(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力されたＮビットの画像データの誤差拡散処理値をＮより小さいｎビットとして決めるステップと、
前記Ｎビットの画像データをＮより大きいか、等しいＭビットの最適データコードに変換するが、この最適データコードにより表現される上位（Ｍ−ｎ）ビットデータの最大値は、二進コード体系により表現される前記Ｎビットの画像データの最大値より大きいか、等しくなるべき第１コード選択基準と、誤差拡散法により発生する新たな階調レベルのうち、相互隣接する階調レベルの数を最小とすべき第２コード選択基準とを満足させるように選択された（Ｍ−ｎ）ビットの画像データコードと空間変調のためのｎビットの付加コードよりなる最適のＭビットデータコードに変換するステップと、
前記最適のＭビットに変換された画像データのうち、前記誤差拡散処理値であるｎビットほどを誤差拡散処理するステップと、
前記ｎビットほど誤差拡散処理された前記（Ｍ−ｎ）ビットの画像データコードを画像として表示するステップと、を含むことを特徴とする画像表示装置の多階調表示方法。
【請求項２】
前記Ｍビットの最適データコードに変換するステップにおいて、前記第１コード選択基準及び前記第２コード選択基準を同時に満足させるコード体系が二つ以上ある場合、最上位ビットと最下位ビットのデータ値の加重値の差を最小とすべき最適コード体系を選択する第３コード選択基準と、各データビット間の加重値の差を最小とすべき最適データコードを選択する第４選択基準とを満足させるように、前記Ｎビットの画像データを前記Ｍビットの最適データコードに変換することを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置の多階調表示方法。
【請求項３】
前記画像を表示するステップにおいて、前記（Ｍ−ｎ）ビットの画像データコードを電圧大きさ変調方式やフレーム変調方式を用いて階調化を具現することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像表示装置の多階調表示方法。
【請求項４】
入力されたＮビットの画像データの誤差拡散処理値をＮより小さいｎビットとして決めるステップと、
前記Ｎビットの画像データをＮより大きいか、等しいＭビットの最適データコードに変換するが、最上位ビットと最下位ビットとのデータ値の加重値の差を最小とすべき最適コード体系を選択する第３コード選択基準と、各データビット間の加重値の差を最小とすべき最適コード体系を選択する第４コード選択基準とを満足させるように選択された（Ｍ−ｎ）ビットの画像データコード及び空間変調のためのｎビットの付加コードよりなるＭビットの最適データコードに変換するステップと、
前記最適のＭビットに変換された画像データのうち、前記誤差拡散処理値であるｎビットほどを誤差拡散処理するステップと、前記ｎビットほど誤差拡散処理された前記（Ｍ−ｎ）ビットの画像データコードを画像として表示するステップと、
を含むことを特徴とする画像表示装置の多階調表示方法。
【請求項５】
前記Ｍビットの最適データコードに変換するステップにおいて、前記第３コード選択基準及び前記第４コード選択基準を同時に満足させるコード体系が二つ以上ある場合、前記最適コード体系により表現される最大値は二進コード体系により表現される前記画像データの最大値と一致すべき第１コード選択基準と、誤差拡散法により発生する新たな階調レベルのうち、相互隣接する階調レベルの数を最小とすべき第２コード選択基準とを満足させるように、前記Ｎビットの画像データを前記Ｍビットの最適データコードに変換することを特徴とする請求項４に記載の画像表示装置の多階調表示方法。
【請求項６】
前記画像を表示するステップにおいて、前記（Ｍ−ｎ）ビットの画像データコードを電圧大きさ変調方式やフレーム変調方式を用いて階調化を具現することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の画像表示装置の多階調表示方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は駆動電圧を立ち下げ、サブフレーム間の駆動電圧大きさの変化率も大幅に下げつつ、階調レベルの飽和領域なしに全階調を表示することのできる実効電圧応答特性を有する画像表示装置の多階調表示方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に画像表示装置としては液晶表示装置、プラズマディスプレイパネル及び電子蛍光表示器などがある。この画像表示装置の従来の多階調表示方法を説明すれば、次のとおりである。
【０００３】
現在、画像表示装置として多用されているマトリックス液晶表示装置は、基本的にその表示装置の走査線を制御する走査電極と各走査線の選択時に各画素上のデータ表示を制御するデータ電極より構成される。
【０００４】
この単純マトリックス液晶表示装置の駆動方式としては、図７に示されたように、多重化による線順次駆動方式を用いる電圧平均化法が駆動方式の標準として用いられている。図７は、電圧平均化法により２×６画素より構成される単純マトリックス液晶表示素子を線順次駆動方式で駆動する場合の走査電極及びデータ電極に印加される駆動信号波形図及び前記走査電極とデータ電極駆動信号に応じて画素に印加される信号の波形図である。
【０００５】
線順次駆動方式においては、図７の（ａ）に示されたように、走査電極（ロー番号１，２，３，４，５，６）に電圧Ｖｓのパルス（走査電極駆動信号）が順次に印加されると共に、図７の（ｂ）に示されたように、データ電極（コラム番号１，２）に電圧＋Ｖｄ，−Ｖｄのパルス（データ電極駆動信号）が印加される。従って、図７の（ｃ）に示されたように、電圧Ｖｓ，Ｖｄの平均電圧により形成された画素信号に応じて、図７の（ｄ）に示されたように、素子が駆動される。
