(57)【要約】  【課題】  階調数を容易に増加させて被写体に忠実な画像を表示することができるモノクロ表示装置を提供すること。  【解決手段】  直視型モノクロ表示装置１０は、画像を表示する画像表示部２０と、画像信号の垂直方向の走査を制御するゲートドライバ回路４０と、画像信号の水平方向の走査を制御するソースドライバ回路５０とを備え、ソースドライバ回路５０は、画像信号の階調レベルを表すデジタル信号を入力してアナログ信号に変換するＤＡコンバータ５２ａ、５２ｂ及び５２ｃと、ＤＡコンバータ５２ｂの出力信号を減算する減算器５３と、ＤＡコンバータ５２ｃの出力信号を減算する減算器５４と、ＤＡコンバータ５２ｂ及び５２ｃの出力信号のオフセットレベルを設定するオフセットレベル設定回路５５と、階調レベルを電圧値に変換するレベル／電圧変換回路５６とを備える。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のサブピクセルを含む画素と、所定の階調レベルに対応した電圧を前記画素に印加する電圧印加手段とを有し、
前記電圧印加手段は、前記複数のサブピクセルの輝度が互いに異なるよう前記所定の階調レベルをそれぞれ所定量低下させる方向にシフトさせるレベルシフト部を備えたことを特徴とするモノクロ表示装置。
【請求項２】
前記画素は、第１サブピクセル、第２サブピクセル及び第３サブピクセルを含み、
前記レベルシフト部は、前記第２サブピクセルの階調レベルを前記第１サブピクセルの階調レベルよりも単位階調レベルのほぼ１／３低下させる方向にシフトさせ、前記第３サブピクセルの階調レベルを前記第１サブピクセルの階調レベルよりも単位階調レベルのほぼ２／３低下させる方向にシフトさせることを特徴とする請求項１に記載のモノクロ表示装置。
【請求項３】
前記画素をマトリクス状に配置した直視型の画像表示部を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のモノクロ表示装置。
【請求項４】
前記画素をマトリクス状に配置した投写型の画像表示部を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のモノクロ表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば液晶素子を備えたモノクロ表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のモノクロ表示装置としては、例えば医療の分野において使用されるＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ  Ｒａｙ  Ｔｕｂｅ）が知られている。近年、省スペース化及び省電力化等を目的として、モノクロ表示装置はＣＲＴから液晶表示装置に代わりつつある。医療の分野においては、内視鏡やＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ：磁気共鳴映像法）等による画像診断を高精度で実施するため、細部にわたって被写体に忠実な画像を表示できるモノクロの液晶表示装置が求められている。
【０００３】
被写体に忠実な画像を表示する方法としては、液晶表示装置の階調数を増加させる方法があるが、従来のモノクロの液晶表示装置において、階調数を増加させようとすると、画素毎に印加電圧を極めて詳細に調整する必要が生じ、実用化するのは非常に困難であった。
【０００４】
そこで、従来のモノクロの液晶表示装置において、階調数を増加させる手法としてディザ法が用いられている（例えば、非特許文献１参照。）。このディザ法は、細かなパターンや速い動きは人間には見えにくく、その空間的あるいは時間的平均を見るという人間の視覚特性を利用したものである。
【０００５】
