JP3869953B2 - ウォブリング技術を用いた表示方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶、プラズマ、EL(エレクトロルミネッセンス)等のように、離散的な表示位置に配置されたマトリクス状の画素を用いた画像表示方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、ハイビジョンテレビ放送の普及、コンピュータの高性能化などの動きとともに、ディスプレイの高精細化の傾向が急速に高まってきている。しかし、液晶、プラズマ、EL等の表示装置は、モザイク状、ドット状等の離散的な画素配列を持つため、NTSC方式等で線順次走査の画像表示を行なう際、本来アナログ信号であるべき輝度信号が粗くサンプリングされて水平方向の位置情報が欠落してしまう問題がある。
【0003】
また、表示装置が映像信号の走査線数だけ垂直方向に実装できない場合、走査線の情報を欠落するか、あるいは同一画素上に上書きするために、垂直方向の解像度を低下させていた。例えば、NTSC方式での1フレームの画像は、偶数本目の走査線と奇数本目の走査線からそれぞれ成る2つのフィールドで形成され、フレーム周波数は30Hz(フィールド周波数は60Hz)である。その画像をTFT液晶パネルで駆動する場合、現状では、NTSC方式の走査線数525本を実装できないため、奇数フィールドと偶数フィールドを同一画素に書き込む等の方法をとっている。このため、垂直解像度がNTSC方式の原信号に対して低下することになる。
【0004】
そこで、図10に示すように、ウォブリング技術(画素ずらし)を採用して、奇数フィールドと偶数フィールドの画像を空間的にずらすことにより、画素数を見かけ上2倍にすることで垂直解像度を向上させる方法が提案されている。つまり、偶数フィールド画面の画素位置を水平走査線間の領域にシフト(1/2行分シフト)し、奇数フィールド画面の画素位置を水平走査線上にそのまま残しておけば、垂直解像度は2倍になる。
【0005】
こうしたウォブリング素子としては、例えば特開平7−20432号公報に挙げられるような液晶素子(位相制御素子)が用いられることが知られている。すなわち、この液晶素子を水晶板等の複屈折媒体(光学的異方体)と組み合わせて、ウォブリングされるべき表示素子等の光路中に配し、印加電圧の切り換えによって液晶素子への入射光の位相を変調して偏光面を回転させ、この回転の有無によって液晶素子からの出射光を複屈折媒体の複屈折効果で光軸を選択的に所定方向(ウォブリング方向)へずらすようにしている(図8(a))。
【0006】
また、図8(a)は、FLC異常光軸が表示素子の偏光方向と一致している場合であり、図8(b)は、FLC異常光軸が表示素子の偏光方向と45度の角度をなしている場合を示している。
【0007】
図8(a)、(b)は、ウォブリング素子を組み込んだ光学装置の一例を概略的に示すものである。
【0008】
この例は、同一光路中に光の進行方向に沿って順次配置された液晶表示素子(LCD)2と、位相変調光学素子(位相制御素子)としての強誘電性液晶素子(FLC)3と水晶板等の透明基板からなる複屈折媒体4との組み合わせによって構成されている。ここで、理解容易のために、各構成要素は、液晶表示素子LCDの1つの構成表示画素5に対応した区画について、それぞれ示されており、また、液晶配向膜等は、図示を省略している(以下、同様)。
【0009】
上記LCD2の画素5は、全体としてモザイク状等の離散的な画素配列からなっており、また、使用される液晶はTN(ツイストネマチック)、STN(超ツイストネマチック)、SH(スーパーホメオトロピック)、更にはFLC等からなっている。このLCD2は、図示を省略したが、公知の如く、パネル自身に偏光板を有し、出力光6は、直線偏光を有している。
【0010】
そして、この直線偏光6に対し、上記のFLC3と複屈折媒体4とで構成されるウォブリング素子(絵素ずらし素子)7によって平行方向又は垂直方向に絵素ずらしが行なわれる。
【0011】
このためには、FLC素子3の一つの異常光軸8を表示画素5の偏光面9と平行あるいは垂直となるように配置し、更に、等価的に一軸性の光学軸(一軸的な光学異方性)を有する透明基板4の異常光軸10のX−Y面(入射側)への射影成分を偏光面9に対し、平行(Y方向)あるいは垂直(X方向)に配置している。
【0012】
