。１画素を構成するサブピクセルの数、およびどのようなサブピクセルの並びで１画素を構成するかは任意である。例えば、図に示すように、４つのサブピクセルにて１つの画素を構成することも可能である。この場合は、Ｘドライバ３５およびＹドライバ３６によって４サブピクセルが駆動され、所謂デュアルスキャンがなされる。
【００２６】
図４は、それぞれのサブピクセルにおけるガンマ特性を示した図である。ここでは、１画素を構成するサブピクセル(ｐ1,ｐ2,ｐ3,…,ｐn)に関し、以下、簡単のためにｎ＝３とし、各サブピクセルは８ビット対応のＸドライバ３５で駆動されるものとする。本実施の形態では、図４に示すようにサブピクセルを配列し、同図のようにガンマ特性を設定する。ここでは、第１サブピクセルに対してガンマ曲線１が、第２サブピクセルに対してガンマ曲線２が、第３ピクセルに対してガンマ曲線３が、それぞれ対応している。各サブピクセルの取る２５６通りの階調の輝度レベルは、互いに異なったガンマ特性(ガンマ曲線)によるため、どのサブピクセルのどの階調(１−２５５)の輝度レベルも、その整数倍がいかなるサブピクセルのいかなる階調(１−２５５)の輝度レベルとも一致することがないようにできる。言い換えれば、ガンマ曲線が指数カーブ(Exponential Curve)によくフィットしていれば良い。
【００２７】
図４に示す式▲１▼および式▲２▼は、この関係を説明するための式である。式▲１▼では、ガンマ特性１の特定階調(Ｎ)をｎ倍したものが特定のガンマ特性(ガンマ特性ｋ)のｘ階調と等しいとしている。式▲２▼は、式▲１▼を解いたものである。この式▲２▼にて明らかなように、式▲２▼の右辺は無理数の関数であることから、階調ｘは決して整数とはならない。即ち、本来の(正確な)ガンマ特性に近づけるようにして各ガンマ特性を決定すれば、特定のサブピクセルにおけるどの中間階調の輝度レベルも、その整数倍がいかなるサブピクセルのいかなる中間階調の輝度レベルとも一致することがないように設定できるのである。
【００２８】
この関係を更に考察する。ここで、１画素の輝度レベルを夫々構成するサブピクセルの階調を、数字の順列(Ｎ１,Ｎ２,Ｎ３)で表わすことにすると、図４から容易に理解できるように、
(１,０,０) ≠ (０,１,０) ≠ (０,０,１) ≠ (１,０,０) ……▲３▼
(２,０,０) ≠ (０,１,１) ……▲４▼
等々となる。特に、式▲３▼の示す意味である、「階調が同じでもサブピクセルによってその輝度が異なるため、サブピクセルの階調を示す数字の座標が違えば、１画素の輝度は異なる。」ことは、サブピクセル毎に異なるガンマ特性を与えたことによるものであって、特に重要である。
以上により、上記条件における１画素の表示可能な階調数は、Ｘドライバ３５のビット数を上げることなく、現行８ビットのＸドライバ３５を想定し、１画素をｎ個のサブピクセルで構成したとすると、
(２8)n ……▲５▼
の階調レベルを実現できる。ｎ＝３とすれば、約１６Ｍの階調を表現することが可能となる。
【００２９】
図５(ａ)、(ｂ)は、本実施の形態における階調間隔の変換によるガンマ特性の調整方法を説明するための説明図である。階調と対応する輝度の関係は、図５(ａ)のようになるが、横軸は等間隔で並ぶ階調を示している。この各階調に対応する輝度を変えることがガンマ曲線を調整することになるが、前述のように、ドライバの制限からＸドライバ３５側で各サブピクセル毎にリファレンス電圧設定を変えることができない。Ｘドライバ３５側で各々のガンマ特性を変えようとすると、ドライバに対して特別な変更を施す必要があり現実的ではない。
【００３０】
そこで、本実施の形態では、図５(ｂ)に示すように、各サブピクセルのガンマ曲線において、等間隔で並ぶ階調座標を、その階調に対応する輝度と異なった所望の輝度に対応する非等間隔の階調座標に変換するように構成した。即ち、２５６個(８ビットの場合)の等間隔に並ぶ階調座標の間に存在する、より高密度の階調(例えば１０ビット、１０２４階調)の中から、所望の輝度を実現する適切な階調を選んで、元の階調と置き換えている。
【００３１】
