(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶表示装置におけるスパークルアーチファクトを低減するための方法であって、
ピクチャ用のビデオ信号を高い明度レベル信号と低い明度レベル信号とに分割するステップと、
前記低い明度レベルの信号を低域フィルタリングするステップと、
前記高い明度レベル信号を遅延して、前記低域フィルタリングによって受けた処理遅延に整合させるステップと、
前記低域フィルタリングされた低い明度レベルの信号と前記遅延整合した高い明度レベルの信号とを結合して、前記液晶表示装置におけるスパークルアーチファクトをもたらす可能性がより少ない変更されたビデオ信号を発生させるステップと
から構成されたことを特徴とする方法。
【請求項２】
液晶表示装置におけるスパークルアーチファクトを低減するための回路であって、
ピクチャ用のビデオ信号を高い明度レベルの信号と低い明度レベルの信号とに分割する手段と、
前記低い明度レベル信号を低域フィルタリングする手段と、
前記高い明度レベル信号を遅延して、前記低域フィルタリングによって受けた処理遅延に整合させる手段と、
前記低域フィルタリングされた低い明度レベルの信号と前記遅延整合した高い明度レベルの信号とを結合して、前記液晶表示装置におけるスパークルアーチファクトをもたらす可能性がより少ない変更されたビデオ信号を発生させる手段とを備えたことを特徴とする回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を使用するビデオシステムに関し、より詳細には、通常は白色のＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）表示装置を使用するビデオシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＣＯＳは、シリコンウェハ上に形成された１つの大きな液晶と考えられる。シリコンウェハは、小さなプレート電極（plate electrode）のインクリメンタルアレイ（incremental array）に分割される。液晶の小さなインクリメンタル領域（incremental region）は、それぞれの小さなプレートおよび共通のプレートによって生じる電界の影響を受ける。それぞれの小さなプレートおよび対応する液晶領域を合わせて、表示装置のセルと呼ぶ。それぞれのセルは、個々の制御可能なピクセルに対応する。共通プレート電極が液晶の向かい側に配置される。各セル、つまりピクセルは、入力信号が変わるまで同じ強度の光が当てられたままであり、サンプルアンドホールドとして機能する。ピクセルは、陰極線管の蛍光体の場合のように崩壊しない。共通プレート電極と可変プレート電極（variable plate electrodes）のそれぞれの集まりは、表示装置を形成する。色ごとに１つの表示装置が用意され、この場合、赤、緑、青にそれぞれ１つの表示装置が対応する。
【０００３】
フレームを倍にした信号でＬＣＯＳ表示装置を駆動して３０Ｈｚのフリッカーを防ぐのがふつうであり、それには、所定の入力画像への応答として最初に通常フレーム（ポジティブ画像）を送信し、次に反転フレーム（ネガティブ画像）を送信する。ポジティブ画像とネガティブ画像の生成により、正の電界の後に負の電界が続く形で各ピクセルが書き込まれる。得られる駆動電界は、ＤＣ成分が０であり、これが、画像のイメージスティッキング（image sticking）を防止し、最終的に、表示装置の永久的劣化を防ぐために必要である。人間の目はこれらのポジティブ画像とネガティブ画像によって生成されるピクセルの輝度の平均値に反応することがわかっている。
【０００４】
駆動電圧は、ＬＣＯＳアレイのそれぞれの側のプレート電極に供給される。本発明の配置が関連する好ましいＬＣＯＳシステムでは、共通プレートの電位は常に約８ボルトである。この電圧は調整可能である。小さなプレートのアレイ内の他のプレートはそれぞれ、２つの電圧範囲で動作する。ポジティブ画像については、電圧は０ボルトから８ボルトの範囲で変化する。ネガティブ画像については、電圧は８ボルトから１６ボルトの範囲で変化する。