【０００６】
しかしながら、この方式は液晶の応答速度が遅い場合、すなわち、液晶表示素子の反応時間が４００ｍｓｅｃ程度の場合にのみ、画像のコントラストを失わずに用いられる。
【０００７】
従って、コンピューターのマウスの移動速度及び動画像の表示速度に対応する高速応答特性を必要とする分野においては、多重線走査（Multi-Line Scanning;ＭＬＳ）方式またはアクティブアドレス（Active Address；ＡＡ）方式が用いられている。
【０００８】
図８は、ＭＬＳ方式またはＡＡ方式を適用して液晶表示素子を駆動する場合の走査電極及びデータ電極に印加する信号を示す説明図である。同図に示したように、ＭＬＳ方式は複数の走査電極（Ｆ1 〜Ｆ5 ；五個の走査電極が１０個以上選択されると仮定する）が時刻ｔに同時に選択されて駆動される方式であり、ＡＡ方式は全ての走査電極（Ｆ1 〜Ｆ5 ；走査電極は五個のみ存在し、いずれも選択されると仮定する）が時刻ｔに同時に選ばれて駆動される方式である。
【０００９】
この際、データ電極Ｇ1 には、
Ｇ1 (t) ＝−ｃＦ1 (t) ＋ｃＦ2 (t) −ｃＦ3 (t) ＋ｃＦ4 (t) ＋ｃＦ5 (t)
（ｃは任意の定数）
のように表れるデータ電極の駆動信号が印加されて二つの画素が“オン”となる。
【００１０】
このように、複数の走査電極を同時に駆動することにより、液晶表示素子のデューティ比を増やして高速応答の液晶表示素子に適用することができる。しかしながら、多数のデータ電圧を要し、かつ現在の駆動環境では画面データの記憶装置及び演算回路等をさらに要する。
【００１１】
このような線順次駆動方式の電圧平均化法やＭＬＳ方式（またはＡＡ方式）により階調を表示する方法としては、次に述べるように、フレーム変調階調表示法、振幅変調階調表示法、面積分割階調表示法、電圧及びフレーム変調階調表示法、電圧大きさ変調階調表示法、誤差拡散による階調表示法がある。
【００１２】
１．フレーム変調階調表示方式
フレーム変調階調表示方式は、単純マトリックス構造の液晶表示素子で最も一般的に用いる方法であって、複数のサブフレームを一画面の表示単位で駆動する。すなわち、複数のサブフレームのうち、“オン”選択サブフレームの数に応じて階調水準が表示される。この方式は、液晶のオン／オフ状態のみを制御することのできる単純マトリックス構造の液晶表示装置の駆動において走査電極駆動信号とデータ電極駆動信号の両方が二進値を有するので、駆動費用が少なくて階調方式の標準として用いられてきた。
【００１３】
しかしながら、表示階調の数が増えるほど、一画面の表示周波数は低くなり、動画像に好適の表示速度の実現には問題がある。また、画面表示周波数の低下による画面のフリッカー現象も画質を劣化させる原因となる。
【００１４】
図９は、七つのサブフレームにて８階調を実現するフレーム変調階調表示方式を示す。ここで、走査電極駆動信号のパルス幅及び電圧はそれぞれｔ（ｓ）及びＶ（ｓ）であり、Ｖｎｓは基準電圧である。そして、データ電極駆動信号のパルス電圧は＋Ｖｄ及び−Ｖｄより構成される。
【００１５】
同図に示したように、二番目及び七番目の階調レベルで画面周波数（データ電極駆動信号）が急激に減るため、サブフレームの数を増やして二番目及び七番目の階調レベル表示の周波数を増やす方式が適用されている。
【００１６】
ここで、図９に示された二番目乃至七番目の階調レベルではデータ電極駆動信号の周波数が一致するが、実はデータ電極駆動信号は走査電極駆動信号が“オン”の場合のみ有効である。従って、二番目及び七番目の階調レベル表示のデータ電極駆動信号の周波数が最も低い。
【００１７】
２．振幅変調階調表示方式
振幅変調階調表示方式は、図１０に示されたように、データ電極駆動信号（Ｙ）及び選択パルス幅ｄを有する走査電極駆動信号（Ｘ）の両方がそれぞれ二つの電圧レベルだけで駆動されるという長所がある。
【００１８】
しかしながら、データ電圧の印加幅ｆは所望の階調数により分割されるべきなので、駆動周波数が増える。また、液晶表示素子は速いデータ電極駆動信号に反応できないので、表示可能な階調数は限定される。
【００１９】
３．面積分割階調表示方式
面積分割階調表示方式は駆動ＩＣ数の増加及び画面走査線数の増加など解像度を劣化させる問題点があり、特殊の場合を除いては用いられない。
【００２０】
４．電圧及びフレーム変調階調表示方式
電圧及びフレーム変調階調表示方式は、図１１に示されたように、各データビットにサブフレームを割り当てて、各ビットの加重値に鑑みて駆動電圧の大きさを調整する方式である。
【００２１】
図１１の１６階調を示す電圧及びフレーム変調階調表示方式においては、データ体系が８：４：２：１なので、各フレームの駆動電圧（Ｖｓ，Ｖｄ）の大きさ比は（２×２1/2 ）：２：２1/2 ：１となる。すなわち、各サブフレーム間の駆動電圧差が大きく、かつ駆動電圧の大きさも増える。
【００２２】
この方式において、データ電極のデューティ：１／２４０、Ｖth：２．０の条件で最上位ビット（ＭＳＢ）のデータ信号によりＬＣＤが駆動される場合、走査電圧の大きさＶｓは略３５．４Ｖとなる。フレーム変調階調表示方式において、同じ条件及び場合に走査電極信号Ｖｓの大きさは略２２．６５Ｖである。これはフレーム変調階調表示方式におけるＶｓ値に比べて約１．５６倍以上のＶｓ値の増加を示す。
【００２３】
従って、駆動電圧及び各サブフレームの駆動電圧の大きさ差は、階調の数が増えるほど大きくなるため、結果的に表示階調の数を制限しなければならない。しかしながら、この方式は各サブフレームの駆動電圧の大きさ差が激しいという問題にもかかわらず、データ電極の駆動電位数を極小とすることができ、サブフレームの数も大いに減らせるという長所のため、今後の活用可能性も非常に高いと見込まれている。
