JP5138446B2 - 表示装置の駆動装置、それを備えた表示装置、およびその駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は表示装置に関し、特にその駆動装置に関する。

フラットパネルディスプレイには、プラズマ表示装置（ＰＤＰ）、有機発光表示装置、液晶表示装置等がある。ＰＤＰは、各画素に気体を封じ込めて個別に放電させ、それによって発生する紫外線を蛍光体で可視光に変換することで各画素を個別に発光させる。有機発光表示装置は、各画素に備えられた特定の有機物の層に電流を流してエレクトロルミネセンスを発生させることで各画素を個別に発光させる。液晶表示装置は、各画素に備えられた液晶の電気光学効果を利用してバックライト等の光源からの光を画素ごとに変調することで所望の画像を表示する。

フラットパネルディスプレイの駆動装置は一般に信号制御部を備えている。信号制御部は外部から入力される映像信号を処理し、各画素に対して実際に印加されるべき電流または電圧のレベルまたはタイミングを示す信号に変換する。例えば、ＰＤＰの駆動装置は信号制御部の信号に応じ、各画素に気体放電を生じさせるタイミングと維持させる期間とを制御する。有機発光表示装置の駆動装置は信号制御部の信号に応じ、各画素に電流を流すタイミングを制御する。液晶表示装置の駆動装置は信号制御部の信号に応じ、各画素の液晶に対して印加すべき電圧のレベル、およびタイミングを制御する。
特開２００５−１８４７８７号公報

外部から信号制御部に入力される映像信号の各フレームでは一般に、画素の輝度の階調範囲が表示可能なすべての階調を含まず、特定の階調範囲に限定されている。その特定の階調範囲が高階調領域または低階調領域のいずれか一方に極端に偏っている場合、画像のコントラスト比が低いので、画像全体が暗過ぎたり、明る過ぎたりする。従って、映像信号の示す階調範囲をそのまま再現するだけでは、画面の視認性を更に向上させることが困難である。更に動画表示の場合、フレームごとに階調範囲が大きく変化することがある。いずれのフレームでも階調範囲が極端に偏っている場合、暗過ぎる画像と明る過ぎる画像とが短時間ずつ交互に切り換えられることになる。このように、映像信号の示す階調範囲をそのまま再現するだけでは、動画の表示品質を更に向上させることも難しい。

本発明の目的は、外部から入力された映像信号の示す階調範囲より実際に画面表示される階調範囲を拡張することにより、画面の視認性を更に向上できる表示装置の駆動装置を提供することにある。また、動画表示の場合、連続するフレーム間で階調範囲の変化が過大であっても、動画が歪まないように各フレームでの階調範囲を拡張できる駆動装置を提供する。

本発明による表示装置の駆動装置は、階調範囲算出部、変換変数算出部、および出力信号生成部を備えている。階調範囲算出部は、現在のフレームの映像信号から直接、または低帯域フィルタで処理した後に、階調の最小値と最大値とを算出する。変換変数算出部は各フレームの映像信号の示す階調の平均値を算出する。変換変数算出部は更に、階調範囲算出部によって算出された現在のフレームでの階調の最小値と最大値とに加え、現在のフレームでの階調の平均値とその直前のフレームでの階調の平均値とに基づいて変換変数を算出する。出力信号生成部は、変換変数算出部によって算出された変換変数に基づいて現在のフレームの映像信号を出力映像信号に変換する。

出力信号生成部は好ましくは、変換変数算出部によって算出された変換変数を傾きとする線形変換により、現在のフレームの映像信号の示す階調値を出力映像信号の示す階調値に変換する。すなわち、出力信号生成部は好ましくは、現在のフレームの映像信号に対する傾きｓｌｏｐｅ、現在のフレームの映像信号の示す階調の最小値ｂ、および所定の定数ｃを用い、現在のフレームの映像信号の示す階調値Ｄを出力映像信号の示す階調値Ｄ’に、一次式Ｄ’＝（Ｄ−ｂ）×ｓｌｏｐｅ＋ｃに従って変換する。出力信号生成部は更に好ましくは所定の定数ｃを最小値ｂと等しく設定する。出力信号生成部は更に好ましくは、各フレームでの傾きを１以上２．５以下に維持する。

変換変数算出部は好ましくは、現在のフレームの映像信号に対する傾きを、現在のフレームと直前のフレームとの間での階調の平均値の差、または、直前のフレームの映像信号に対する傾きに応じて変化させる。変換変数算出部は更に好ましくは、現在のフレームの映像信号に対する傾きｓｌｏｐｅを、現在のフレームでの階調の平均値ｃｕｒ＿ａｖｇ、直前のフレームでの階調の平均値ｐｒｅｖ＿ａｖｇ、表示可能な階調範囲の幅Ｇｗ、直前のフレームでの傾きｐｒｅ＿ｓｌｏｐｅ、および、現在のフレームでの階調の最大値ａと最小値ｂに応じて次式に従って算出する。

階調範囲算出部は好ましくは低帯域フィルタを用い、映像信号の示す各画素の階調値をその画素に隣接する画素の階調値に応じて補正する。低帯域フィルタは好ましくは、現在のフレームの映像信号の示す各画素の階調値を、その画素と周辺の画素との間での階調の加重平均値に置換する。それにより、現在のフレームの映像信号の示す階調値から、特に高帯域のノイズを除去する。階調範囲算出部は更に好ましくは、低帯域フィルタに加えて最小／最大階調算出部を含む。最小／最大階調算出部は、低帯域フィルタを通過した現在のフレームの映像信号から階調の最小値と最大値とを算出する。