例えば、０、１、２、・・・、２５４、２５５とで表される２５６個の輝度レベルを表示可能な液晶表示装置において、例えば図６に示すようなパターンで輝度レベル４及び５の画像を表示すると、細かな輝度レベルの分布が人間には見えにくいため、表示された画像は、輝度レベル４．５の一様なパターンであると認識される。４画素を組にしてディザ法による処理を行った場合、０．２５レベル刻みで画像を表示できるため、１０２４レベル（０．０、０．２５、０．５、０．７５、１．０、１．２５、・・・、２５４．７５、２５５）が表示可能となる。したがって、従来のモノクロの液晶表示装置は、ディザ法を用いることによって、元の階調数に対し数倍の階調数の画像を表示することができるので、以前のものよりも被写体に忠実な画像を表示することができる。
【非特許文献１】日本色彩学会編「新編色彩科学ハンドブック」（東京大学出版会、ｐ１１７０，１９９８年）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のモノクロの液晶表示装置では、ディザ法を用いた画像を表示すると表示画像に特有の模様が現れる場合があり、また、被写体の輝度がなだらかに変化しているときにはディザ法で対応できない場合があるという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、階調数を容易に増加させて被写体に忠実な画像を表示することができるモノクロ表示装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のモノクロ表示装置は、複数のサブピクセルを含む画素と、所定の階調レベルに対応した電圧を前記画素に印加する電圧印加手段とを有し、前記電圧印加手段は、前記複数のサブピクセルの輝度が互いに異なるよう前記所定の階調レベルをそれぞれ所定量低下させる方向にシフトさせるレベルシフト部を備えた構成を有している。
【０００９】
この構成により、本発明のモノクロ表示装置は、レベルシフト部が、複数のサブピクセルの輝度が互いに異なるよう所定の階調レベルをそれぞれ所定量低下させる方向にシフトさせるので、階調数を容易に増加させて被写体に忠実な画像を表示することができる。
【００１０】
また、本発明のモノクロ表示装置は、前記画素は、第１サブピクセル、第２サブピクセル及び第３サブピクセルを含み、前記レベルシフト部は、前記第２サブピクセルの階調レベルを前記第１サブピクセルの階調レベルよりも単位階調レベルのほぼ１／３低下させる方向にシフトさせ、前記第３サブピクセルの階調レベルを前記第１サブピクセルの階調レベルよりも単位階調レベルのほぼ２／３低下させる方向にシフトさせる構成を有している。
【００１１】
この構成により、本発明のモノクロ表示装置は、レベルシフト部が、第２サブピクセルの階調レベルを第１サブピクセルよりも単位階調レベルのほぼ１／３低下させるようシフトさせ、第３サブピクセルの階調レベルを第１サブピクセルよりも単位階調レベルのほぼ２／３低下させるようシフトさせるので、階調数を容易に増加させて被写体に忠実な画像を表示することができる。
【００１２】
さらに、本発明のモノクロ表示装置は、前記画素をマトリクス状に配置した直視型の画像表示部を備えた構成を有している。
【００１３】
この構成により、本発明のモノクロ表示装置は、レベルシフト部が、複数のサブピクセルの輝度が互いに異なるよう所定の階調レベルをそれぞれ所定量低下させる方向にシフトさせるので、階調数を容易に増加させることができ、被写体に忠実な画像を直視型の画像表示部に表示することができる。
【００１４】
さらに、本発明のモノクロ表示装置は、前記画素をマトリクス状に配置した投写型の画像表示部を備えた構成を有している。
【００１５】
この構成により、本発明のモノクロ表示装置は、レベルシフト部が、複数のサブピクセルの輝度が互いに異なるよう所定の階調レベルをそれぞれ所定量低下させる方向にシフトさせるので、階調数を容易に増加させることができ、被写体に忠実な画像を投写型の画像表示部に表示することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、階調数を容易に増加させて被写体に忠実な画像を表示することができるというモノクロ表示装置を提供することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、本発明のモノクロ表示装置を液晶素子で構成された直視型モノクロ表示装置に適用した例を挙げて説明する。