【０００５】
表示装置に供給される光、したがって表示装置の各セルに供給される光は電界で偏向される。各液晶セルは、プレート電極によりセルに加えられる電界の自乗平均（ＲＭＳ）値に対応して入力光の偏向を回転させる。一般的に、セルは印加される電界の極性（正負）に反応しない。むしろ、各ピクセルのセルの輝度は、一般に、セルへの入射光線の偏向の回転のみの関数として表される。しかし、実際問題として、輝度は光の同じ偏向回転であっても正極と負極とでいくぶん異なることがあることがわかっている。輝度のこのような違いにより、表示される画像に望ましくないフリッカーが発生する。
【０００６】
この実施形態では、ポジティブ画像またはネガティブ画像の場合、８ボルトに対応して、セルを駆動する電界が電界強度０に近づくと、完全オン条件に対応して各セルは白色に近づく。他のシステムも可能であり、たとえば共通電圧が０ボルトに設定されている場合である。本発明により教示される本発明の配置はこのようなすべての正および負電界ＬＣＯＳ表示装置駆動システムに適用可能であることは明白であろう。
【０００７】
画像は、小さなプレート電極に印加される可変電圧が共通プレート電極に印加される電圧よりも低い場合にポジティブ画像と定義されるが、それは、小さなプレート電極の電圧が高いほど、ピクセルが明るくなるからである。逆に、画像は、小さなプレート電極に印加される可変電圧が共通プレート電極に印加される電圧よりも高い場合にネガティブ画像と定義されるが、それは、小さなプレート電極の電圧が高いほど、ピクセルが暗くなるからである。画像に対し使用するポジティブ、ネガティブという用語と、インタレースビデオ形式の電界タイプを区別するのに用いられている用語とを混同してはならない。
【０００８】
ＬＣＯＳで使用されている最新技術では、ＶＩＴＯと表されている同相モード電極電圧の調整をＬＣＯＳの正の電界駆動と負の電界駆動とで正確に行う必要がある。下付のＩＴＯは、インジウムスズ酸化物を意味する。フリッカーを最小にするとともに、イメージスティッキングと呼ばれる現象を防ぐために収支を平均する必要がある。
【０００９】
ＬＣＯＳ表示装置を有する光学エンジンは、表示伝達関数における極度な非直線性を有するが、この非直線性は、ガンマテーブルと呼ばれるデジタル参照テーブルで補正することができる。このガンマテーブルは、伝達関数における利得の差を補正するものである。この補正にも関わらず、通常は白色のＬＣＯＳ表示装置手段に対するＬＣＯＳ撮像伝達関数の強度の非直線性によって、暗い領域は、非常に低い光対電圧利得を有することになる。したがって、低い明度レベルでは、明度において僅かにしか異ならない隣接ピクセルは非常に異なる電圧レベルによって駆動する必要がある。これによって、所望のフィールドに直交する成分を有する周縁電界が生成される。この直交フィールドは、所望のピクセルよりも高い明度を生成し、この明度によってオブジェクト上に不要な明るいエッジが生成される。このような直交フィールドの存在を、偏差と表す。偏差によってもたらされ、ビューアによって認知されるこの画像アーチファクト（artifact）をスパークル（sparkle）と表す。偏差が発生するピクチャ内の領域は、基調をなす画像全体に光のスパークルを有するように見える。実際、偏差の影響を受けた暗いピクセルは過度に明るく、しばしば適切な明るさの５倍も明るい場合がある。スパークルは、赤、緑、青の色で発生するが、それはそれぞれの色が表示装置によって生成されるからである。しかし、問題発生時には緑のスパークルが最も明らかである。したがって、偏差によってもたらされた画像アーチファクトは、緑色スパークル問題とも称される。
【００１０】