本発明による上記の駆動装置は、各フレームの映像信号の示す画素の階調の最小値、最大値、および平均値を用いてそのフレームの映像信号の示す階調値を変換し、特にその映像信号の示す階調範囲より出力映像信号の示す階調範囲を拡張する。その結果、画面に実際に表示される各フレームの画像のコントラスト比は一般に、元の映像信号の示すそのフレームでのコントラスト比より高い。こうして、各画像の視認性が向上する。

本発明による上記の駆動装置はまた、直前のフレームと現在のフレームとの間での階調の平均値の差に応じて傾きを変化させる。好ましくは、直前のフレームと現在のフレームとの間で平均的な明るさの変化が小さいときほど、現在のフレームでの傾きを直前のフレームでの傾きに近づける。それにより、特に動画表示の場合、連続するフレーム間で階調範囲の差が大きくても、階調範囲の拡張が動画を歪ませることはない。

以下、添付の図面を参照しながら本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。

図１に、本発明の一実施例による液晶表示装置のブロック図を示す。この液晶表示装置は好ましくは、液晶表示パネルアセンブリ300、ゲート駆動部400、データ駆動部500、階調電圧生成部800、および信号制御部600を備えている。

図１に示されているように、液晶表示パネルアセンブリ300は、表示領域を縦横に走る複数の信号線G₁−G_n、D₁−D_mと、それらの信号線の間にマトリクス状に配列された複数の画素PXを有する。図２に、その画素PXの模式図を示す。図２に示されているように、液晶表示パネルアセンブリ300は更に、下部表示パネル100、上部表示パネル200、および液晶層3を含む。下部表示パネル100と上部表示パネル200とは向かい合わせで貼り合わされている。液晶層3はそれら２枚の表示パネル100、200の間に挟まれている。

信号線は好ましくはｎ本のゲート線G₁−G_nとｍ本のデータ線D₁−D_mとを含む（ｎ、ｍは整数である）。各ゲート線G₁−G_nは画素マトリクスの中を行方向に延びて１行の画素PXに接続され、それらにゲート信号（走査信号とも言う）を伝達する。各データ線D₁−D_mは画素マトリクスの中を列方向に延びて１列の画素PXに接続され、それらにデータ電圧を伝達する。

図２に示されている画素PXは、ｉ番目（ｉ＝１、２、…、ｎ）のゲート線G_iとｊ番目（ｊ＝１、２、…、ｍ）のデータ線D_jとに接続された第ｉ行第ｊ列の画素である。図２に示されているように、各画素PXは、スイッチング素子Q、液晶キャパシタClc、およびストレージキャパシタCstを含む。尚、ストレージキャパシタCstは省略されていてもよい。

スイッチング素子Qは好ましくは下部表示パネル100に備えられた薄膜トランジスタであり、その制御端子はｉ番目のゲート線G_iに接続され、入力端子はｊ番目のデータ線D_jに接続され、出力端子は同じ画素PXの液晶キャパシタClcおよびストレージキャパシタCstに接続されている。

図２に示されているように、下部表示パネル100には画素PXごとに画素電極191が形成されている。一方、上部表示パネル200の全面は共通電極270で覆われている。液晶キャパシタClcは、画素電極191と共通電極270とを二つの端子とみなし、それら二つの電極191、270の間に挟まれた液晶層3の部分を誘電体とみなしたキャパシタである。画素電極191は同じ画素PXのスイッチング素子Qの出力端子に接続され、オン状態のスイッチング素子Qを通してｊ番目のデータ線D_jからデータ電圧を受ける。共通電極270は外部から共通電圧Vcomを受ける。尚、図２とは異なり、共通電極が下部表示パネル100に形成されていても良い。その場合には好ましくは、二つの電極191、270の少なくとも一方が線状または棒状に形成されている。

ストレージキャパシタCstは液晶キャパシタClcの容量を補い、画素電極191の電圧を安定化させる。ストレージキャパシタCstは好ましくは、下部表示パネル100に形成された別の信号線（図示せず）と画素電極191とが絶縁体を隔てて重なった部分から形成されている。この別の信号線に対しては、外部から共通電圧Vcomなどの所定の電圧が印加される。ストレージキャパシタCstはその他に、第ｉ行の画素の画素電極191とｉ−１番目のゲート線G_i−1とが絶縁体を隔てて重なった部分から形成されていても良い。

色表示方式には、各画素PXが基本色のいずれか一つを固有に表示する空間分割方式、および、各画素PXが時間に応じて基本色を交互に表示する時間分割方式がある。基本色の空間的な分布、または時間的な変化によって所望の色相が表現される。基本色の例としては、赤色、緑色、青色の三原色がある。図２は空間分割方式の一例であり、各画素PXの画素電極191に対向する上部表示パネル200の領域にカラーフィルタ230が備えられている。各カラーフィルタ230は基本色の一つを示す。図２とは異なり、カラーフィルタは下部表示パネル100に備えられていても良い。その場合、カラーフィルタは画素電極191の上を覆っていても、下地に形成されていても良い。

図２には示されていないが、液晶表示パネルアセンブリ300の外面には好ましくは、偏光子が少なくとも一枚接着されている。偏光子は、液晶表示パネルアセンブリ300を透過する光のうち、特定の偏光成分を透過させる。

図１に示されているように、階調電圧生成部800はデータ駆動部500に連結され、データ駆動部500に複数の階調電圧を供給する。それらの階調電圧は好ましくは、画素PXの透過率の調節可能な値の全てに対応づけられている。その他に、他の階調電圧の基準とされるべき特定の階調電圧（以下、基準階調電圧という）だけが階調電圧生成部800によって生成されても良い。その場合、他の階調電圧はデータ駆動部500によって基準階調電圧に基づいて生成される。階調電圧生成部800は好ましくは、共通電圧Vcomに対する極性が正である階調電圧と負である階調電圧との両方を生成する。