【００２４】
５．電圧大きさ変調階調表示方式
電圧大きさ変調階調表示方式は、最近の複数電極同時選択方式（ＡＡ方式）と共に高速応答用の液晶表示装置の実現のために注目されている方式である。その代表的な適用例としては、図１２に示されたように、パルス高さ変調（ＰＨＭ：Pulse Height Modulation ）方式がある。
【００２５】
ここで、走査電極の駆動信号（Ｘ）の選択パルス幅の各半分区間（ｄｔ／２）にパルス高さの異なるデータ電極駆動信号（Ｙ）のパルスがデータ電極に印加される。この方式の場合、データ電極の駆動電位を多数必要とするので、駆動ＩＣのコスト高をもたらす。また、アナログ方式のＩＣを採用する場合、データの処理速度に限界があるなどの問題点が多い。
【００２６】
６．誤差拡散法による階調表示方式
この方式は画像処理技術を用いて空間変調を行い階調化を実現する方式である。この方式は、画像表示装置の駆動費用を大いに減らせると共に充分な画像の階調数を容易に確保できる側面から注目されている。
【００２７】
誤差拡散法による空間変調階調化方式は、一般に図１３に示されたような誤差拡散システムで処理される。このシステムにおいては、表示しようとする元の画素データ（Ｘm ，n ）から以前の画素で発生した誤差値（ｅ′m ，n ）を減算して得られた実効値（ｕm ，n ）を量子化値（ｂm ，n ）に近似させて画面表示データとして用い、実効値（ｕm ，n ）と量子化値（ｂm ，n ）との差を新たな誤差値（ｅm ，n ）として適用する誤差拡散法則により周辺画素に任意の設定比率で誤差値を拡散させる。この作用を走査方向に沿って順次に適用することにより所望の階調レベルを表現することができる。
【００２８】
ここで、Ｑ（* ）は量子化器を示し、ｈm ，n は低域通過フィルターを示す。誤差拡散系の各値は次のとおりである。
【００２９】
ｕm ，n ＝ｘm ，n −ｅ′m ，n 
ｂm ，n ＝Ｑ（ｕm ，n ）（量子化）
ｅm ，n ＝ｂm ，n −ｕm ，n 
ｅ′m ，n ＝ｈm ，n （ｅm ，n ）（低域通過フィルタリング）
【００３０】
このシステムで発生した誤差値を周辺の画素に拡散させる方式としては、Floyd & Steinberg アルゴリズムが最も一般に用いられており、 Jarvis 、 Judice & Ninke アゴリズムや Stucki アルゴリズムなども多用されている。さらに、応用方式により多様なアルゴリズムが開発されて適用されている。
【００３１】
Floyd & Steinberg アルゴリズムは、図１４に示されたように、誤差拡散を、画素Ｐから誤差が周辺の画素Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにそれぞれ７／１６（ｅＡ），１／１６（ｅＢ），５／１６（ｅＣ），３／１６（ｅＤ）拡散されるように行う。この際、画像データは図３に示された順次に誤差拡散処理される。
【００３２】
すなわち、まずＮビットの画像データが入力されると、Ｎビットのうち下位ｎビット（ｎは１，２，３，．．などの整数）が誤差拡散処理され、この誤差拡散処理された（Ｎ−ｎ）ビットの画像データが画像として表示される。
【００３３】
しかしながら、この方法は最上位階調レベルで飽和領域を有する問題点がある。これを図１５のグラフに示す。
【００３４】
図１５は、８ビットデータを誤差拡散法を適用して表示した場合の表示装置の階調表示能力による実質的な階調表現状態を示す。ここで、“ａ”は表示装置が２階調を有する場合の実質的な階調表現状態であって、８ビットデータの最大階調表示数である２8 ＝２５６の半分以上、すなわち、１２８以上の階調レベルは飽和状態となり、階調レベルが区分できなくなる。ｂ、ｃ及びｄはそれぞれ表示装置が４階調、８階調及び１６階調を有する場合の実質的な階調表現状態を示す。また、“ｅ”は８ビットデータの表示限界である２５６階調を示す。
【００３５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記のごとき従来の問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、駆動電圧を大幅に下げることができるとともに駆動電圧の格差を大幅に減らすことができ、ごく低い発生頻度を有する階調レベルのみについて部分的に誤差拡散法を適用することにより、空間変調による画質の劣化を極小とする画像表示装置の多階調表示方法を提供することにある。
【００３６】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために本発明による画像表示装置の多階調表示方法は、入力されたＮビットの画像データの誤差拡散処理値をＮより小さいｎビットとして決めるステップと、
前記Ｎビットの画像データをＮより大きいか、等しいＭビットの最適データコードに変換するが、この最適データコードにより表現される上位（Ｍ−ｎ）ビットデータの最大値は、二進コード体系により表現される前記Ｎビットの画像データの最大値より大きいか、等しくなるべき第１コード選択基準と、誤差拡散法により発生する新たな階調レベルのうち、相互隣接する階調レベルの数を最小とすべき第２コード選択基準とを満足させるように選択された（Ｍ−ｎ）ビットの画像データコードと空間変調のためのｎビットの付加コードよりなる最適のＭビットデータコードに変換するステップと、
前記最適のＭビットに変換された画像データのうち、前記誤差拡散処理値であるｎビットほどを誤差拡散処理するステップと、
前記ｎビットほど誤差拡散処理された前記（Ｍ−ｎ）ビットの画像データコードを画像として表示するステップと、
を含むことを特徴とする。
【００３７】