【００１８】
まず、本実施の形態の直視型モノクロ表示装置の構成について図１〜図３を用いて説明する。
【００１９】
図１に示すように、本実施の形態の直視型モノクロ表示装置１０は、画像を表示する画像表示部２０と、画像信号の垂直方向の走査を制御するゲートドライバ回路４０と、画像信号の水平方向の走査を制御するソースドライバ回路５０とを備えている。
【００２０】
画像表示部２０は、水平及び垂直方向に沿ってマトリクス状に配置された画素３０を備えている。なお、図１においては、構成を簡単にするため、２行２列のマトリクス状に画素３０が配置された直視型モノクロ表示装置１０を示している。
【００２１】
画素３０は、それぞれ、第１サブピクセル３０ａ、第２サブピクセル３０ｂ及び第３サブピクセル３０ｃを備えている。第１サブピクセル３０ａ、第２サブピクセル３０ｂ及び第３サブピクセル３０ｃは、それぞれ、サブピクセル電極３１ａ、３１ｂ及び３１ｃと、トランジスタスイッチ３２ａ、３２ｂ及び３２ｃとを備えている。第１サブピクセル３０ａ、第２サブピクセル３０ｂ及び第３サブピクセル３０ｃは、それぞれ、垂直方向において垂直選択線４１によって指定され、水平方向において水平選択線５１によって指定されるようになっている。
【００２２】
ここで、画像表示部２０の構成について、図２を用いて説明する。図２（ａ）は、本実施の形態の直視型モノクロ表示装置１０に係る画像表示部２０の断面図を上段に示し、正面図を下段に示している。また、図２（ｂ）は、従来の直視型カラー表示装置に係る画像表示部の断面図を上段に示し、正面図を下段に示している。なお、図２（ａ）及び図２（ｂ）の正面図は、共に矢印Ａ方向から見た図である。
【００２３】
画像表示部２０は、図２（ａ）に示すように、第１サブピクセル３０ａ、第２サブピクセル３０ｂ及び第３サブピクセル３０ｃを含む画素３０と、例えばＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）アレイ基板で構成され、液晶材が注入された液晶パネル３４と、液晶パネル３４の背面から光を照射するバックライト３５と、サブピクセル電極３１ａ、３１ｂ及び３１ｃに対向配置された透明電極３６とを備えている。
【００２４】
バックライト３５は、例えば蛍光管で構成されている。サブピクセル電極３１ａ、３１ｂ、３１ｃ及び透明電極３６は、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ：インジウム錫酸化物）で構成されている。サブピクセル電極３１ａ、３１ｂ及び３１ｃと、透明電極３６との間に電圧を印加した際に生じる電界に基づき、液晶パネル３４内の液晶分子が所定の方向に配向されることによって、バックライト３５から透明電極３６側に進む光の光量が制御され、画素３０の輝度レベルが設定されるようになっている。
【００２５】
画像表示部２０は、図２（ｂ）に示された従来の直視型カラー表示装置の画像表示部から、第１サブピクセル３０ａ、第２サブピクセル３０ｂ及び第３サブピクセル３０ｃの上に設けられたＲ（赤）、Ｇ（緑）及びＢ(青)の各色を透過させるカラーフィルタ３７を除去したものである。したがって、従来の直視型カラー表示装置の製造工程において、カラーフィルタ３７を形成する工程を省くことにより、画像表示部２０は容易に得られる。
【００２６】
ゲートドライバ回路４０及びソースドライバ回路５０は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等で構成され、それぞれ、所定のパルス信号を生成して垂直選択線４１及び水平選択線５１に出力するようになっている。また、ゲートドライバ回路４０及びソースドライバ回路５０は、制御回路（図示省略）から所定の制御信号が送られ、動作が制御されるようになっている。
【００２７】