ＬＣＯＳ技術は新技術であり、また偏差によってもたらされる緑色スパークルも新しい種類の問題である。他によって提案された様々な解決法には、ピクチャの輝度成分全体に対する信号処理が含まれているが、これを行うことによってピクチャ全体の品質が低下する。偏差とその結果もたらされるスパークルを低減することによって、水平の鮮鋭度が事実上全くないピクチャという二律背反した結果が生じる。ピクチャの精度と鮮鋭度は、断じてそのような方法によって犠牲になってはいけない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
当業者は、偏差によるスパークルアーチファクト問題が、偏差が発生する場所で対処され、最終的に表示装置において解決されることを期待する。しかし、ＬＣＯＳ等の最新技術では、ＬＣＯＳ表示装置の製造業者以外の関係者には、表示装置における問題を調整する機会はない。さらに、表示装置ベースの解決法は、すべてのＬＣＯＳ表示装置に適用可能であるという指示はない。したがって、ＬＣＯＳ表示装置を変更せずに実施することができる、この問題の解決法を提供することが緊急に要請されている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本明細書で教示する本発明の構成は、結果的にもたらされる表示の高精細度の鮮鋭度を低下させずに、液晶表示装置におけるスパークルの問題を解決する。さらに、液晶表示装置を変更して問題に対処する機会がないので、本発明の構成は、表示されるべきビデオ信号を変更することによってスパークル問題を有利に解決し、したがって、ＬＣＯＳ表示装置を含めてすべての表示装置に適用可能な解決法を有利に提供する。ビデオ信号は、例えば入力輝度信号またはビデオ信号であってよい。精度の低下はいかなるものも、有利かつ調節可能に、非常に暗いシーンを含めて暗いシーンに限定される。ビデオ信号は、高レベルの明度を有する情報が有利に不変であり、したがって高精細度の精度を維持するような方法で処理された信号である。同時に、直接的にスパークルの原因となる低レベルの明度を有するビデオ信号は、スパークルが一挙に有利に防止され、または少なくともビューアによって認知されることができないレベルにまで低減されるような方法で処理またはフィルタリングされる。低レベルの明度を有する情報の信号処理またはフィルタリングは、高精細度の表示の精度に悪影響を及ぼさないことは有利である。さらに、信号処理またはフィルタリングは、任意のガンマテーブルの非直線性に従って調節または較正することができ、したがって異なるビデオシステムの異なるＬＣＯＳ表示装置で使用し、またはこれに調節可能に精密に同調するために使用できることは有利である。
【００１３】
本発明の好ましい実施形態では、ピクチャのビデオ信号は、高明度レベル信号と低明度レベル信号とに分解される。高明度レベルと低明度レベルとの間の境界設定は調節可能であり、ガンマテーブルの低利得部分と高利得部分との間の遷移に好適に関係付けられている。低明度レベル信号は、隣接ピクセル間の明度レベルの差を低減するために低域フィルタリングされる。高明度レベル信号は、低域フィルタによる処理遅延に合わせるために延期される。次いで、遅延に合わされた高明度レベル信号と低域フィルタリングされた低明度レベル信号とが結合されて、変更されたビデオ信号を生成する。
【００１４】
ビデオ表示システムでは、輝度信号は、変更され、マトリックスとも呼ばれる色空間コンバータに、Ｒ−Ｙクロミナンス信号およびＢ−Ｙクロミナンス信号と共に供給することができる。このクロミナンス信号もまた、スパークル低減回路による遅延に合わされるために延期される。輝度信号のスパークル低減処理は、スパークル問題を約６０％から７０％まで低減することが既に判明している。
【００１５】