本発明において、前記Ｍビットの最適データコードに変換するステップで、前記第１コード選択基準及び前記第２コード選択基準を同時に満足させるコード体系が二つ以上ある場合、最上位ビットと最下位ビットのデータ値の加重値の差を最小とすべき最適コード体系を選択する第３コード選択基準と、各データビット間の加重値の差を最小とすべき最適コード体系を選択する第４選択基準とを満足させるように、前記Ｎビットの画像データを前記Ｍビットの最適データコードに変換することが望ましく、前記画像を表示するステップで、前記（Ｍ−ｎ）ビットの画像データコードを電圧大きさ変調方式やフレーム変調方式を用いて階調化を具現することが望ましい。
【００３８】
また、前記目的を達成するために本発明による他の液晶表示素子の多階調表示方法は、
入力されたＮビットの画像データの誤差拡散処理値をＮより小さいｎビットとして決めるステップと、
前記Ｎビットの画像データをＮより大きいか、等しいＭビットの最適データコードに変換するが、最上位ビットと最下位ビットとのデータ値の加重値の差を最小とすべき最適コード体系を選択する第３コード選択基準と、各データビット間の加重値の差を最小とすべき最適コード体系を選択する第４コード選択基準とを満足させるように選択された（Ｍ−ｎ）ビットの画像データコード及び空間変調のためのｎビットの付加コードよりなるＭビットの最適データコードに変換するステップと、
前記最適のＭビットに変換された画像データのうち、前記誤差拡散処理値であるｎビットほどを誤差拡散処理するステップと、前記ｎビットほど誤差拡散処理された前記（Ｍ−ｎ）ビットの画像データコードを画像として表示するステップと、
を含むことを特徴とする。
【００３９】
本発明において、前記Ｍビットの最適データコードに変換するステップで、前記第３コード選択基準及び前記第４コード選択基準を同時に満足させるコード体系が二つ以上ある場合、前記最適コード体系により表現される最大値は二進コード体系により表現される前記画像データの最大値と一致すべき第１コード選択基準と、誤差拡散法により発生する新たな階調レベルのうち、相互隣接する階調レベルの数を最小とすべき第２コード選択基準とを満足させるように、前記Ｎビットの画像データを前記Ｍビットの最適データコードに変換することが望ましく、前記画像を表示するステップで、前記（Ｍ−ｎ）ビットの画像データコードを電圧大きさ変調方式やフレーム変調方式を用いて階調化を具現することが望ましい。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づき本発明の実施の形態を詳しく説明する。
【００４１】
本発明は制限された階調表示能力で二倍以上の階調数を画面に表示するため、誤差拡散法のような空間変調技術を用いる階調表示方法において、従来の画像の二進データコードを、画像表示装置の特性、階調化駆動のためのサブフレーム数及び駆動電圧条件などの表示器システムの環境を考慮した最適のコードに変換し、この変換されたコード値を用いて階調を表示する新たな階調表示方式である。
【００４２】
すなわち、前記変換されたコード値のうち、発生頻度の低い階調レベルについて部分的に誤差拡散法で処理した後、電圧及びフレーム変調階調表示方式により多階調の表示を実現することを特徴とする。
【００４３】
コード変換のための画像データの選択基準は次のとおりである。
【００４４】
１．最適コード体系により表現されるデータの最大値は従来の二進コード体系により表現される画像データの最大値より大きいか、等しくなるようにする。
【００４５】
２．誤差拡散法により発生する新たな階調レベルのうち、相互隣接する階調レベルの数を最小となるようにする。
前記コード選択基準１及び２の条件を満足させるコード体系が二つ以上存在すると、次の選択基準に基づいて最適コード体系を決める。
【００４６】
３．このコード体系は、最上位ビットと最下位ビットのデータ値の加重値の差を最小となるようにする。
【００４７】
４．このコード体系は、各データビット間の加重値の差を最小となるようにする。
【００４８】
上述したように、四つのコード選択基準のうちコード選択基準１は誤差拡散法の適用による階調の飽和領域発生という問題を解決するためであり、コード選択基準２は階調表現の正確性を確保して画質の劣化を最小とするための基準である。これらは次の１６階調のコード体系で詳しく説明する。コード選択基準３及び４は駆動電圧特性の改善のための基準である。
【００４９】
１６階調表示のためのコード体系変換の例としては、次の３ビットのコード体系と４ビットのコード体系がある。１６階調表示のための従来の二進コード体系は“８：４：２：１”の４ビットのコードで構成される。一方、二進コード体系の最下位１ビットのみを誤差拡散した場合には、“８：４：２”の３ビットのデータコードのみが残り、１６階調表示のための画像データが作られる。この場合、階調値１４以上は飽和領域となる。
【００５０】
３ビットコード体系
３ビットコード体系を用いて１６階調を表現するための最適コード体系は次のように選択される。まず、１６階調を表現するためのデータ値のうち、前記選択基準１を満足させつつ、階調値の重畳を発生させない３ビットのデータコードを導出すると、次のように１２個のコード体系が導出される。
【００５１】
0003889837.tif 000002
【００５２】
前記各データコードに誤差拡散法を適用して発生する新たな階調値を導出すれば次の表１のようになる。表１の下線付きの値は相互隣接する階調値を示し、隣接する階調値の連続性が２階調以下の場合には階調表現の正確性を大いに低下させずに用いられる（コード選択基準２に基づく）。従って、データコード (9, 4, 2), (8, 5, 2), (8, 4, 3), (7, 5, 3) のうち、最適コード体系が選択される。
【００５３】