ソースドライバ回路５０は、図３に示すように、画像信号の階調レベルを表すデジタル信号を入力してアナログ信号に変換するＤＡコンバータ５２ａ、５２ｂ及び５２ｃと、ＤＡコンバータ５２ｂの出力信号を減算する減算器５３と、ＤＡコンバータ５２ｃの出力信号を減算する減算器５４と、ＤＡコンバータ５２ｂ及び５２ｃの出力信号のオフセットレベルを設定するオフセットレベル設定回路５５と、階調レベルを電圧値に変換するレベル／電圧変換回路５６とを備えている。
【００２８】
なお、図３においては、説明を簡略化するため、１つの画素３０に出力される画像信号に係る構成のみを示し、画像信号の走査に係る構成の図示は省略している。また、ソースドライバ回路５０は、本発明の電圧印加手段を構成している。また、減算器５３及び５４、オフセットレベル設定回路５５は、本発明のレベルシフト部を構成している。
【００２９】
ＤＡコンバータ５２ａ、５２ｂ及び５２ｃは、それぞれ、第１サブピクセル３０ａ、第２サブピクセル３０ｂ及び第３サブピクセル３０ｃに入力される階調レベルを表すデジタル信号を入力するようになっている。例えば、８ビットの階調レベルで画像を表現する場合は、２５６段階のレベルに応じたデジタル信号が入力される。第１サブピクセル３０ａ、第２サブピクセル３０ｂ及び第３サブピクセル３０ｃは、それぞれ、この階調レベルに応じた輝度レベルで画像を表示するようになっている。
【００３０】
オフセットレベル設定回路５５は、ＤＡコンバータ５２ｂ及び５２ｃの出力信号の階調レベルを、それぞれ、単位階調レベルの１／３及び２／３だけ低下させるオフセットレベル設定用の信号を出力するようになっている。ここで、単位階調レベルとは、例えば階調が２５６階調の場合、２５６分割されたうちの１つ当たりの階調のレベルをいう。なお、オフセットレベル設定回路５５によって設定されるレベルは、単位階調レベルの１／３及び２／３と完全に一致するものに限るものではない。
【００３１】
減算器５３は、ＤＡコンバータ５２ｂの出力信号から、オフセットレベル設定回路５５の出力信号を減算するようになっている。減算器５４は、ＤＡコンバータ５２ｃの出力信号から、オフセットレベル設定回路５５の出力信号を減算するようになっている。
【００３２】
レベル／電圧変換回路５６は、ＤＡコンバータ５２ａから出力される階調レベルを表す信号と、ＤＡコンバータ５２ｂの出力信号から単位階調レベルの１／３だけ低減された階調レベルを表す信号と、ＤＡコンバータ５２ｃの出力信号から単位階調レベルの２／３だけ低減された階調レベルを表す信号とを入力して、階調レベルに対応した電圧値に変換し、それぞれ、第１サブピクセル３０ａ、第２サブピクセル３０ｂ及び第３サブピクセル３０ｃに電圧を印加するようになっている。
【００３３】
ここで、本実施の形態の直視型モノクロ表示装置１０において、１画素で表現できる階調について従来のものと比較しながら図４を用いて説明する。
【００３４】
まず、従来の直視型モノクロ表示装置は、図４（ａ）に示すように、画素内にサブピクセルを持たない構成となっている。したがって、１つの画素で表現できる輝度の階調が、そのまま直視型モノクロ表示装置の表現可能な輝度の階調となる。
【００３５】
次に、従来の直視型カラー表示装置は、図４（ｂ）に示すように、Ｒ、Ｇ及びＢの各色を表示するための３つのサブピクセルを１画素内に持たせることでカラー表示を実現している。例えば、３つのサブピクセルがそれぞれ８ビットの階調レベルで表される場合は、従来の直視型カラー表示装置は、約１６７０万色のカラー表示を実現することができる。ただし、図４（ｂ）のグラフに示すように、３つのサブピクセルが表現できる階調レベルは、同一の離散値である。
【００３６】
一方、本実施の形態の直視型モノクロ表示装置１０は、前述のように従来の直視型カラー表示装置からカラーフィルタを取り除いたものであるので、３つのサブピクセルを１画素内に備えている。また、本実施の形態の直視型モノクロ表示装置１０は、減算器５３及び減算器５４と、オフセットレベル設定回路５５とによって、第２サブピクセル３０ｂ及び第３サブピクセル３０ｃの階調レベルが変更されているので、従来のものよりも輝度階調数を大幅に増加させることができる。
【００３７】