オリジナルのガンマ特性は、前述したように液晶モジュール３０のＸドライバ３５により決定される。本実施の形態では、３つのサブピクセルの中心である第２サブピクセルに対してこのＸドライバ３５により決定されるガンマ特性を適用し、第１サブピクセルおよび第３サブピクセルに対して、このオリジナルのガンマ曲線に更に調整をかけることによって、任意のガンマ特性を設定できるようにした。即ち、階調間隔を元の間隔の１/４にし、元の階調レベルを１/４階調きざみで変更できるように構成している。このことにより、階調レベルｎに対応していた輝度Ｌ(ｎ)を、Ｌ(ｎ−０.７５),Ｌ(ｎ−０.５), Ｌ(ｎ−０.２５),Ｌ(ｎ＋０.２５),Ｌ(ｎ＋０.５),Ｌ(ｎ＋０.７５)に変更できるようになり、２５６個各々の階調(８ビットサブピクセルデータの場合)と、対応する各サブピクセルの輝度との関係を表わすガンマ曲線が見かけ上調整されることになる。例えば、Ｌ(ｎ＋０.２５)を選択すると、階調レベルｎに対応する輝度がＬ(ｎ)からＬ(ｎ＋０.２５)に変えることが可能である。
【００３２】
図６は、図２で説明したメモリ２２に格納されている第１オフセットテーブル４３と第３オフセットテーブル４４の内容を示した図である。希望のガンマ特性として、各階調レベルに対して加減算するオフセット値を、各サブピクセル毎に参照テーブルとして保持しておく。本実施の形態において、実際の階調レベルの調整は、上述の８ビットサブピクセルデータの場合、入力された８ビットサブピクセルデータ(各サブピクセルの階調レベル)に１０ビット精度のオフセットをかけることで実現される。即ち、０.２５から０.７５まで、０.２５きざみの加減算を行なっており、図６に示す各オフセットテーブルを参照して、図２に示す階調調整部４１によってこの加減算が実行される。図６の例で示す−２.××、−４.××等は、入力データが８ビットの場合、８ビットより大きな(例えば１０ビット)精度で与えられたオフセット量であり、図６では２５６階調の中から最低階調を含めて９点を抽出している。但し、何点を抽出するかは任意に決定できる事項である。
【００３３】
この計算結果は、１０ビットのサブピクセルデータであり、８ビットの液晶モジュール３０のＸドライバ３５に転送する際、前述したように、擬似階調拡張部４２にてディザ/ＦＲＣ等の擬似階調拡張によって１０ビット等価の８ビットデータに変換される。
尚、上述では１/４階調きざみを例にとって説明したが、１/８階調きざみとしても良い。この場合には、１０ビットのところが１１ビットとなり、きざみも０.２５から０.１２５となる。
【００３４】
このように本実施の形態では、液晶モジュール３０のＸドライバ３５による設定とは独立して、各サブピクセルに対して異なったガンマ特性を与えている。即ち、Ｘドライバ３５によるガンマ特性は各サブピクセルで共通したものとして使用でき、更に、この複数のサブピクセルでは、各階調の間を埋める階調を用いてガンマ特性をばらかせるように構成されている。その結果、Ｘドライバ３５のガンマ特性は共通のものを用いても、どのサブピクセルのどの中間階調の輝度レベルも、その整数倍がいかなるサブピクセルのいかなる中間階調の輝度レベルとも一致することがないように構成することが可能である。このように制御される複数のサブピクセルを用いて１画素を構成すれば、階調レベルを飛躍的に増大させることが可能となる。また、本方式は、Ｉ/Ｆボード２０等のコントロールＬＳＩの中に実装することで達成でき、液晶セル３２の表面にフィルタ等の光学的処理を施すことなく、また、Ｘドライバ３５等のＬＣＤドライバに特別な変更を加えることがない。そのために、コストへのインパクトを少なくして多階調を実現したＬＣＤを提供することが可能となる。
【００３５】
◎ 実施の形態２
実施の形態１では、モノクロームのＴＦＴ−ＬＣＤモニタを例にとって、その階調数を増大させる場合について説明した。
本実施の形態では、カラーＬＣＤパネルにおいて本方式を応用し、色数を飛躍的に増大させる例について説明する。
尚、実施の形態１と同様の構成については同様の符号を用いて説明し、ここでは、その詳細な説明を省略する。
【００３６】