ゲート駆動部400は信号制御部600とゲート線G₁−G_nとに接続されている。ゲート駆動部400は信号制御部600からのゲート制御信号CONT1に従い、ゲート信号を各ゲート線G₁−G_nに対して印加する。ゲート信号はゲートオン電圧Vonとゲートオフ電圧Voffとの組み合わせから成る。ゲート駆動部400は特にゲート制御信号CONT1の示すタイミングに従い、各ゲート信号のレベルを順番にゲートオフ電圧Voffからゲートオン電圧Vonに切り換え、１水平周期ずつゲートオン電圧Vonに維持する。

データ駆動部500は、信号制御部600、階調電圧生成部800、およびデータ線D₁−D_mに接続されている。データ駆動部500は、信号制御部600からは出力映像信号DATとデータ制御信号CONT2とを受信し、階調電圧生成部800からは複数の階調電圧を受信する。データ駆動部500は出力映像信号DATに応じて階調電圧を選択し、データ電圧として各データ線D₁−D_mに対し、データ制御信号CONT2の示すタイミングで印加する。ここで、階調電圧生成部800から基準階調電圧のみが提供される場合、データ駆動部500は基準階調電圧を分圧して所望のデータ電圧を生成する。

信号制御部600は、好ましくは外部のグラフィックコントローラ（図示せず）から入力映像信号R、G、B、及び入力制御信号を受信する。入力映像信号R、G、Bは好ましくは各画素PXの輝度情報を含む。その輝度情報では好ましくは、各画素PXの輝度は所定数の種類の階調、好ましくは２５６（＝２⁸）種類の階調で表されている。各画素PXの輝度はその他に、１０２４（＝２¹⁰）種類または６４（＝２⁶）種類で表されていても良い。入力制御信号は好ましくは、垂直同期信号Vsync、水平同期信号Hsync、メインクロック信号MCLK、及びデータイネーブル信号DEを含む。

信号制御部600は入力映像信号R、G、Bを液晶表示パネルアセンブリ300及びデータ駆動部500の動作条件、好ましくはガンマ特性に合うように適切に処理し、出力映像信号DATに変換する。出力映像信号DATは好ましくはデジタル信号であり、特に各画素の階調の目標値を示す。信号制御部600は特に画質改善部610を有する。画質改善部610は入力映像信号R、G、Bから、各フレームでの階調範囲の最小値と最大値とを算出する。画質改善部610は更にそれらの最小値と最大値とに基づき、出力映像信号DATの示す各フレームでの階調範囲を入力映像信号R、G、Bの示す各フレームでの階調範囲より拡張する。画質改善部610の詳細は後で説明する。信号制御部600はその他に、ＤＣＣ（dynamic capacitance compensation）やＡＣＣ（adaptive color correction）などの他の信号処理を入力映像信号R、G、Bに対して行っても良い。

信号制御部600は更に、入力制御信号に基づいてゲート制御信号CONT1及びデータ制御信号CONT2を生成する。ゲート制御信号CONT1はゲート駆動部400に出力され、データ制御信号CONT2と出力映像信号DATとはデータ駆動部500に出力される。

ゲート制御信号CONT1は好ましくは走査開始信号とゲートクロック信号とを含む。走査開始信号によって、各ゲート線G₁−G_nに対するゲート信号のレベルをゲートオン電圧Vonに切り換えるタイミングがゲート駆動部400に対して指示される。ゲートクロック信号はゲート駆動部400によってゲートオン電圧Vonの出力周期の制御に利用される。ゲート制御信号CONT1はまた、出力イネーブル信号を更に含む。出力イネーブル信号はゲートオン電圧Vonの持続期間を示す。

データ制御信号CONT2は好ましくは、水平同期開始信号、ロード信号、及びデータクロック信号を含む。水平同期開始信号は、データ駆動部500に各行の画素PXに対する出力映像信号DATの伝送開始を知らせる。ロード信号は、データ駆動部500にデータ線D₁−D_mに対するデータ電圧の印加タイミングを伝える。データ制御信号CONT2はまた、反転信号を更に含んでいても良い。データ駆動部500は反転信号に応じ、共通電圧Vcomに対するデータ電圧の極性を反転させる。

ゲート駆動部400、データ駆動部500、信号制御部600、および階調電圧生成部800のそれぞれは好ましくは少なくとも一つの集積回路チップに組み込まれ、それらのチップが液晶表示パネルアセンブリ300の上に直に実装されている。その他に、それらのチップが、フレキシブルプリント回路フィルムを用いたＴＣＰ（tape carrier package）方式で液晶表示パネルアセンブリ300に実装され、または液晶表示パネルアセンブリ300とは別のプリント回路基板の上に実装されていても良い。それらとは異なり、ゲート駆動部400、データ駆動部500、信号制御部600、および階調電圧生成部800が信号線G₁−G_n、D₁−D_mやスイッチング素子Qと共に、下部表示パネル100に集積化されていても良い。更に、ゲート駆動部400、データ駆動部500、信号制御部600、および階調電圧生成部800の全てが単一のチップに集積化されていても良い、その場合、それらのいずれか、またはそれらを構成する回路素子のいずれかがその単一のチップに外付けされていても良い。

上記の液晶表示装置は以下のように動作する。

まず、信号制御部600が外部のグラフィックコントローラから入力映像信号R、G、Bおよび入力制御信号を受信する。信号制御部600はそのとき、入力映像信号R、G、Bを出力映像信号DATに変換し、入力制御信号に基づいてゲート制御信号CONT1およびデータ制御信号CONT2を生成する。特に画質改善部610が、入力映像信号R、G、Bの示す各フレームでの階調範囲を適切に拡張する。信号制御部600はその後、ゲート制御信号CONT1をゲート駆動部400に送出し、データ制御信号CONT2と出力映像信号DATとをデータ駆動部500に送出する。