ここで、誤差拡散法による階調値はデータコードのビット値の組合せにより得られない値を用いて求められる。例えば、データコード(12, 2, 1)の場合に組合せにより得られる値は、
1, 2, 3(=1+2), 12, 13(=12+1), 14(=12+2), 15(=12+2+1)
である。ここで、１６ビットの全ての階調値を満たすためには、4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11の値が必要である。この階調値は誤差拡散法により満たされる。
【００５４】
【表１】
0003889837.tif 000003
【００５５】
前記＊の四つのデータコード（選択基準２を満足させる）のうち、データコード (9, 4, 2)は最下位ビットに対する最上位ビットのデータ値の比率が４．５（＝９／２）であって、従来の二進コード体系における最下位ビットを誤差拡散処理した場合の４より大きくて前記選択基準３，４を満足させず、階調レベルの飽和領域だけを解決する（選択基準１を満足する）コード体系なので、最適コード体系の選択対象から除かれる。また、データコード体系 (8, 4, 3)は２階調以下の隣接階調値を四つ有するため、画質劣化の程度が残り二つのコード体系に比べて大きい（選択基準２を満足しない）。結果的に、最適コード体系は (8,5,2)と(7,5,3) コード体系から選択される。これらのコード体系は、隣接する階調値の連続性が二つ以下で同一であり、発生階調数も同様である。従って、選択基準３及び４により最適コード体系が選択される。
【００５６】
コード体系 (8,5,2)及び (7,5,3)において、最下位ビットに対する最上位ビットのデータ値の比率を求めると、それぞれ４（８／２）及び２．３（７／３）であり、かつデータビット間の加重値の差はそれぞれ３及び２であるため、コード体系 (7,5,3)が最適のコード体系として選択される。
【００５７】
図１は、この (7,5,3)の３ビットのコード体系を用いた場合の１６階調表現を示す。同図に示すように、空間の変換されたコード体系において、表現される階調の数は８階調 (0, 3, 5, 7, 8=3+5, 10=3+7, 12=5+7, 15=3+5+7)である。また、誤差拡散法による空間変換方式により新たに発生する階調の数も８階調（ 1, 2, 4, 6, 9, 11, 13, 14）である。
【００５８】
次の表２は、従来の二進コード体系における最下位のビットを誤差拡散処理した階調表示方式（８：４：２の加重値コードを用いる）と、本発明による階調表示方式（７：５：３の加重値コードを用いる）の階調表現状態を示す。
【００５９】
【表２】
0003889837.tif 000004
【００６０】
この表２に示すように、従来の方式の場合は階調値１４以上が飽和状態となることが判る。
【００６１】
一方、誤差拡散法の適用により発生した階調値に対応する輝度レベルの再現性は、誤差拡散処理により発生する新たな階調値のうち、相互隣接して発生する階調値の数により大いに影響される。
【００６２】
例えば、データコード体系 (7,5,3)を用いる場合、階調値４が誤差拡散処理により空間変調された値として発生し、この値を画面上に表現するとき、階調値３と階調値５が５０：５０の比率に画面上に表示されるので、階調値４に対応する輝度レベルの表現が可能である。その反面、階調値１は階調値２と共に誤差拡散処理により発生するので、画面上に階調値１を表現するとき、階調値０と階調値３が６６．６％：３３．３％の比率に画面上に表示される。従って、階調値の差が３である輝度を有する画素が画面の１／３及び２／３を占めるので、画素が画面上で識別される可能性は大きくなり、結果的に階調値１の正確な輝度表現はさらに困難になる。
【００６３】
４ビットコード体系
４ビットコードそれ自体のみで１６階調を表現し得るコードは、 (8,4,2,1)である。このコード体系は正確な１６階調の表現が可能であるが、最下位のビットに対する最上位ビットのデータ値の比率が８（８／１）であって駆動電圧が大きく、サブフレーム間の駆動電圧の変化率も大きい（表６参照）。
【００６４】
４ビットコード体系の適用においては、１６階調表現のうち最小の隣接階調レベル数を有する階調値に誤差拡散法を適用して空間変調させ、駆動電圧を大いに減らせるコード体系を選択して最適コード体系として決める。最適コード体系選択基準１を満足させつつ、１６階調を表現するコード体系は次のように１８個が存在する。
【００６５】
0003889837.tif 000005
【００６６】
このデータコード体系のうち最下位ビットに対する最上位ビットのデータ値の比率が従来の二進コード体系における比率と等しいか、大きいコード体系を除く残りコード体系に誤差拡散法を適用することにより発生する新たな階調値を導出すれば、次の表３のとおりである。
【００６７】
【表３】
0003889837.tif 000006
【００６８】
この表３で誤差拡散法の適用により発生する新たな階調値の数が最小のコード体系を選択すれば、次のとおりである。
【００６９】
(MSB, LSB+2, LSB+1, LSB) = (7,5,2,1), (6,5,3,1), (6,4,3,2)
【００７０】
このコード体系のいずれも誤差拡散処理により二つの新たな階調値を有するので、最適コード選択基準３及び４により最適のコード体系を選択する。従って、最下位ビットに対する最上位ビットのデータ値の比率が最も小さいコード体系 (6,4,3,2)が最適のコード体系として選択される。コード体系 (6,4,3,2)に対する１６階調表現は図２に示したとおりである。
【００７１】