色空間コンバータの出力は、例えばＬＣＯＳ表示装置に供給されるＲＧＢ等のビデオドライブ信号である。別の実施形態では、１つまたは２つまたはすべてのビデオドライブ信号にも、輝度信号と同じスパークル低減処理が施される。スパークル低減されていないビデオドライブ信号は遅延に合わされる必要がある。次いでその変更されたビデオドライブ信号は、液晶表示装置に供給される。すべてのビデオドライブ信号がさらに処理されるとき、スパークル問題は約８５％から９０％まで低減されることが既に判明している。各デコンポーザは、別個に選択可能な明度レベルの閾値を有すると有利である。
【００１６】
さらに別の実施形態では、輝度信号はスパークル低減されないが、１つまたは２つまたはすべてのビデオドライブ信号がスパークル低減のために処理される。スパークル低減されないビデオドライブ信号は、遅延に合わされる必要がある。
【００１７】
各実施形態において、スパークル低減処理は、ガンマテーブルの最も高い利得部分に相当する最も低い明度レベルのピクセルの明度レベルを、表示装置における偏差の発生を低減するような方法で変更する。例えば輝度信号デコンポーザに対する閾値は、デジタル分数、例えば２５５の範囲のデジタルステップ中６０のデジタル値（６０／２５５）として、８ビット信号にあるように表すことができる。この閾値は、１００ＩＲＥを最高の輝度として、０から１００の範囲のＩＲＥで表すこともできる。ＩＲＥレベルは、デジタル分数に１００を乗ずることによって計算することができる。ＩＲＥスケールは、異なるビット数を有する信号間の明度レベルを正規化し、比較するための便利な方法である。例えば６０という値は、約２４ＩＲＥに相当する。本発明の好ましい実施形態では、輝度デコンポーザに対する閾値は８であるが、これは約３．１ＩＲＥに相当する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
例えばＬＣＯＳビデオシステム等の液晶ビデオシステムにおける偏差エラーによるスパークルアーチファクトを低減するための回路を、図１に示し、全体的に参照番号１０で示す。この回路は、デコンポーザ（ｄｅｃｏｍｐｏｓｅｒ）１２、低域フィルタ２２、遅延整合回路２４、および代数ユニット２６から構成される。例えば輝度信号またはビデオドライブ信号等の入力ビデオ信号Ｘは、回路１０によって変更され、それに応答して出力ビデオ信号Ｘ′が生成される。このビデオ信号はデジタル信号であり、その波形は明度レベルを表す一連のデジタルサンプルである。出力信号Ｘ′も同様のデジタル形式を有する。デコンポーザ１２は、高い明度レベルの信号２０と低い明度レベルの信号１８を生成する。デコンポーザ１２の動作を図２に示す。
【００１９】
図２を参照すると、ブロック１４は、高い明度レベルの信号を生成するための第１の規則のセットを有する。入力信号Ｘは、輝度入力信号を規定する一連の明度レベルサンプルを表す。各サンプルの明度レベルは、上記のように例えば６０／２５５または２４ＩＲＥ等のようにデジタル値として数値で表すこともＩＲＥレベルで表すこともできる。文字Ｔは閾値を表しているが、これもデジタル値でもＩＲＥレベルでも表すことができる。ＸがＴよりも大きい場合、高い明度レベルの信号のレベルＨは、ＸからＴを減じた値に等しい。ＸがＴよりも小さい場合、高い明度レベルの信号の明度レベルＨは０に等しい。
【００２０】
ブロック１６は、低い明度レベルの信号を生成するための第２の規則のセットを有する。ＸがＴよりも大きい場合、低い明度レベルの信号の明度レベルＬは閾値Ｔに等しい。ＸがＴよりも小さい場合、低い明度レベルの信号の明度レベルＬはＸに等しい。
【００２１】
Ｘ＝Ｔのとき、ＸがＴ以下であると規定されているか、またはＴ以上であると規定されているかに関わらず、ブロック１４の出力は同じであることに留意されたい。どちらの場合もＨは０に等しい。Ｘ＝Ｔのとき、ＸがＴ以下であると規定されているか、またはＸがＴ以上であると規定されているかに関わらず、ブロック１６の出力は同じであることにも留意されたい。どちらの場合もＬはＸに等しい。
【００２２】