データ制御信号CONT2に応じ、データ駆動部500は一行の画素PXごとに、それらに対する出力映像信号DATを受信する。データ駆動部500は更に、その出力映像信号DATの示す各画素の輝度の階調値に応じて階調電圧を選択する。こうして、デジタル信号である出力映像信号DATがアナログ信号であるデータ電圧に変換される。データ駆動部500はその後、データ制御信号CONT2の示すタイミングで各データ電圧を目標のデータ線D₁−D_mに対して印加する。

ゲート駆動部400はゲート制御信号CONT1に従ってゲートオン電圧Vonを各ゲート線G₁−G_nに対して順番に１水平周期ずつ印加する。ここで、１水平周期は水平同期信号Hsyncおよびデータイネーブル信号DEの１周期に等しい。ゲートオン電圧Vonが印加される間、各ゲート線G₁−G_nに接続されたスイッチング素子Qが一斉にターンオンし、各データ線D₁−D_mに対して印加されたデータ電圧がターンオンしたスイッチング素子Qを通して同じ画素PXの画素電極191に対して印加される。

各画素PXでは、画素電極191に対して印加されたデータ電圧と共通電圧Vcomとの間の差によって液晶キャパシタClcが充電され、その両端電圧すなわち画素電圧が設定される。その画素電圧によってその画素PXの液晶層3には電場が生じ、その電場の強さに応じて液晶分子の配列が変化する。それにより、その液晶層3を通過する光の偏光方向が変化する。この偏光方向の変化は偏光子によってその画素PXの光透過率の変化として現れる。こうして、その画素PXの輝度が出力映像信号DATの示す階調に調節される。

信号制御部600はゲート制御信号CONT1とデータ制御信号CONT2とにより、ゲート駆動部400がｉ番目（ｉ＝１、２、…、ｎ）のゲート線G_iに対するゲート信号のレベルをゲートオン電圧Vonに維持するタイミングと、データ駆動部500が第ｉ行の画素PXに対するデータ電圧を各データ線D₁−D_mに対して印加するタイミングとを同期させる。この同期操作を水平周期で繰り返すことにより、すべての画素PXに対してデータ電圧を印加する。こうして１フレームの映像が画面に表示される。

１フレームの表示が終了すれば次のフレームの表示が開始される。そのとき、信号制御部600は好ましくはデータ駆動部500に対する反転信号の状態を制御し、各画素PXに対するデータ電圧の極性を直前のフレームでの極性から反転させる（フレーム反転）。更に、同じフレーム内でも、各データ線を通して伝達されるデータ電圧の極性を水平周期で反転させ（行反転、ドット反転）、または、同じ画素行に対して印加されるデータ電圧の極性をデータ線ごとに反転させても良い（列反転、ドット反転）。

図３に画質改善部610のブロック図を示す。図３に示されているように、画質改善部610は好ましくは、傾き算出部620、出力信号生成部630、階調範囲算出部640、および受信部650を含む。傾き算出部620は、平均階調算出部621、第１メモリ622、α値算出部623、基本傾き計算部624、傾き計算部625、および第２メモリ626を含む。出力信号生成部630はフレームメモリ631およびデータ修正部632を含む。

受信部650は、外部から入力映像信号R、G、Bを受信し、傾き算出部620、出力信号生成部630、および階調範囲算出部640に出力する。

階調範囲算出部640は入力映像信号R、G、Bから各画素PXの輝度情報を解読し、各フレームでの階調範囲の最小値および最大値を算出する。階調範囲算出部640は好ましくは、階調範囲の最大値と最小値とを個別に格納する記憶場所を含む。階調範囲算出部640は各フレームについて、最初に解読された画素の輝度の階調値を上記の記憶場所に格納する。その後、階調範囲算出部640は新たな階調値を解読するごとに、その新たな階調値を上記の記憶場所に格納されている値と比較する。新たな階調値が格納されている最小値より小さいときはその最小値を新たな階調値に更新し、格納されている最大値より大きいときはその最大値を新たな階調値に更新する。１フレームの入力映像信号R、G、Bに対して上記の操作が繰り返されることにより、上記の記憶場所にはそのフレームでの階調範囲の最大値および最小値が残される。

階調範囲算出部640はその他に、各フレームの入力映像信号R、G、Bによって示されている各画素PXの輝度の階調値について、図４に示されているようなヒストグラムを作成し、そのヒストグラムから階調範囲の最小値と最大値とを検出しても良い。ヒストグラムは、表示可能な各階調値が１フレームの入力映像信号R、G、Bの中にいずれかの画素PXの輝度として現れる頻度を棒グラフで示している。図４のヒストグラムでは横軸が表示可能な階調値０〜２５５を示し、縦軸が頻度を表す。図４に示されている例の場合、あるフレームでは階調範囲が最小値ｂから最大値ａまでである。従って、階調範囲算出部640はそのフレームで入力映像信号R、G、Bの示す階調範囲の最小値をｂとし、最大値をａとする。階調範囲算出部640は、算出された最小値ｂおよび最大値ａを傾き算出部620に提供する。最小値ｂはまた、出力信号生成部630にも出力される。