本発明の最適コード選択基準は１６階調以上及び１６階調以下に適用されることができる。この最適コード体系を用いた階調化の実現は、図３に示したように従来の誤差拡散方式において、Ｎビットの画像データのうち最下位ビット（ＬＳＢ：least significant bit)からｎビット（ｎは１，２，３，．．などの整数）を誤差拡散アルゴリズムによりデータ処理した後、得られた変調された画像データを用いてＭＳＢから（Ｎ−ｎ）ビットを画像表示器に出力するが、図４に示されたようなアルゴリズムで具現される。
【００７２】
第一に、Ｎビットの二進画像データを液晶表示装置の階調表示に最適のＭビットコードに画像データのコードを変換する。すなわち、Ｎビットの画像データを最適のコード選択基準により選択された最適コード体系（（Ｍ−ｎ）ビット）と空間変調処理のための付加コード（ｎビット）に変換する。
【００７３】
第二に、Ｍビットに変換された画像データのうち、空間変調処理のためのｎビット（ｎは１，２，３．．などの整数）の付加コードについて空間変調を行う。空間変調方式には従来の誤差拡散法や用いられる表示器の特性に適する方式などが用いられる。
【００７４】
第三に、最適コード体系（（Ｍ−ｎ）ビット）により表現された画像データを階調表示方式により表示することにより階調化を実現する。
【００７５】
このような最適コード体系で構成された画像データを従来の電圧及びフレーム変調階調表示方式のように三つのサブフレームで構成して１６階調を実現するためには、次のようにコード変換が行われる。
【００７６】
まず、前記のように最適コード変換方法の実例として、前記表１から得られた３ビットの１６階調表現のための最適コード体系 (7,5,3)と付加コード (1,1)への画像データ変換は表４の通りである。
【００７７】
【表４】
0003889837.tif 000007
【００７８】
この表４からのコード変換論理は次の表５の通りである。
【００７９】
【表５】
0003889837.tif 000008
【００８０】
また、前記のような最適コード変換方法の他の実施形態であって、前記表３から得られた４ビットの１６階調表現のための最適コード体系 (6,4,3,2)と付加コード１への変換も同じく行われる。
【００８１】
このように画像データを最適コードに変換した後は、Floyd & Steinberg アルゴリズムのような従来の誤差拡散処理方式を用いて空間変調を行うことにより、画像データを変調する。
【００８２】
次に、変調された画像データについて階調化を行うことにより、画像の階調表現を具現する。ここで、階調表現のために電圧大きさ変調階調表示方式、電圧及びフレーム変調階調表示方式などのほとんどの階調化表示方式が用いられる。
【００８３】
電圧及びフレーム変調階調表示方式の適用例として３ビットの最適コード体系 (7,5,3)を用いて１６階調を液晶表示装置に表現する場合の液晶表示装置の走査電極、データ電極の駆動電圧及び駆動信号の波形は表６及び図５に示された通りである。
【００８４】
【表６】
0003889837.tif 000009
【００８５】
この表６において、選択された最適コード体系 (7,5,3)に対する駆動電圧は次の式１により算出される。
【００８６】
【式１】
0003889837.tif 000010
【００８７】
また、４ビットの最適コード体系 (6,4,3,2)を用いた１６階調を液晶表示装置で表現する場合の走査及びデータ電極駆動電圧の特性を従来の二進コード体系を用いた場合の駆動電圧の特性と比べると、次の表７の通りである。
【００８８】
【表７】
0003889837.tif 000011
【００８９】
以上のような本発明による階調表現方式を用いることにより得られる効果を、表８を用いて従来の階調表示方式の特性と比べると次の通りである。
【００９０】
【表８】
0003889837.tif 000012
【００９１】
この表８の方式１、方式２は従来の電圧及びフレーム変調階調表示方式である。方式１は画像データを８：４：２：１の加重値で四つのサブフレームを構成して１６階調を示した場合であり、方式２は方式１の従来の電圧及びフレーム変調階調表示方式で加重データ値８：４：２：１の最下位ビット（ＬＳＢ）を誤差拡散処理した後（空間変調後）、残り３ビット、すなわち、４：２：１（８：４：２）の加重値で三つのサブフレームを構成して１６階調を示した場合であり、方式３は本発明の第１実施形態であって従来の８：４：２：１の加重値を有する画像データコードを７：５：３の加重値を有する最適データコードに変換した後、三つのサブフレームを構成して１６階調を示した場合であり、方式４は本発明の第２実施形態であって従来の８：４：２：１の加重値を有する画像データコードを６：４：３：２の加重値を有する最適データコードに変換した後、四つのサブフレームを構成して１６階調を示した場合であり、この四種の方式について走査電極駆動電圧の最大値及びデータ電極駆動電圧の最大値、そして電圧及びフレーム変調階調表示方式における各サブフレーム間の走査電極駆動信号電圧の変化量及びデータ電極駆動信号電圧の変化量を算出して比べたものである。
【００９２】
この表８に示されたように、本発明による方式３、すなわち、３ビットの最適コード体系 (7,5,3)を用いる１６階調化駆動方式は、最大走査電極駆動電圧が２６．８Ｖ、最大データ電圧駆動電圧が１．７２９Ｖであって、従来の方式１における最大走査電極駆動信号電圧及び最大データ電極駆動信号電圧と比べて８１％程度であり、従来の方式２における最大走査電極駆動進行電圧及び最大データ電極駆動信号電圧と比べて９０．４％程度である。
【００９３】
また、各サブフレーム間の走査電極駆動信号電圧の変化量及びデータ電極駆動信号電圧の変化量は、提案した方式３の場合にはそれぞれ９．２５５Ｖ及び０．５９７Ｖであり、従来の方式１及び方式２の４３．４％及び６２．４％程度である。
【００９４】