具体的には、図４（ｃ）に示すように、第１サブピクセル３０ａの階調レベルは、入力されたレベルのままにしておき、第２サブピクセル３０ｂの階調レベルを単位階調レベルの１／３だけ低下させる方向にシフトさせ、第３サブピクセル３０ｃの階調レベルを単位階調レベルの２／３だけ低下させる方向にシフトさせる。このとき、各サブピクセルが表現できる階調数はシフト前後で同じであるが、各サブピクセルが表現できる階調レベルは互いに異なる離散値となっている。
【００３８】
また、図５に示すように、従来の直視型モノクロ表示装置で表現できる階調をＭ階調とすると、本実施の形態の直視型モノクロ表示装置１０は、３つのサブピクセルが表示可能な輝度レベルが互いに異なるため、２３倍すなわち８Ｍ階調の表現が可能となるが、実際には互いのレベル差が１／３ずつずれているため自由度が１つ減っており、７Ｍ階調が実現できることになる。
【００３９】
次に、本実施の形態の直視型モノクロ表示装置１０の動作について図１〜図３を用いて説明する。
【００４０】
まず、ゲートドライバ回路４０及びソースドライバ回路５０によって、画像を表示する画素３０が順次選択される。具体的には、ゲートドライバ回路４０によって、第１行の垂直選択線４１が選択された後、ソースドライバ回路５０によって、第１列から第３列までの水平選択線５１にパルス信号が印加されることにより、トランジスタスイッチ３２ａ、３２ｂ、３２ｃがオンにされ、第１行の第１サブピクセル３０ａ、第２サブピクセル３０ｂ及び第３サブピクセル３０ｃに画像信号が出力される。同様に、ソースドライバ回路５０によって、第４列から第６列までの水平選択線５１にパルス信号が印加される。さらに、同様に、ゲートドライバ回路４０によって、第２行の垂直選択線４１が選択された後、ソースドライバ回路５０によって、第１列から第６列までの水平選択線５１にパルス信号が印加されることにより、画像表示部２０に含まれる全部の画素３０が走査される。
【００４１】
次いで、選択された画素３０に接続されたＤＡコンバータ５２ａ、５２ｂ及び５２ｃによって、第１サブピクセル３０ａ、第２サブピクセル３０ｂ及び第３サブピクセル３０ｃに対する階調レベルを表すデジタル信号がそれぞれ入力され、階調レベルを表すデジタル信号がアナログ信号に変換される。ここで、ＤＡコンバータ５２ａからの出力信号は、レベル／電圧変換回路５６に出力される。ＤＡコンバータ５２ｂ及び５２ｃからの出力信号は、それぞれ、減算器５３及び５４に出力される。
【００４２】
次いで、オフセットレベル設定回路５５によって、ＤＡコンバータ５２ｂから出力される階調レベルを、単位階調レベルの１／３だけ低下させるオフセットレベル設定用の信号が減算器５３に出力される。また、オフセットレベル設定回路５５によって、ＤＡコンバータ５２ｃから出力される階調レベルを、単位階調レベルの２／３だけ低下させるオフセットレベル設定用の信号が減算器５４に出力される。
【００４３】
続いて、減算器５３によって、ＤＡコンバータ５２ｂの出力信号からオフセットレベル設定回路５５の出力信号が減算される。また、減算器５４によって、ＤＡコンバータ５２ｃの出力信号からオフセットレベル設定回路５５の出力信号が減算される。
【００４４】
次いで、レベル／電圧変換回路５６によって、ＤＡコンバータ５２ａの出力信号と、減算器５３の出力信号と、減算器５４の出力信号とが入力され、それぞれ、階調レベルに対応する電圧値に変換される。さらに、レベル／電圧変換回路５６によって、変換後の電圧が、第１サブピクセル３０ａ、第２サブピクセル３０ｂ及び第３サブピクセル３０ｃにそれぞれ印加される。
【００４５】
そして、第１サブピクセル３０ａ、第２サブピクセル３０ｂ及び第３サブピクセル３０ｃによって、それぞれ、印加電圧に応じた輝度で画像が表示される。
【００４６】
以上のように、本実施の形態の直視型モノクロ表示装置１０によれば、減算器５３及び５４、オフセットレベル設定回路５５は、第２サブピクセルの階調レベルを第１サブピクセルの階調レベルよりも単位階調レベルの１／３だけ低下させる方向にシフトさせ、第３サブピクセルの階調レベルを第１サブピクセルの階調レベルよりも単位階調レベルの２／３だけ低下させる方向にシフトさせる構成としたので、階調数を容易に増加させて被写体に忠実な画像を表示することができる。