平均階調算出部621は、各フレームの入力映像信号R、G、Bについて、画素の輝度の平均値（以下、平均階調値cur＿avgという）を算出し、その平均階調値cur＿avgを第１メモリ622とα値算出部623とに出力する。例えば画素PXの総数をn×mとし、第ｉ行第ｊ列（ｉ＝１、２、…、ｎ。ｊ＝１、２、…、ｍ。）の画素PXの輝度の階調値をD_ijとすると、平均階調値cur＿avgは好ましくは次式（１）で表される。

第１メモリ622は、平均階調算出部621によって算出された現在のフレームでの平均階調値cur＿avgを格納し、次のフレームまで保持する。第１メモリ622は更に、平均階調算出部621から新たな平均階調値cur＿avgが入力されるごとに、格納していた平均階調値を直前のフレームでの平均階調値pre＿avgとしてα値算出部623に出力する。

α値算出部623は、平均階調算出部621からは現在のフレームでの平均階調値cur＿avgを受信し、第１メモリ622からは直前のフレームでの平均階調値prev＿avgを受信し、それらの平均階調値を用いてα値を算出する。α値は、現在のフレームと直前のフレームとの間での平均階調値の差を画素によって表示可能な階調範囲の幅で割った値であり、０以上１以下の数値で表される。現在のフレームと直前のフレームとの間で平均階調値、すなわち平均的な明るさが大きく変化するほど、α値は１に近い。例えば各画素PXが０〜２５５の階調範囲を表示可能である場合、その階調範囲の幅は２５５であるので、α値は次式（２）で表される。

基本傾き計算部624は、階調範囲算出部640から最小値ｂおよび最大値ａを受信し、それらを用いて基本傾きbasic＿slopeを算出する。基本傾きbasic＿slopeは、画素によって表示可能な階調範囲の幅を現在のフレームでの階調範囲の幅、すなわち最大値ａと最小値ｂとの間の差で割った値である。例えば各画素PXが０〜２５５の階調範囲を表示可能である場合、その階調範囲の幅は２５５であるので、基本傾きbasic＿slopeは次式（３）で表される。

傾き計算部625は、α値算出部623からはα値を受信し、基本傾き計算部624からは基本傾きbasic＿slopeを受信し、第２メモリ626からは直前のフレームで算出された傾きpre＿slopeを読み込む。傾き計算部625はそれらの値を用いて現在のフレームでの傾きslopeを算出する。傾きslopeは基本傾きbasic＿slopeに直前のフレームでの傾きpre＿slopeをα値に応じた割合で加えたものであり、次式（４）で定義される。

第２メモリ626は、傾き計算部625によって算出された現在のフレームでの傾きslopeを格納し、次のフレームまで保持する。第２メモリ626は更に、傾き計算部625から新たな傾きslopeが入力されるごとに、格納していた傾きslopeを直前のフレームでの傾きpre＿slopeとして傾き計算部625に出力する。

上記３つの式（１）〜（３）を式（４）に代入すると、傾きslopeは、現在のフレームと直前のフレームとの間での平均階調値の差cur＿avg−prev＿avg、現在のフレームでの階調範囲の幅ａ−ｂ、および、直前のフレームでの傾きpre＿slopeによって次式（５）で表される。

出力信号生成部630は、フレームメモリ631とデータ修正部632とを含む。フレームメモリ631は受信部650から入力映像信号R、G、Bを１フレームずつ受信して記憶する。データ修正部632はフレームメモリ631から入力映像信号R、G、Bを読み込み、それの示す各画素PXに対する輝度情報を解読する。更に、その輝度情報の示す各画素PXの輝度の階調値Frame＿Dataを、次式（６）で定義される線形変換によって補正値DATに変換する。出力信号生成部630は更に、その補正値DATを画素PXの輝度の階調値として含む出力映像信号DATを生成して出力する。

式（６）の線形変換により、入力映像信号R、G、Bの示す各フレームでの階調範囲ｂ〜ａは、出力映像信号DATでは階調範囲ｃ〜ＭＡＸ＝(ａ−ｂ)×slope＋ｃに変換される。ここで、定数ｃは画素PXによって表示可能な階調値のいずれかである。例えば各画素PXが０〜２５５の階調範囲を表示可能である場合、定数ｃは０以上２５５以下である。好ましくは、定数ｃを各フレームでの階調の最小値ｂに等しく設定する。式（６）の線形変換は定数ｃを最小値ｂに設定した場合、図６のグラフで表される。その場合、傾きslopeが１以上であれば、出力映像信号DATの示す画像は入力映像信号R、G、Bの示す画像より暗くはならない。

各画素PXが０〜２５５の階調範囲を表示可能である場合、仮に傾きslopeを基本傾きbasic＿slopeとし、定数ｃを０とすると、式（６）の線形変換は図５のグラフで表される。基本傾きbasic＿slopeは常に１以上であるので、入力映像信号R、G、Bの示す１フレームでの階調範囲ｂ〜ａは、出力映像信号DATでは画素PXによって表示可能な階調範囲の全体０〜２５５まで拡張される。

データ修正部632による実際の線形変換では図６のように、基本傾きbasic＿slopeではなく、式（５）の傾きslopeが利用される。しかし、式（５）から明らかなように、直前のフレームでの傾きpre＿slopeが１以上である限り、現在のフレームでの傾きslopeも１以上である。従って、出力映像信号DATの示す各フレームでの階調範囲ｃ〜ＭＡＸは一般に入力映像信号R、G、Bの示す範囲ｂ〜ａより広い。その結果、画面に実際に表示される各フレームの画像のコントラスト比は一般に、入力映像信号R、G、Bの示すそのフレームでのコントラスト比より高い。こうして、各画像の視認性が向上する。特に傾きslopeが１以上２．５以下であるとき、更に２に等しいとき、画質の改善効果が高い。