FLC素子3に用いる液晶は、ビデオレートで高速スイッチング可能なものであって、カイラルスメクチック液晶等が挙げられ、また、複屈折媒体4には、水晶板等が使用可能である。ただし、FLCに代えて反強誘電性液晶(AFLC)や、電傾効果を示すスメクチック液晶(例えば、スメクチックA)も有効であり、また、水晶板以外の複屈折素子も勿論使用可能である。
【0013】
次に、この表示装置におけるウォブリング動作を概略的に説明する。
【0014】
まず、図8(a)のように、強誘電性液晶素子3のスイッチ状態が状態1の場合、表示素子2側から照射される光6の偏光面9と強誘電性液晶素子3の異常光軸8が平行なため、透過光11は、偏光面を維持したまま複屈折を有する水晶板4に照射される。水晶板4では、入射偏光面内に水晶の異常光軸10を含むため、Y軸方向に偏光している光は、水晶板4の異常光軸10の傾いている方向へ屈折し、再び空気層へ出射光12として出るとき光軸と平行になり、入射光の光軸とのずれがY方向に生じる。
【0015】
一方、図8(b)のように、強誘電性液晶素子3のスイッチ状態が状態2の場合、偏光面9と異常光軸8が約45度の角を成しているため、透過光11は異常光軸の向きに回転し、直線偏光(Y軸方向)→楕円偏光→円偏光→楕円偏光→直線偏光(X軸方向)と強誘電性液晶素子3内を変化し、偏光面は初期状態から90度回転し、水晶板4に照射される。水晶板4では、入射偏光面に水晶の異常光軸10を含まないため、光11は屈折しないでそのままの光軸を維持し、再び空気層へ出射光12として出る。
【0016】
このように、FLC3のスイッチ状態、即ち、状態1と状態2での水晶板4による屈折の有無で光軸をずらし、この光軸のずれを絵素ずらしの動作原理として用いることができる。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、微細化技術が日々進歩している現在、表示装置が映像信号の走査線数と同等あるいはそれ以上の水平走査線を有すると、垂直解像度の向上という効果はなくなり、また水平解像度はなんら変わらないという解決すべき課題がある。
【0018】
また、マトリックス状に配置された画素を用いた表示方法において、より動画に対応し滑らかな映像表示を可能とする方法が求められている。
【0019】
また更に、フリッカを目立たなくする表示方法も、求められている。
【0020】
[発明の目的]
本発明の目的は、マトリックス状に配置された画素を用いた表示方法において、解像度を向上し、より動画に対応し滑らかな映像表示を可能とし、更にフリッカを目立たなくする表示方法を提供することにある。
【0021】
すなわち、本発明の目的は、映像信号の走査線数に対してもはや十分な垂直解像度を有する表示装置において、表示画素をウォブリングするシフト量を画素の列方向に行間隔分とすることにより、水平解像度を向上することにある。
【0022】
さらに、フレームメモリ、倍速駆動を用いることにより、2つの表示画面で1フィールドの映像を形成することで、より動画に対応し滑らかな映像表示を行なうことにある。
【0023】
また、前記のウォブリングによる表示方法を液晶表示装置に適用する場合、液晶にDC成分がかかることを防ぐため、表示画面を切り替えるごとに映像信号の極性を反転して駆動するが、画素にかかる電圧が、正転側と反転側とで異なると、ウォブリングしたフィールド間で輝度差が生じ、例えば30Hzのフリッカ(ちらつき)が目立つようになる。そこで、2つの表示画面で1フィールドの映像を形成することで、フリッカの周期を2倍(例えば60Hz)にすることにより、フリッカを目立たなくすることにある。
【0024】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述した課題を解決するための手段として、マトリックス状に配置された表示画素を用いた画像の表示方法において、映像信号に同期して表示画素をシフトするウォブリング技術、フレームメモリ及び倍速駆動を用いて、あるフィールドの映像信号を表示している画素の位置に対して、次のフィールドの映像信号を表示するときの画素を、該画素の隣接する行あるいは列の間隔だけシフトしてウォブリングし、前記あるフィールドの映像信号を表示した奇数フィールドαの表示画面と前記次のフィールドの映像信号をウォブリングして表示した奇数フィールドβの表示画面を合成して、1奇数フィールドの画像を形成して表示することを特徴とするウォブリング技術を用いた表示方法を提供するものである。
【0025】