図７は、実施の形態２における特徴点を説明するための機能ブロック図である。本実施の形態では、１画素を構成するＲ,Ｇ,Ｂの各サブピクセルを、更に各々２つのサブピクセルに分けて考え、分けられた２つのサブピクセルに対して、各々異なったガンマ曲線を当てはめるものである。実施の形態１では、メモリ２２に第１オフセットテーブル４３と第３オフセットテーブル４４とを設けたが、本実施の形態では、このメモリ２２に、Ｒオフセットテーブル５１、Ｇオフセットテーブル５２、Ｂオフセットテーブル５３を設け、階調調整部４１に設けられたＲ階調調整部５５、Ｇ階調調整部５６、Ｂ階調調整部５７によってオフセットを施すように構成されている。このＲオフセットテーブル５１、Ｇオフセットテーブル５２、Ｂオフセットテーブル５３は、ＲＧＢの各ガンマ特性に対して１０ビット精度のオフセット値が格納されている。Ｒ階調調整部５５、Ｇ階調調整部５６、Ｂ階調調整部５７は、各オフセットテーブル(５１〜５３)のオフセット値を参照して１０ビットのサブピクセルデータ(サブピクセルの階調レベル)を計算する。この計算値を液晶モジュール３０に転送する際に、擬似階調拡張部４２によって１０ビット等価の８ビットデータに変換され、液晶モジュール３０へ転送される。尚、本実施の形態で用いられる液晶セル３２には、ＲＧＢのカラーフィルタ(図示せず)が設けられている。
【００３７】
上述のような構成により、この実施の形態２では、Ｒ,Ｇ,Ｂの各サブピクセルから更に分割された各２つのサブピクセルにおいて、ガンマ特性を異ならせることが可能である。即ち、実施の形態１と同様に、Ｘドライバ３５のガンマ特性は共通のものを用いても、各色における２つのサブピクセルにおけるどの中間階調の輝度レベルも、その整数倍が２つのサブピクセルにおけるいかなる中間階調の輝度レベルとも一致することがない。その結果、各色において、階調を増大させることが可能であり、色数を大きく増やすことが可能となる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ドライバのビット数を増やすことなく、多階調の画像を表示することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施の形態における液晶表示装置の全体構成を説明するための説明図である。
【図２】 本実施の形態の特徴点を説明するための機能ブロック図である。
【図３】 本実施の形態におけるサブピクセルの構成例を示した図である。
【図４】 それぞれのサブピクセルにおけるガンマ特性を示した図である。
【図５】 (ａ)、(ｂ)は、本実施の形態における階調間隔の変換によるガンマ特性の調整方法を説明するための説明図である。
【図６】 図２で説明したメモリ２２に格納されている第１オフセットテーブル４３と第３オフセットテーブル４４の内容を示した図である。
【図７】 実施の形態２における特徴点を説明するための機能ブロック図である。
【符号の説明】
１０…液晶表示モニタ(ＬＣＤモニタ)、２０…インターフェイス(Ｉ/Ｆ)ボード、２１…ＡＳＩＣ、２２…メモリ、２３…マイクロプロセッサ、３０…液晶モジュール、３１…液晶セルコントロール回路、３２…液晶セル、３３…バックライト、３４…ＬＣＤコントローラＬＳＩ、３５…Ｘドライバ(ソースドライバ)、３６…Ｙドライバ(ゲートドライバ)、４１…階調調整部、４２…擬似階調拡張部、４３…第１オフセットテーブル、４４…第３オフセットテーブル、５１…Ｒオフセットテーブル、５２…Ｇオフセットテーブル、５３…Ｂオフセットテーブル、５５…Ｒ階調調整部、５６…Ｇ階調調整部、５７…Ｂ階調調整部
Claims (8)
- １画素を複数のサブピクセルから構成し、各サブピクセルに対して異なったガンマ特性を与えて多階調のグレイスケールの画像を表示する液晶表示装置において、１画素を複数のサブピクセルにて表現した画像データを入力し、所定のビット数で駆動される液晶ドライバを介して液晶セルに画像を表示する液晶表示装置であって、
前記所定のビット数によって等間隔に並べられるガンマ特性の階調座標を、非等間隔の階調座標に変換するためのオフセット量に関する情報が格納されたメモリと、
前記メモリに格納された前記オフセット量に関する情報に基づいて、入力された特定のサブピクセルのデータに対して演算を施し、前記液晶ドライバのビット数より多ビットのサブピクセルデータに変換する階調調整部と、
前記階調調整部によって変換された前記多ビットのサブピクセルデータに対し、当該多ビットのサブピクセルデータを等価の液晶ドライバのビット数データに変換する擬似階調拡張を施す擬似階調拡張部とを備え、
前記擬似階調拡張部により擬似階調拡張が施された前記サブピクセルのデータを前記液晶ドライバに供給して、前記液晶セルに画像を表示することを特徴とする液晶表示装置。 - 前記メモリは、ガンマ特性の変換を施すべきサブピクセル毎に、希望のガンマ特性として各階調レベルに対して加減算するオフセット値を参照テーブルとして格納することを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