尚、式（５）の傾きslopeの値によっては、入力映像信号R、G、Bの示す階調値Frame＿Dataから式（６）によって得られる補正値DATが、画素PXによって表示可能な階調の最大値、例えば２５５を超える。その場合、データ修正部632が入力映像信号R、G、Bの示す階調値Frame＿Dataを、補正値DATではなく最大値、例えば２５５に変換する。すなわち、式（６）によって得られる階調範囲のうち、最大値、例えば２５５を超える部分では補正値DATをその最大値にクランプする。人間の目は、ある水準を超える高い輝度の間の差を識別できないので、上記のように補正値DATを最大値でクランプしても、それに起因する映像の歪みは人間の目には認識されない。

また、式（５）で得られる傾きslopeが１より小さいこともあり得る。その場合、入力映像信号R、G、Bの示す階調範囲より式（６）で得られる階調範囲が狭い。従って、好ましくはデータ修正部632は式（５）で得られた値を破棄し、傾きslopeの値を１に固定する。それにより、傾きslopeが常に１以上に維持される。

式（５）から明らかなように、直前のフレームと現在のフレームとの間で平均的な明るさの変化が小さいほど、現在のフレームでの傾きslopeは直前のフレームでの傾きpre＿slopeに近い。このように、傾きslopeには現在のフレームでの階調だけでなく、直前のフレームでの階調も反映されている。従って、特に動画表示の場合、連続する２つのフレーム間で入力映像信号R、G、Bの示す階調範囲が大きく変化しても、データ修正部632による線形変換は、画面に実際に表示される動画を歪ませない。

好ましくは、液晶表示装置の起動時、第１メモリ622には平均階調値の初期値が設定され、第２メモリ626には傾きslopeの初期値が設定される。それらの初期値は、画質改善部610の起動後、最初に入力される入力映像信号R、G、Bの処理に利用される。液晶表示装置は一般に、その起動から、画像を正常に表示できる状態に到達するまでに多少の時間を要する。しかし、画質改善部610は数フレームに対するデータ処理によって出力映像信号DATの出力を安定化できる。従って、第１メモリ622および第２メモリ626のそれぞれに記憶されるべき初期値は任意で良い。

好ましくは、階調範囲算出部640は以下のようにして、入力映像信号R、G、Bの示す各フレームでの階調範囲の最小値および最大値を更に精度良く算出する。

図７に階調範囲算出部640のブロック図を示す。階調範囲算出部640は好ましくは図７に示されているように、低帯域フィルタ641および最小／最大階調算出部642を含む。

低帯域フィルタ641は受信部650から入力映像信号R、G、Bを受信し、その入力映像信号R、G、Bの示す各画素PXに対する輝度情報からノイズを除去する。低帯域フィルタ641は好ましくは以下のように各画素PXの階調値を周辺の画素の階調値と加重平均する。それにより、各階調値から、画素のピッチと同程度以上の高帯域でのノイズを除去する。

低帯域フィルタ641は上記の加重平均に、好ましくは図８に示されているマスク900を利用する。マスク900は好ましくは複数のメモリ領域から成る。それらのメモリ領域は所定サイズの画素PXのブロックに対応づけられ、更に各メモリ領域がそのブロックに含まれる画素PXに一つずつ割り当てられる。例えば図８に示されているマスク900の各メモリ領域は、７×７のブロックに含まれる画素PXに個別に対応づけられる。マスク900の各メモリ領域には、割り当てられた画素PXに対する加重値が記憶されている。加重値は、ブロックの中心の画素に対するメモリ領域Oで最も大きく、その中心の画素から遠い画素に対するメモリ領域ほど小さい。マスク900全体では加重値の合計は１に設定されている。例えば図８では、ブロックの中心の画素に対するメモリ領域Oには加重値として最大値４０／２５６が記憶され、その中心の画素から一つ外側の画素に対するメモリ領域には１６／２５６が記憶され、更にその一つ外側の画素に対するメモリ領域には４／２５６が記憶され、最も外側の画素に対するメモリ領域には１／２５６が記憶されている。

低帯域フィルタ641は好ましくは図８に示されているマスク900を、図９に示されている画素PXのマトリクスに対して以下のように適用する。低帯域フィルタ641はマトリクスの先頭の画素から順番に、その画素を中心とするブロックにマスク900を対応づける。例えば図９に示されている第１行第ｊ列の画素O’を中心とするブロックBに、図８に示されているマスク900を対応づける場合、最大の加重値４０／２５６が記憶されたメモリ領域Oを第１行第ｊ列の画素O’に割り当て、次に大きい加重値１６／２５６が記憶されたメモリ領域を画素O’から一つ外側の画素に割り当て、その次に大きい加重値４／２５６が記憶されたメモリ領域を画素O’から二つ外側の画素に割り当て、最小の加重値１／２５６が記憶されたメモリ領域を画素O’から三つ外側の画素に割り当てる。低帯域フィルタ641は続いて、マスク900の各メモリ領域に記憶された加重値と、そのメモリ領域に割り当てられた画素に対する輝度情報の示す階調値との積を求め、その積をブロックBの全体で合計する。ここで、第１行より前には画素行は存在しないので、割り当てられるべき画素が存在しないメモリ領域に記憶された加重値については階調値０との積を合計したと見なす。低帯域フィルタ641は更に、得られた積の合計で第１行第ｊ列の画素O’の階調値を置き換える。

低帯域フィルタ641は一般に、第ｉ行第ｊ列の画素を中心とするブロックについて、そのブロックに含まれる第ｋ行第ｌ列の画素の階調値D_klと、その画素に割り当てられたメモリ領域に記憶された加重値MK_klとから、第ｉ行第ｊ列の画素の新たな階調値D’_ijを次式（７）で求める。ここで、存在しない画素については階調値D_klを０と見なす。