再び図１を参照すると、低い明度レベルの信号１８は低域フィルタ２２への入力である。高い明度レベルの信号２０は遅延整合回路２４への入力である。低域フィルタ２２および遅延整合回路２４の詳細を図３に示す。低域フィルタ２２は、正規化された１：２：１  Ｚ変換として実施される。低域フィルタリングは１クロック周期の遅延を受けており、したがって遅延整合回路２４は、高い明度レベル信号に対して１クロック周期の遅延を提供する。ＬＯＷｆで示されている低域フィルタリングされた低い明度レベルの信号と、ＨＩＧＨｄで示されている延期された高い明度レベルの信号とが代数ユニット２６で結合され、そこで出力信号Ｘ′が発生される。
【００２３】
図４に示すビデオシステム３０は、例えば輝度信号やビデオドライブ信号等のビデオ信号をスパークル低減のために処理することができる様々な組合せを示す。色空間コンバータまたはマトリックス３２は、例えばＲＧＢ等のビデオドライブ信号を、ＬＵＭＡで示される輝度信号とＣＨＲＯＭＡで示されるクロミナンス信号とに応答して発生させる。クロミナンス信号は、さらに詳細にＲ−ＹとＢ−Ｙで指定される。
【００２４】
色空間コンバータ３２への２組の入力を３４Ａと３４Ｂで示す。３４Ａの組では、ＬＵＭＡ信号入力はスパークル低減プロセッサ（ＳＲＰ）１０によって変更されて、ＬＵＭＡ′を発生させる。ＣＨＲＯＭＡ信号は、遅延整合（ＤＭ）回路３６によって延期される。３４Ｂの組では、ＬＵＭＡ信号は変更されず、ＣＨＲＯＭＡ信号は遅延整合されない。
【００２５】
色空間コンバータ３２からの４組の出力を４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃおよび４０Ｄで示す。４０Ａの組では、ビデオドライブ信号ＲＧＢは変更されない。４０Ｂの組では、ＲＧＢビデオドライブ信号のそれぞれはスパークル低減プロセッサ１０によって変更される。遅延整合は必須ではない。４０Ｃの組では、例えばＧ等のビデオドライブ信号の１つだけがスパークル低減プロセッサ１０によって変更されて、Ｇ′が発生される。残りのビデオドライブ信号は、遅延整合回路３６によって遅らされる。４０Ｄの組では、例えばＲとＧ等のビデオドライブ信号の２つだけがスパークル低減プロセッサ１０によって変更されて、Ｒ′およびＧ′が発生される。残りのビデオドライブ信号は遅延整合回路３６によって延期される。入力の組３４Ａは、出力の組４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄの任意の１つで使用することができる。入力の組３４Ｂは、出力の組４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄの任意の１つで使用されることができる。入力の組３４Ｂと出力の組４０Ａとの組合せは、スパークル低減処理を含まない。
【００２６】
入力の組３４Ａと出力の組４０Ａとの組合せを使用することによって、偏差によるスパークルアーチファクトが約６０％から７０％まで低減することが既に判明している。入力の組３４Ａと出力の組４０Ｂとの組合せを使用することによって、偏差によるスパークルアーチファクトが約８５％から９０％まで低減されることも既に判明している。このような大幅な低減は、すべての実用的な目的のためにスパークル問題を有利に解決する。図４のスパークル低減処理回路はどれも同一であってよいが、これらのスパークル低減プロセッサのそれぞれに対する閾値は、有利に個別選択できることを理解されたい。これにより、スパークル低減処理を、様々なビデオ信号に精密に同調させることができる。
【００２７】
特定入力信号に対する図１の回路１０の応答を、図５（ａ）から５（ｅ）に示す。説明のため、閾値Ｔは、デジタル値または８の状態に設定されているが、これは８ビット信号に対する約３．１ＩＲＥに相当するものである。図５（ａ）〜５（ｂ）の波形は調子を合わせて位置合わせされ、低域フィルタリングによって受けた遅延と遅延整合回路を表している。図５（ａ）および５（ｃ）のそれぞれの第１のサンプルが相互に位置合わせされる。図５（ｂ）、５（ｄ）および５（ｆ）の第１のサンプルが相互に位置合わせされる。