- 前記参照テーブルに格納されるオフセット値は、前記液晶ドライバのビット数より多ビットである高密度な階調で表現される値であることを特徴とする請求項２記載の液晶表示装置。
- １画素を複数のサブピクセルから構成し、各サブピクセルに対して異なったガンマ特性を与えて多階調のグレイスケールの画像を表示するモノクローム液晶表示装置において、
入力された複数のサブピクセルにて１画素が表現されるモノクロームデータから当該複数のサブピクセル毎に設定された階調を出力するコントローラと、
モノクローム画像を表示する液晶セルと、
前記コントローラから出力された前記複数のサブピクセルの有する階調に基づいて前記液晶セルに対して電圧を供給すると共に、特定の階調に対する液晶透過率を当該複数のサブピクセルの間で変更することなく当該液晶セルに対して電圧を供給する液晶ドライバとを備え、
前記コントローラは、
前記液晶ドライバのビット数によって等間隔に並べられるガンマ特性の階調座標を、非等間隔の階調座標に変換するためのオフセット量に関する情報が格納されたメモリと、
前記メモリに格納された前記オフセット量に関する情報に基づいて、特定の前記サブピクセルのデータに対して演算を施し、前記液晶ドライバのビット数より多ビットのサブピクセルデータに変換する階調調整部と、
前記階調調整部によって変換された前記サブピクセルのデータに対し、前記多ビットのサブピクセルデータを等価の液晶ドライバのビット数データに変換する擬似階調拡張を施す擬似階調拡張部と、
を備え、
特定のサブピクセルにおけるどの中間階調の輝度レベルも、その整数倍が他のサブピクセルの如何なる中間階調の輝度レベルとも一致しない特性を想定し、当該特性から所望の輝度を実現する階調を選定することを特徴とするモノクローム液晶表示装置。 - 前記コントローラは、前記特性を持つガンマ特性において等間隔に並ぶ階調座標の間の階調を用いて前記複数のサブピクセルにおける前記階調を出力することを特徴とする請求項４記載のモノクローム液晶表示装置。
- 前記コントローラは、前記複数のサブピクセルの中で特定のサブピクセルについては前記特性を持つガンマ特性を用いて階調を出力し、他のサブピクセルについて異なったガンマ特性に基づく階調を出力することを特徴とする請求項５記載のモノクローム液晶表示装置。
- １画素を複数のサブピクセルから構成し、各サブピクセルに対して異なったガンマ特性を与えて多階調のグレイスケールの画像を表示するために、１画素を複数のサブピクセルにて表現した画像データを入力し、液晶セルに電圧を供給する液晶ドライバに対して前記サブピクセル毎の画像データを供給するコントローラであって、
前記液晶ドライバのビット数によって等間隔に並べられるガンマ特性の階調座標を、非等間隔の階調座標に変換するためのオフセット量に関する情報が格納されたメモリと、
前記メモリに格納された前記オフセット量に関する情報に基づいて、特定の前記サブピクセルのデータに対して演算を施し、前記液晶ドライバのビット数より多ビットのサブピクセルデータに変換する階調調整部と、
前記階調調整部によって調整された前記サブピクセルのデータに対し、前記多ビットのサブピクセルデータを等価の液晶ドライバのビット数データに変換する擬似階調拡張を施す擬似階調拡張部と、
を備えたことを特徴とするコントローラ。 - １画素を複数のサブピクセルから構成し、各サブピクセルに対して異なったガンマ特性を与えて多階調のグレイスケールの画像を表示する画像変換装置に利用され、入力された画像データに基づいて、液晶ドライバから電圧を供給して液晶セルに画像を表示するための画像変換方法であって、
前記画像データの１画素を更に複数のサブピクセルにて表現したサブピクセルデータを入力するステップと、
前記複数のサブピクセル毎に異なったガンマ特性を適用するために、前記サブピクセルデータを前記液晶ドライバにおける所定のビット数にて表現できる階調よりも多い階調から所望の輝度を実現する適切な階調に置き換えるステップと、
前記適切な階調に置き換えられた前記サブピクセルデータを、等価の前記液晶ドライバのビット数のデータに変換するステップと
を含むことを特徴とする画像変換方法。
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