例えば、図９に示されている第１行第ｊ列の画素O’を中心とする４×７のブロックBに対し、入力映像信号R、G、Bの示す各画素PXの階調値D_klが次の表１で表される場合を想定する。

この表１に含まれる各値を式（７）に代入することにより、第１行第ｊ列の画素の新たな階調値D’_1jは次式（８）のように計算される。

尚、式（８）に示されている計算結果では小数第３位が四捨五入されている。表１に示されている例ではブロックBの中心の画素O’の階調値が２３０であり、周辺の画素の階調値１０〜６０程度に比べて極めて高いので、ノイズを含んでいる可能性が高い。この場合、低帯域フィルタ641はその値２３０を５０．０９に修正する。この修正値は周辺の画素の階調値に近いので、その修正値からはノイズが除去されたと見なせる。

低帯域フィルタ641は以上の操作をすべての画素PXに対して行い、すべての画素PXの階調値D_ijを新たな階調値D’_ijに変換する。

最小／最大階調算出部642は、低帯域フィルタ641からすべての画素PXの新たな階調値D’_ijを受信し、フレームごとに階調値D’_ijの最小値ｂと最大値ａとを算出する。その算出方法については既に説明したとおりである。算出された最小値ｂと最大値ａとは傾き算出部620に出力され、最小値ｂは出力信号生成部630にも出力される。ここで、新たな階調値D’_ijからはノイズが既に除去されているので、最小／最大階調算出部642は最小調ｂおよび最大値ａを精度良く決定できる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明の技術的範囲は上記の実施例には限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲で定義されている本発明の基本概念を利用して上記の実施例を多様に変形し、または改良できるであろう。例えば、本発明を上記の実施例による液晶表示装置に代え、有機発光表示装置やプラズマ表示装置など、他の表示装置にも適用しても良い。そのような、当業者による多様な変形および改良形態も本発明の技術的範囲に属すると解されるべきである。

本発明の一実施例による液晶表示装置のブロック図 図１に示されている液晶表示装置に含まれる一つの画素の模式図 図１に示されている画質改善部のブロック図 図３に示されている階調範囲算出部によって作成される、表示可能な各階調値が１フレームの入力映像信号の中にいずれかの画素の輝度として現れる頻度を表すヒストグラム 図３に示されている傾き算出部によって算出される基本傾きを示すグラフ 図３に示されているデータ修正部によって入力映像信号の示す階調範囲に対して行われる線形変換を示すグラフ。 図３に示されている階調範囲算出部のブロック図 図７に示されている低帯域フィルタによって利用されるマスクの模式図 図７に示されている低帯域フィルタによる、図８に示されているマスクの画素マトリクスに対する適用方法を示す模式図

符号の説明

3 液晶層
100 下部表示パネル
191 画素電極
200 上部表示パネル
230 カラーフィルタ
270 共通電極
300 液晶表示パネルアセンブリ
400 ゲート駆動部
500 データ駆動部
600 信号制御部
610 画質改善部
620 傾き算出部
621 平均階調算出部
622 第１メモリ
623 α値算出部
624 基本傾き計算部
625 傾き計算部
626 第２メモリ
630 出力信号生成部
631 フレームメモリ
632 データ修正部
640 階調範囲算出部
641 低帯域フィルタ
642 最小／最大階調算出部
650 受信部
800 階調電圧生成部
900 マスク

Claims (10)

1. 現在のフレームの映像信号の示す階調の最小値と最大値とを算出する階調範囲算出部、
   各フレームの映像信号の示す階調の平均値を算出し、前記最小値と前記最大値、前記現在のフレームでの階調の平均値、および前記現在のフレームの直前のフレームでの階調の平均値に基づいて変換変数を算出する変換変数算出部、並びに、
   前記変換変数を傾きとする線形変換により、前記現在のフレームの映像信号の示す階調値を前記出力映像信号の示す階調値に変換する出力信号生成部、
   を備えており、
   前記変換変数算出部は、前記現在のフレームの映像信号に対する傾きｓｌｏｐｅを、前記現在のフレームでの階調の平均値ｃｕｒ＿ａｖｇ、前記直前のフレームでの階調の平均値ｐｒｅｖ＿ａｖｇ、表示可能な階調範囲の幅Ｇｗ、前記直前のフレームでの傾きｐｒｅ＿ｓｌｏｐｅ、前記最大値ａ、および前記最小値ｂに応じて次式に従って算出する表示装置の駆動装置。
   