また、本発明は、マトリックス状に配置された表示画素を用いた画像の表示方法において、映像信号に同期して表示画素をシフトするウォブリング技術、フレームメモリ及び倍速駆動を用いて、あるフィールドの映像信号を表示している画素の位置に対して、次のフィールドの映像信号を表示するときの画素を、該画素の隣接する行あるいは列の間隔だけシフトしてウォブリングし、前記あるフィールドの映像信号を表示した偶数フィールドαの表示画面と前記次のフィールドの映像信号をウォブリングして表示した偶数フィールドβの表示画面を合成して、1偶数フィールドの画像を形成して表示することを特徴とするウォブリング技術を用いた表示方法を提供するものである。
【0026】
また、インターレース信号の画面走査線を用い、映像走査線1本分の信号を表示装置の画素2行にわたって書き込んで、まず、偶数フィールド画面を表示し、次に、奇数フィールドに対応した画像を表示する際、ウォブリングにより、列方向に、画素の行間隔分シフトする、ことを特徴とするウォブリング技術を用いた表示方法でもある。
【0027】
また、上記ウォブリングにより、行方向に、画素の列間隔分シフトする、ことを特徴とするウォブリング技術を用いた表示方法でもある。
【0028】
また、フレームメモリ、倍速駆動を用いることにより、2つの表示画面で上記1フィールドの画像を形成する、ことを特徴とするウォブリング技術を用いた表示方法でもある。
【0029】
また、奇数フィールドαの画面と、ウォブリングした奇数フィールドβの画面を合成することにより、1奇数フィールドを表す、ことを特徴とするウォブリング技術を用いた表示方法でもある。
【0030】
また、前記奇数フィールドが偶数フィールドであることを特徴とする請求項6記載のウォブリング技術を用いた表示方法でもある。
【0031】
また、液晶表示装置において、表示画面を切り替えるごとに映像信号の極性を反転して駆動する際に、2つの表示画面で上記1フィールドの映像を形成することで、フリッカの周期を2倍にする、ことを特徴とするウォブリング技術を用いた表示方法でもある。
【0032】
また、1フレームの間に2回ウォブリングする倍速駆動を行う、ことを特徴とするウォブリング技術を用いた表示方法でもある。
【0033】
また、ノンインタレース信号の画面走査線のサンプリングを、液晶表示装置の水平走査線に順に割り当てて、その表示画面をフィールドαとし、次に、該画面走査線のサンプリングを1本ずらして該液晶表示装置の水平走査線に信号を割り当ててウォブリングし、その表示画面をフィールドβとし、該フィールドαとβとを合成して1つのフィールドの映像を表示する、ことを特徴とするウォブリング技術を用いた表示方法でもある。
【0034】
[作用]
本発明によれば、映像信号に同期して表示画素をシフトするウォブリング技術(画素ずらし)において、あるフィールドの映像信号を表示している画素の位置に対して、次のフィールドの映像信号を表示するときの画素を、隣接する行あるいは列の間隔だけシフトして表示することにより、水平解像度、あるいは垂直解像度を向上することができる。
【0035】
また、ウォブリングによる表示方法において、フレームメモリ、倍速駆動を用いることにより、2つの表示画面で1フィールドの映像を形成することで、動画に対応した滑らかな映像表示を行なうことができる。
【0036】
さらに、液晶表示装置に適用する場合、表示画面を切り替えるごとに映像信号の極性を反転して駆動する場合に、倍速駆動において反転することにより、フリッカを抑えることができる。
【0037】
【発明の実施の形態】
[実施形態1]
図1は、本実施形態の画素表示方法を説明するための模式図であり、左側にNTSC方式の、水平走査線525本を有する映像信号を示し、この映像信号を、右側に示す、垂直方向画素ピッチ10μm、水平方向画素ピッチ20μmの画素1を有する液晶表示装置で表示する場合を示す図である。
【0038】
図9は、このような液晶表示装置として、ノーマリホワイトのTN液晶表示素子を用いた場合の原理構成図である。
【0039】
図9において、ウォブリング素子は、強誘電性液晶素子3と、複屈折媒体4との組み合わせであり、この素子を制御することにより、表示画素を、見かけ上、任意の方向にシフトすることができる。
【0040】
図9に示すノーマリーホワイトのTN液晶表示素子の場合、TN液晶に電界が印加されない状態で光源からの光が透過するものである。ここでは、バックライト17−偏光板18−TN液晶2−偏光板19の組み合わせ、或は、反射板−偏光板18−TN液晶2−偏光板19の組み合わせが従来と同様のTN液晶TN液晶表示素子を示す。そして、TN液晶素子2、強誘電性液晶素子3には、それぞれ、透明電極がその両面に配置してあるのは言うまでもない。