さらに、４ビットの最適コード体系 (6,4,3,2)を用いた階調化具現方式である方式４は、最大走査電極駆動信号電圧が２８．６５Ｖ、最大データ電極駆動信号電圧が１．８５Ｖであって、従来の方式１における最大走査電極駆動信号電圧及び最大データ電極駆動信号電圧と比べて８６．６％程度であり、従来の方式２における最大走査電極駆動信号電圧及び最大データ電極駆動信号電圧と比べて方式４の最大走査電極駆動信号電圧及び最大データ電極駆動信号電圧はそれぞれ２８．６５Ｖおよび１．８５Ｖであって９６．６％程度である。そして、各サブフレーム間の走査電極駆動信号電圧の変化量及びデータ電極駆動信号電圧の変化量は、提案された方式４の場合、それぞれ１２．１１Ｖ及び０．７８２Ｖであって従来の方式１及び方式２の５６．６％及び８１．７％程度である。
【００９５】
従って、電極駆動ＩＣの低コストを達成することができ、変化率の低い安定した電極駆動信号の使用により表示画像の安定化及び小型駆動信号によるクロストークの減少効果（駆動信号が小さいほど、隣接電極に発生する微分波誘導電圧が小さいためである）などが得られる。
【００９６】
このように、本発明による多階調表示方式は表示階調数が増えるほど、その実効性は増す。そして、上述した最適コード体系の選択基準１，２，３，４を逆順に活用して、選択基準４，３，２，１にコード体系を選択して多階調表示駆動電圧の特性を改善するコード変換方式が用いられる。
【００９７】
一方、本発明による多階調表示方式を適用した液晶表示素子の駆動装置の一例が図６に示されている。図６のブロック“Ａ”に示されたように、エンコーダ１、誤差拡散論理部２及び誤差バッファーメモリ３が加えられることにより具現される。その他のＮ×Ｍフレームバッファーメモリ４、ＸＯＲアレイ５、和論理６、ディジタル／アナログ変換器７、電圧制御器８、表示制御器９、ロー関数ＲＯＭ１０、ロー関数レジスタ１１、コラム駆動部１２（データ電極駆動部）、ロー駆動部１３（走査電極駆動部）及びＮ×Ｍ液晶表示素子１４などのブロックはＭＬＳ方式またはＡＡ方式適用時の回路を示す。
【００９８】
ここで、エンコーダ１は入力される８：４：２：１の二進コード画像データを７：５：３：１：１の最適コードに変換（エンコーディング）する。
【００９９】
誤差拡散論理部２は誤差バッファーメモリ３に記憶された誤差ビット情報を用いて７：５：３：１：１の下位２ビットを誤差拡散処理して７：５：３の誤差拡散処理されたコードをＮ×Ｍフレームバッファーメモリ４に出力する。
【０１００】
Ｎ×Ｍフレームバッファーメモリ４は、印加される７：５：３の誤差拡散処理されたコードを一時的に貯蔵してデータ処理を円滑に行うようにする。
【０１０１】
ＸＯＲアレイ５は、Ｎ×Ｍフレームバッファーメモリ４から印加される誤差拡散されたコードとロー関数レジスタ１１から印加されるロー関数情報Ｆ1 （ｔ）〜Ｆ5 （ｔ）とをＸＯＲ論理で処理して和論理６に提供する。
【０１０２】
和論理６は、ＸＯＲアレイ５で処理された誤差拡散されたコードとロー関数情報Ｆ1 （ｔ）〜Ｆ5 （ｔ）のＸＯＲ論理値−ｃＦ1 （ｔ），ｃＦ2 （ｔ）、−ｃＦ3 （ｔ），ｃＦ4 （ｔ）およびｃＦ5 （ｔ）を合成して、図８に示されたような、
Ｇ1 （ｔ）＝−ｃＦ1 （ｔ）＋ｃＦ2 （ｔ）−ｃＦ3 （ｔ）＋ｃＦ4 （ｔ）  ＋ｃＦ5 （ｔ）
のアクティブアドレス方式のデータ電極駆動信号を作成する。
【０１０３】
ディジタル／アナログ変換部７は、和論理６で作成されたデータ電極駆動信号をアナログ信号に変換してコラム駆動部１２（データ電極駆動部）に提供する。
【０１０４】
コラム駆動部１２は、前記アナログ変換された信号及び電圧制御器８から提供される適切な電圧で表示制御器９の制御信号に応じて順次に液晶表示器１４のデータ電極を駆動する。
【０１０５】
ロー駆動部１３（走査電極駆動部）はロー関数ＲＯＭ１０の走査電極選択用のロー関数及び電圧制御器８から提供される適切な電圧で表示制御器９の制御信号に応じて順次に液晶表示器１４の走査電極を駆動する。
【０１０６】
電圧制御器８はコラム駆動部１２及びロー駆動部１３に必要な電圧を提供する。
【０１０７】
ロー関数ＲＯＭ１０は走査電極選択用の関数（情報）を記憶しており、ロー関数レジスタ１１はＸＯＲアレイ５に提供されるロー関数を一時的に貯蔵する。
【０１０８】
そして、表示制御器９は走査電極及びデータ電極を適切な順序に駆動するように制御信号をそれぞれ提供する。
【０１０９】
以上のような構成を有する駆動系の動作を説明すると、次の通りである。
【０１１０】
まず、エンコーダ１にＮビットの二進コード（例えば、８：４：２：１の加重値を有する４ビットの二進コード）の画像データが入力されると、エンコーダ１が入力データをＭビットの最適コード（例えば、７：５：３：１：１の加重値を有する５ビット）に変換（エンコーディング）する。
【０１１１】
このＭビット（５ビット）の最適コードで誤差拡散論理部２は誤差バッファーメモリ３に記憶された誤差ビット情報を用いてＭビットの下位ｎビット（７：５：３：１：１の下位２ビット）を誤差拡散処理してＭ−ｎビット（７：５：３）の誤差拡散されたコードを作成する。
【０１１２】
（Ｍ−ｎ）ビットの誤差拡散されたコードは、ロー関数ＲＯＭ１０から提供される走査電極選択用のロー関数（例えば、Ｆ1 （ｔ）〜Ｆ5 （ｔ））と共にＸＯＲ論理処理されて（例えば、−ｃＦ1 （ｔ），ｃＦ2 （ｔ）、−ｃＦ3 （ｔ），ｃＦ4 （ｔ）およびｃＦ5 （ｔ）などのＸＯＲ論理値となる）、和論理６でディジタルのデータ電極駆動信号（例えば、Ｇ1 （ｔ）＝−ｃＦ1 （ｔ）＋ｃＦ2 （ｔ）−ｃＦ3 （ｔ）＋ｃＦ4 （ｔ）＋ｃＦ5 （ｔ））に合成される。
【０１１３】
この合成されたディジタルのデータ電極駆動信号は、Ｄ／Ａ変換器７によりアナログ信号に変換されてコラム駆動部１２に提供され、この信号によりデータ電極が駆動される。
【０１１４】
コラム駆動部１２に提供された前記アナログ変換信号は、電圧制御器８から提供される適切な電圧に変換されて表示制御器９の制御信号に応じて順次に液晶表示器１４のデータ電極を駆動する。