【００４７】
また、本実施の形態の直視型モノクロ表示装置１０によれば、画像表示部２０は、従来の直視型カラー表示装置の製造工程において、カラーフィルタ３７を形成する工程を省くことにより容易に得られるので、低コストで階調数を容易に増加させて被写体に忠実な画像を表示することができる。
【００４８】
なお、前述の実施の形態において、バックライト３５を備えた直視型モノクロ表示装置１０の例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４９】
例えば、バックライト３５を省き、サブピクセル電極３１ａ、３１ｂ及び３１ｃをアルミニウム膜等に変更し、外光を利用した反射式の直視型モノクロ表示装置としても同様の効果を得ることができる。また、画像表示部２０からの光を集光する集光レンズを備えてスクリーン等に投影する投写型のモノクロ表示装置としても同様の効果を得ることができる。
【００５０】
また、第１サブピクセル３０ａを基準として、第２サブピクセル及び第３サブピクセルの階調レベルを１／３ずつシフトさせる例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば第２サブピクセルを基準として第１サブピクセル及び第３サブピクセルの階調レベルを１／３ずつシフトさせる構成としても同様の効果を得ることができる。
【００５１】
また、１つの画素を３つのサブピクセルで構成する例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、複数のサブピクセルで１つの画素を構成するものであれば同様の効果を得ることができる。
【００５２】
また、本発明のレベルシフト部としての減算器５３及び５４、オフセットレベル設定回路５５をソースドライバ回路５０が備える構成を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明のレベルシフト部をソースドライバ回路５０とは別個に設けても同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の直視型モノクロ表示装置のブロック図
【図２】（ａ）本発明の直視型モノクロ表示装置の断面図及び正面図  （ｂ）従来の直視型カラー表示装置の断面図及び正面図
【図３】本発明の直視型モノクロ表示装置に係る１画素分の駆動回路のブロック図
【図４】（ａ）従来の直視型モノクロ表示装置に係る階調レベルを示す図  （ｂ）従来の直視型カラー表示装置に係る階調レベルを示す図  （ｃ）本発明の直視型モノクロ表示装置に係る階調レベルを示す図
【図５】（ａ）従来の直視型モノクロ表示装置に係る階調レベルを示す図  （ｂ）本発明の直視型モノクロ表示装置に係る階調レベルを示す図
【図６】従来の直視型モノクロ表示装置に係るディザ法による表示例を示す図
【符号の説明】
【００５４】
１０  直視型モノクロ表示装置
２０  画像表示部
３０  画素
３０ａ  第１サブピクセル
３０ｂ  第２サブピクセル
３０ｃ  第３サブピクセル
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ  サブピクセル電極
３２ａ、３２ｂ、３２ｃ  トランジスタスイッチ
３４  液晶パネル
３５  バックライト
３６  透明電極
３７  カラーフィルタ
４０  ゲートドライバ回路
４１  垂直選択線
５０  ソースドライバ回路（電圧印加手段）
５１  水平選択線
５２ａ、５２ｂ、５２ｃ  ＤＡコンバータ
５３、５４  減算器（レベルシフト部）
５５  オフセットレベル設定回路（レベルシフト部）
５６  レベル／電圧変換回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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