【００２８】
図５（ａ）において、入力信号Ｘは黒点で示す輝度値を有する。各黒点は、デコンポーザ１２への入力としての輝度値のサンプルを表している。各サンプルは、ピクセルの明度レベルを表す。信号Ｘは、後続インパルスを有するパルスを含むものとみなすこともできる。図２の規則に関連して説明した閾値Ｔは、この実施例では８に等しい。
【００２９】
Ｘの最初の２つの値は０である。ブロック１４によれば、ＸはＴよりも小さいので、図５（ｂ）に示す遅延整合された高い明度レベルの信号ＨＩＧＨｄの値は０である。次の３つの入力値は２０である。図５（ｂ）の高い明度レベルの信号の相当するレベルは、出力値が入力値から閾値を引いた値（Ｘ−Ｔ）に等しいので、１２である。残りのサンプル値も、同様の方法で計算される。
【００３０】
図５（ｃ）を参照すると、低い明度レベルの信号ＬＯＷの最初の２つの出力値は、入力は閾値よりも小さく、また出力は入力に等しいので、０である。次の３つの出力値は、入力値はその閾値よりも大きく、またこの場合、出力値は閾値に等しいので、８に等しい。残りのサンプルも同様の方法で計算される。
【００３１】
図５（ｄ）は、図５（ｃ）に示す信号に応答した低域フィルタ２２の出力ＬＯＷｆを表す。値は指示に従って示されており、図５（ｃ）の波形で依然として明らかなパルスおよびインパルスが、低域フィルタリングによって、かなり平滑化またはロールオフされていることが分かる。
【００３２】
最後に、図５（ｅ）は出力信号Ｘ′であるが、これは、図５（ｂ）および５（ｄ）の波形の和である。図５（ｅ）の波形から、入力波形のパルスおよびインパルスの基本的な特徴は出力波形Ｘ中に維持されているが、隣接サンプル値間の鮮鋭なエッジまたは遷移は有利に低減されていることが分かる。非常に低い閾値制限値によって示されるように、ピクチャの非常に暗い領域だけが、スパークル低減処理の影響を顕著に受けている。したがって、高精細度の水平解像度が有利に維持される。
【００３３】
本明細書で説明した方法および装置は、隣接ピクセルの明度レベルを水平方向にどのように制限または限定することができるか、また実際にそれらの方法および装置がどのようにスパークル問題を解決するかを教示する。しかし、これらの方法および装置は、隣接ピクセルの明度レベルを縦方向、または水平方向と縦方向の両方に制限または限定するために拡張することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成によるスパークル低減回路のブロック図である。
【図２】図１のデコンポーザの動作を説明するために有用なブロック図である。
【図３】図１の遅延整合回路と低域フィルタの動作を説明するために有用なブロック図である。
【図４】様々な組合せのスパークル低減回路を組み込んだビデオ表示システムの一部を示すブロック図である。
【図５】（ａ）〜（ｅ）はスパークル低減回路の動作を説明するために有用な波形を示す図である。
【符号の説明】
ＬＣＤ  液晶ディスプレイ
ＬＣＯＳ  液晶オンシリコン
ＩＮＰＵＴ  Ｘ  ビデオ信号
ＨＩＧＨ  高い明度レベル信号
ＬＯＷ  低い明度レベル信号
ＬＯＷｆ  低域フィルタリングされた低い明度レベルの信号
ＨＩＧＨｄ  遅延整合した高い明度レベルの信号
ＬＵＭＡ  輝度信号
ＣＨＲＯＭＡ  クロミナンス信号
Ｔ  閾値
１０  スパークル低減プロセッサ（ＳＲＰ）
１２  デコンポーザ
１８  低い明度レベルの信号
２０  高い明度レベルの信号
２２  低域フィルタ
２４  遅延整合回路
２６  代数ユニット
３０  ビデオシステム
３２  色空間コンバータ（マトリックス）
３６  遅延整合（ＤＭ）回路
【図１】
0004271895.tif 000002
【図２】
0004271895.tif 000003
【図３】
0004271895.tif 000004
【図４】
0004271895.tif 000005
【図５】
0004271895.tif 000006