【０１１５】
一方、走査電極はロー関数ＲＯＭ１０から提供される走査電極選択用のロー関数が電圧制御器８から提供される適切な電圧に変換されて表示制御器９の制御信号に応じてロー駆動部１３により順次に選択されて駆動される。
【０１１６】
このように、従来の二進画像データコード体系を他の形態のコード体系に変換して駆動する装置は多様な応用が可能であり、液晶表示素子だけでなく陰極線管、プラズマディスプレイ、電子蛍光表示器などの全ての表示装置へ適用できる。
【０１１７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による画像表示装置の階調表示方法は、従来の二進コード体系を用いず、二進データコード体系のＮビット画像データを画像表示装置の特性及び階調表示駆動のためのサブフレームの数及び駆動電圧条件などの画像表示装置のシステム環境に鑑みてＮより大きいか、等しいＭビットの最適データコードに変換するが、この最適のデータコードにより表現される上位（Ｍ−ｎ）ビットのデータの最大値は二進コード体系により表現される前記画像データの最大値と一致するようにするという第１コード選択基準と、誤差拡散法により発生する新たな階調レベルのうち相互隣接する階調レベルの数を最小とするという第２コード選択基準とを満足させるように選択された（Ｍ−ｎ）ビットの画像データコードと空間変調のためのｎビットの付加コードよりなる最適のＭビットデータコードに変換し、さらに前記第１コード選択基準及び前記第２コード選択基準を同時に満足させるコード体系が二つ以上ある場合は、最上位ビットと最下位ビットのデータ値の加重値の差を最小とすべき最適コード体系を選択する第３コード選択基準と、各データビット間の加重値差を最小とすべき最適コード体系を選択する第４コード選択基準とを満足させるように前記Ｎビットの画像データを前記Ｍビットの最適データコードに変換し、前記最適のＭビットデータに変換された画像データで前記誤差拡散処理値であるｎビツトほどを誤差拡散処理した後、前記ｎビットほど誤差拡散処理された前記（Ｍ−ｎ）ビットの画像データコードを電圧大きさ変調方式やフレーム変調方式を用いて多階調表示を具現することにより、電圧大きさ変調階調表示方式などの全ての階調表示方式について限定された階調表示能で空間変調方式を用いて２倍以上の階調表現を実現する場合に発生する階調値の飽和を防止することができ、階調化方式として電圧及びフレーム変調階調表示方式を用いる場合、走査電極及びデータ電極駆動信号電圧を大幅に減少させることができるとともにサブフレームの駆動電圧の格差を大幅に減らせ、かつ空間変調による画質の劣化を極小化することができ、表現しようとする階調数が増えるほど（サブフレームの数が増えるほど）、駆動効率をさらに高めることができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】３ビットの最適コード体系を用いた１６階調表現方式を示す説明図。
【図２】４ビットの最適コード体系を用いた１６階調表現方式を示す説明図。
【図３】従来の誤差拡散方式による画像データ処理順序図。
【図４】本発明による誤差拡散方式による画像データ処理順序図。
【図５】本発明による階調化表示方式による走査電極駆動信号及びデータ電極駆動信号の例を示す波形図。
【図６】本発明による階調化表示方式による液晶表示素子駆動装置のブロック図。
【図７】従来の電圧平均法によるマトリックス線順次駆動方式の走査電極駆動信号、データ電極駆動信号及び画素に印加される信号の波形図及び画素のマトリックス配列を示す図。
【図８】従来のアクティブアドレス駆動方式の走査電極及びデータ電極駆動方式を示す説明図。
【図９】８階調を示す従来のフレーム変調階調表示方式の走査電極及びデータ電極駆動信号の波形図。
【図１０】従来の振幅変調階調表示方式の走査電極及びデータ電極駆動信号の波形図。
【図１１】１６階調を示す従来の電圧及びフレーム変調階調表示方式の走査電極及びデータ電極駆動信号の波形図。
【図１２】従来の電圧大きさ変調階調表示方式の走査電極及びデータ電極駆動信号の波形図。
【図１３】誤差拡散系のブロック図。
【図１４】誤差拡散方式の例を示す説明図。
【図１５】８ビットデータ処理系におけるハードウェア上の階調数と実質的な階調表示能力を示すグラフ。
【符号の説明】
１  エンコーダ
２  誤差拡散論理部
３  誤差バッファーメモリ
４  Ｎ×Ｍフレームバッファーメモリ
５  ＸＯＲアレイ
６  和論理
７  ディジタル／アナログ変換器
８  電圧制御器
９  表示制御器
１０  ロー関数ＲＯＭ
１１  ロー関数レジスタ
１２  コラム駆動部（データ電極駆動部）
１３  ロー駆動部（走査電極駆動部）
１４  Ｎ×Ｍ液晶表示素子
【図１】
0003889837.tif 000013
【図２】
0003889837.tif 000014
【図３】
0003889837.tif 000015
【図４】
0003889837.tif 000016
【図５】
0003889837.tif 000017
【図６】
0003889837.tif 000018
【図７】
0003889837.tif 000019
【図８】
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【図９】
0003889837.tif 000021
【図１０】
0003889837.tif 000022
【図１１】
0003889837.tif 000023
【図１２】
0003889837.tif 000024
【図１３】
0003889837.tif 000025
【図１４】
0003889837.tif 000026
【図１５】
0003889837.tif 000027