【0041】
この場合、電界強度が増大するにつれてTN液晶2のねじれが解除され、徐々に偏光板を通して光がもれ、諧調表示が実現されるが、いずれの透過光も強誘電性液晶素子3の前で偏光板19により同一の直線偏光になるため、上述した動作原理に従って、絵素ずらしを行なうことができる。
【0042】
本実施形態では、図1(a)のように、奇数フィールドの走査線数262本に対して液晶表示装置の画素1は十分な水平走査線を有するので、映像走査線1本分の信号を表示装置の画素2行にわたって書き込み、奇数フィールド画面を表示している。
【0043】
そして、図1(b)のように、偶数フィールドに対応した画像を表示する際、ウォブリングにより、画素1’のように、列方向(下方向)に、行間隔分PV =10μm、シフトする。
【0044】
このように、ウォブリングの列方向のシフト量を、隣接する行間隔Pv=10μmとすることにより、画素間の空間を埋めることになり、見かけ上、水平方向の画素間隔がPH /2=10μmとなる(図1(c))。つまり列間隔が狭まって水平解像度が2倍になる。ただし、図1では、奇数あるいは偶数フィールドでは、デルタ配列を想定している。
【0045】
また、本実施形態では、列方向にウォブリングした場合で説明したが、行方向にシフトしてウォブリングする場合でも同様に実施可能であり、その場合、見かけ上、水平方向の画素間隔PH が1/2となり、列間隔が狭まって水平解像度が2倍になる。
【0046】
図11は、偶数フィールドの表示画素を行方向に列間隔分シフトして(図11(b)、ウォブリングした場合を示す図であり、図11(c)に示すように、水平解像度が2倍になっている。
【0047】
また、図12は、従来例の図10において、従来の列方向に1/2行シフトするのではなく、本発明のように、1行シフトした場合を示す図であるが、水平解像度が2倍となっている。
【0048】
[実施形態2]
実施形態1あるいは従来例では、奇数フィールド、偶数フィールドを表示する際にウォブリングしたが、本実施形態2では、図2に示すように、奇数(偶数)フィールドαの画面と、ウォブリングした奇数(偶数)フィールドβの画面を合成することにより、1奇数(偶数)フィールドを表す。つまり2つの表示画面で1フィールドを形成する。
【0049】
図3に、映像信号とウォブリングするタイミングを示す。実施形態1あるいは従来例では、図3(a)のように、映像信号が奇数フィールド、偶数フィールドと切り替わるごとに、1フレームで1回ウォブリングしていた。
【0050】
これに対し、図3(b)のように、実施形態2では、1フレームの間に2回ウォブリングする。これは、フレームメモリを用いて、従来に比べて倍速駆動を行うことで、実現できる。
【0051】
本実施形態2によれば、2つの表示画面で1フィールドの映像信号を表現するので、解像度の向上はもちろんのこと、動画にも対応した滑らかな画像を得ることができる。
【0052】
なお、本実施形態1,2では、NTSC方式のインタレース信号について説明したが、ノンインタレース信号についても同様に成り立つ。図4にノンインタレース信号を表示する場合を示す。まずノンインタレース信号の画面走査線に対応して液晶表示装置の水平走査線に順に割り当てて、その表示画面をフィールドαとする(図4(a))。次に、画面走査線のサンプリングを1本ずらして表示装置の走査線に信号を割り当ててウォブリングし、その表示画面をフィールドβとする(図4(b))。
【0053】
その結果、フィールドαとβの合成として1つのフィールドの映像を表示することができる。この画像は、ウォブリング無しのときの画像に比べて、水平解像度が2倍になる。
【0054】
[実施形態3]
本実施形態では、液晶表示装置に適用する場合、画素にかかる映像信号の極性反転駆動に関する。通常、液晶表示装置を駆動するとき、液晶にDC成分がかかることを防ぐため、表示画面を切り替えるごとに映像信号の極性を反転して駆動する。
【0055】
図5(a)は、この動作を示す図であり、映像信号が、周期的(例えば1フィールドごと)に対向電極の電位VLCを中心に正転、反転している。図5(b)は、液晶にかかるその状態を等価的に示す図であり、対向電極の電位VLCを映像信号の電位差で白黒階調表示を行なうことができる。この時、VLCを信号中心に合わせて、反転駆動している映像信号の正転側とVLCの電位差と反転側とVLCの電位差を等しくなるようにすることで液晶にかかるDC成分を無くすようにしている。