2. 前記出力信号生成部は各フレームでの傾きを１以上２．５以下に維持する、請求項１に記載の表示装置の駆動装置。
3. 前記出力信号生成部は、前記現在のフレームの映像信号に対する傾きｓｌｏｐｅ、前記最小値ｂ、および所定の定数ｃを用い、前記現在のフレームの映像信号の示す階調値Ｄを前記出力映像信号の示す階調値Ｄ’に、数式Ｄ’＝（Ｄ−ｂ）×ｓｌｏｐｅ＋ｃに従って変換するものであって、前記所定の定数ｃを前記最小値ｂと等しく設定する、請求項１に記載の表示装置の駆動装置。
4. 前記階調範囲算出部は低帯域フィルタを用い、映像信号の示す各画素の階調値をその画素に隣接する画素の階調値に応じて補正する、請求項１に記載の表示装置の駆動装置。
5. 前記変換変数算出部は、
   各フレームの映像信号の示す階調の平均値を算出する平均階調算出部、
   前記平均階調算出部によって算出された階調の平均値を格納する第１メモリ、
   前記現在のフレームと前記直前のフレームとの間での階調の平均値の差を表示可能な階調範囲の幅で割った値をα値として算出するα値算出部、
   前記最大値と前記最小値との間の差で表示可能な階調範囲の幅を割った値を基本傾きとして計算する基本傾き計算部、
   前記現在のフレームの映像信号に対する基本傾き、前記直前のフレームの映像信号に対する傾き、および前記α値に基づいて前記現在のフレームの映像信号に対する傾きを計算する傾き計算部、並びに、
   前記傾き計算部で計算された各フレームの映像信号に対する傾きを格納し、前記直前のフレームの映像信号に対する傾きを前記傾き計算部に提供する第２メモリ、
   を備えている、請求項１に記載の表示装置の駆動装置。
6. 前記出力信号生成部は、
   前記現在のフレームの映像信号を格納するフレームメモリ、および、
   前記フレームメモリから前記現在のフレームの映像信号を受信し、前記傾き計算部から前記現在のフレームの映像信号に対する傾きを受信し、前記現在のフレームの映像信号に対する傾きを用いた線形変換により、前記現在のフレームの映像信号の示す階調値を前記出力映像信号の示す階調値に変換するデータ修正部、
   を含む、請求項５に記載の表示装置の駆動装置。
7. 前記階調範囲算出部は、
   前記現在のフレームの映像信号からノイズを除去する低帯域フィルタ、および、
   前記低帯域フィルタを通過した前記現在のフレームの映像信号から前記最小値と前記最大値とを算出する最小／最大階調算出部、
   を含み、
   前記低帯域フィルタは、前記現在のフレームの映像信号の示す各画素の階調値を、その画素と周辺の画素との間での階調の加重平均値に置換する、請求項６に記載の表示装置の駆動装置。
8. 現在のフレームの映像信号の示す階調の最小値と最大値とを算出する段階、
   前記現在のフレームの映像信号の示す階調の平均値を算出する段階、
   前記最小値と前記最大値、前記現在のフレームでの階調の平均値、および前記現在のフレームの直前のフレームでの階調の平均値に基づき、前記現在のフレームの映像信号に対する傾きを算出する段階、並びに、
   前記現在のフレームの映像信号に対する傾きに基づく線形変換により、前記現在のフレームの映像信号の示す階調値を変換する段階、
   を含み、
   前記傾きを算出する段階は、
   前記現在のフレームと前記直前のフレームのとの間での階調の平均値の差を表示可能な階調範囲の幅で割った値をα値として算出する段階、
   前記最大値と前記最小値との間の差で表示可能な階調範囲の幅を割った値を基本傾きとして計算する段階、並びに、
   前記α値、前記基本傾き、および前記直前のフレームの映像信号に対する傾きに基づいて前記現在のフレームの映像信号に対する傾きを算出する段階、
   を含み、前記α値、前記基本傾きｂａｓｉｃ＿ｓｌｏｐｅ、および前記直前のフレームの映像信号に対する傾きｐｒｅ＿ｓｌｏｐｅを用いて前記現在のフレームの映像信号に対する傾きｓｌｏｐｅを数式ｓｌｏｐｅ＝（１−α）×ｐｒｅ＿ｓｌｏｐｅ＋α×ｂａｓｉｃ＿ｓｌｏｐｅに従って算出し、
   前記線形変換によって階調値を変換する段階では、前記現在のフレームの映像信号に対する傾きｓｌｏｐｅ、前記最小値ｂ、および所定の定数ｃを用い、前記現在のフレームの映像信号の示す階調値Ｄを出力映像信号の示す階調値Ｄ’に、数式Ｄ’＝（Ｄ−ｂ）×ｓｌｏｐｅ＋ｃに従って変換し、
   前記所定の定数ｃを前記最小値ｂと等しく設定する、表示装置の駆動方法。
9. 前記階調の最小値と最大値とを算出する段階の前に、前記現在のフレームの映像信号からノイズを除去する段階をさらに含み、
   前記ノイズを除去する段階は、前記現在のフレームの映像信号の示す各画素の階調値を、その画素と周辺の画素と間での階調の加重平均値に置換する段階を含む、請求項８に記載の表示装置の駆動方法。
10. 現在のフレームの映像信号の示す階調の平均値、最大値、最小値、および、前記現在のフレームの直前のフレームの映像信号の示す階調の平均値に基づいて前記現在のフレームの映像信号を補正して出力映像信号に変換する信号制御部、
    前記出力映像信号をデータ電圧に変換するデータ駆動部、並びに、
    前記データ電圧に従って映像を表示する表示パネル、
    を備えており、
    前記信号制御部は、
    前記最小値、前記最大値、および、前記現在のフレームと前記直前のフレームとのそれぞれでの階調の平均値に基づいて、前記現在のフレームの映像信号に対する傾きを算出し、前記傾きに基づく線形変換によって前記現在のフレームの映像信号を前記出力映像信号に変換するものであって、
    前記現在のフレームの映像信号に対する傾きｓｌｏｐｅを、前記現在フレームでの階調の平均値ｃｕｒ＿ａｖｇ、前記直前のフレームでの階調の平均値ｐｒｅｖ＿ａｖｇ、表示可能な階調範囲の幅Ｇｗ、前記直前のフレームでの傾きｐｒｅ＿ｓｌｏｐｅ、前記最大値ａ、および前記最小値ｂに応じて次式に従って算出し、
    前記現在のフレームの映像信号に対する傾きｓｌｏｐｅと前記最小値ｂとを用い、前記現在のフレームの映像信号の示す階調値Ｄを前記出力映像信号の示す階調値Ｄ’に、数式Ｄ’＝（Ｄ−ｂ）×ｓｌｏｐｅ＋ｂに従って変換する表示装置。