【0056】
従って、VLCが信号中心からずれてしまうと映像信号の正転側と反転側のVLCに対する電位差が異なり、白黒階調表示差、つまり、輝度差が生じることになる。
【0057】
これをウォブリングした画面で表すと、一般にフィールド反転と言われているものは、図6(a)と(b)のようになる。このとき信号のずれなどにより、画素にかかる電圧が正転側と反転側とで異なるとウォブリングしたフィールド間で輝度差が生じ、NTSC方式の映像信号の場合、図6(c)のように、輝度変化が30Hzのフリッカ(ちらつき)として目立つようになる。
【0058】
そこで、実施形態2で説明したタイミングで、2つの表示画面で1フィールドの映像を形成することで、図7(a)、(b)のように表示画素の極性を表すことができる。このとき輝度変化は、図7(c)のように表せ、フリッカの周期が2倍(60Hz)になり、目立たなくなる。
【0059】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の表示方法によれば、映像信号に同期して表示画素をシフトするウォブリングにおいて、あるフィールドの映像信号を表示している画素の位置に対して、次のフィールドの映像信号を表示するときの画素を、隣接する行の間隔又は列の間隔だけシフトして表示することにより、水平解像度又は垂直解像度を2倍に向上することができる。
【0060】
また、前記のウォブリングによる表示方法において、フレームメモリ、倍速駆動を用いて、2つの表示画面で1フィールドの映像を形成することで、動画に対応した滑らかな映像表示を行なうことができる。
【0061】
さらに、液晶表示装置に適用する場合、表示画面を切り替えるごとに映像信号の極性を反転して駆動する際に、倍速駆動において反転することにより、フリッカを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態1の画素表示方法を示す模式図である。
【図2】本発明の実施形態2の画素表示方法を示す模式図である。
【図3】映像信号とウォブリングするタイミングを説明する図である。
【図4】本発明においてノンインタレース信号の映像表示の実施形態を示す模式図である。
【図5】液晶にかかる映像信号の極性反転を示す図である。
【図6】画素にかかる映像信号の極性を説明する図である。
【図7】倍速駆動における画素にかかる映像信号の極性を説明する図である。
【図8】ウォブリング素子の一例を示す模式図である。
【図9】ノーマリーホワイトTN液晶表示素子の構成を示す模式図である。
【図10】従来例の画素表示方法を示す模式図である。
【図11】本発明の実施形態1において、行方向にシフトした場合の模式図である。
【図12】本発明を、従来例の図10に適用した場合を示す模式図である。
【符号の説明】
1 画素
1’ ウォブリングされてシフトした画素
Claims (2)
- マトリックス状に配置された表示画素を用いた画像の表示方法において、
映像信号に同期して表示画素をシフトするウォブリング技術、フレームメモリ及び倍速駆動を用いて、あるフィールドの映像信号を表示している画素の位置に対して、次のフィールドの映像信号を表示するときの画素を、該画素の隣接する行あるいは列の間隔だけシフトしてウォブリングし、前記あるフィールドの映像信号を表示した奇数フィールドαの表示画面と前記次のフィールドの映像信号をウォブリングして表示した奇数フィールドβの表示画面を合成して、1奇数フィールドの画像を形成して表示することを特徴とするウォブリング技術を用いた表示方法。 - マトリックス状に配置された表示画素を用いた画像の表示方法において、
映像信号に同期して表示画素をシフトするウォブリング技術、フレームメモリ及び倍速駆動を用いて、あるフィールドの映像信号を表示している画素の位置に対して、次のフィールドの映像信号を表示するときの画素を、該画素の隣接する行あるいは列の間隔だけシフトしてウォブリングし、前記あるフィールドの映像信号を表示した偶数フィールドαの表示画面と前記次のフィールドの映像信号をウォブリングして表示した偶数フィールドβの表示画面を合成して、1偶数フィールドの画像を形成して表示することを特徴とするウォブリング技術を用いた表示方法。
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