JP4042603B2 - 画像表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像表示装置に係り、特に、投射型ディスプレイやビューファインダ、ヘッドマウントディスプレイ等の液晶画像表示装置、プラズマ画像表示装置、デジタルミラー画像表示装置、エレクトロルミネセンス画像表示装置、フィールドエミッション画像表示装置等の画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、液晶画像表示装置、プラズマ画像表示装置、デジタルミラー画像表示装置、エレクトロルミネセンス画像表示装置、フィールドエミッション画像表示装置等の画像表示装置では、画像信号を表示する方式としてこの画像信号をデジタル化し、このデジタル信号を各画素に印加するようにしたデジタル方式が採用される傾向にある。この場合、１テレビフィールド（フィールド）を、異なる重みを持つ複数のサブフィールドで構成し、このサブフィールドを順次時系列的に表示して画像を表示することが行われている。
【０００３】
これら各画像表示装置は構造、駆動方式は異なるが、いずれの方式においても上記したサブフィールド構造をもつために、動画表示時において、擬似輪郭が発生する。例えば１フィールドが８ビットの複数のサブフィールドを持ち、それぞれのサブフィールドの時間幅が、１（＝２0 ）：２（＝２1 ）：４（＝２2 ）：８（＝２3 ）：１６（＝２4 ）：３２（＝２5 ）：６４（＝２6 ）：１２８（＝２7 ）である場合を考える。これらサブフィールドの組み合わせにより、階調は０〜２５５の２５６階調レベルの表現ができる。ここで、動画における擬似輪郭は各サブフィールドの表示時における発光タイミンングの時間的ずれによると考えられる。画像の移動速度が速い場合、時間のずれが空間のずれに変換されるため、動画擬似輪郭が発生し動画質が劣化する。
【０００４】
図８は動画擬似輪郭の発生を模式的に説明するための図である。この図８においては、サブフィールドが１〜８（ＳＦ１〜ＳＦ８）からなり、隣接する画素において、階調レベルが”１２７”と”１２８”の境界を示している。図中の右方向が時間の流れを示し、この順序でサブフィールドＳＦ１〜ＳＦ８に向かって順に表示されて行く。図中、白色の部分はオン表示（白色）を示し、梨地の部分はオフ表示（黒色）を示し、階調レベルが大きい程、白色に近づき、小さい程、黒色に近づく、図中のＳ１〜Ｓ３は視線の高さ方向の位置を示す。ここで視線が位置Ｓ２で固定された場合には、光Ｙ１に示すようにサブフィールドＳＦ１〜ＳＦ７では白色（オンの画素を示す）を通ってサブフィールドＳＦ８では黒色（オフの画素を示す）を通った光が目に入るので、階調レベル”１２７”を適正に認識できる。
【０００５】
しかし、視線が位置Ｓ２から上方の位置Ｓ１へ移動すると、光Ｙ２に示すようにサブフィールドＳＦ１〜ＳＦ８では全て黒色を通った光（実際には光はほとんど無し）が目に入るので、階調レベル”０”（真黒）になってしまう。従って、この視線移動により黒レベルの線が擬似的に発生し、これが輪郭として見えてしまう。
これに対して、視線が位置Ｓ２から下方の位置Ｓ３へ移動すると、光Ｙ３に示すようにサブフィールドＳＦ１〜ＳＦ８では全て白色を通った光が目に入るので、階調レベル”２５５”（真白）になってしまう。従って、この視線移動により白レベルの線が擬似的に発生し、これが輪郭として見えてしまう。
【０００６】
そして、上記した動画擬似輪郭の発生を解決するために以下の方策が提案されている。例えば非特許文献１において示されているように、サブフィールド中において表示時間が長いサブフィールドはより小さな表示時間のサブフィールドに分割してビデオフィールドに分散し、かつ分割サブフィールドを並びかえる。その結果、隣接する階調レベルにおいて、オンとなるサブフィールドが移動したときに、表示素子から出射する光の時間方向のずれが小さくなり擬似輪郭は認識され難くなる。
【０００７】
また、特許文献１において開示されているように、液晶表示装置における場合においても同様の理由により、長い表示時間のサブフィールドをより小さな表示時間のサブフィールドに分割するようにしている。この時の表示態様の状態を図９を参照して説明する。図９は従来の画像表示装置の視線移動時の表示態様の一例を説明するための模式図である。ここでは１フィールドを１９のサブフィールドＳＦ１〜ＳＦ１９に分割しており、図中、梨地の部分はオフを示し、白色の部分はオンを示す。また白色の部分の数字は明るさのレベルを示す。この点は図１０も同じである。ここでは階調レベルが１２６〜１３０の部分を示している。階調レベルが１２８において、サブフィールドＳＦ８〜ＳＦ１１はオフ、この隣のサブフィールドＳＦ１２はオンである。
【０００８】
この場合には視線移動が位置Ｓ２から位置Ｓ１、或いは位置Ｓ３へ移動しても、光Ｙ１〜Ｙ３は全て階調レベルが１２７であり動画擬似輪郭は発生しない。
また擬似輪郭を改善するその他の方法として非特許文献２において「ＣＬＥＡＲ駆動法」が提案されている。この方法は、ＰＤＰにおいて、輝度に応じて順次発光期間を積み重ねていく方式であり、擬似輪郭への改善効果は大きい。更に、擬似輪郭を改善するその他の方法として、特許文献２に開示されているように、輝度に応じて順次発光期間を積み重ねていく方式があり、この方式で擬似輪郭の発生抑制には有効である。
【０００９】
【非特許文献１】
「ＤＬＰ投射システム」ディスプレイ アンド イメージング ２００１，Ｖｏ１．９，ｐｐ７９−８６
【特許文献１】
米国特許第６１５１０１１号明細書
【非特許文献２】
ＮＩＫＫＥＩ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ １９９９．１０．４（ＮＯ．７５３）
【特許文献２】
特開２００１−３４３９５０号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した各従来技術には以下のような問題があった。すなわち、上記非特許文献１及び特許文献１の技術において、図１０に示すように階調レベル１２８において、図９に示すサブフィールドＳＦ１２がオンする替わりに、これよりも時間的に遠く離れた、例えばサブフィールドＳＦ１７がオンすると、視線が位置Ｓ２で固定された場合には階調レベルが１２７、視線が位置Ｓ２から位置Ｓ１へ移動すると階調レベルが１２７、視線が位置Ｓ２から位置Ｓ３へ移動すると階調レベルが１４３となる。従って、視線が位置Ｓ２から位置Ｓ３へ移動すると（光Ｙ１からＹ３）、階調レベルは１６（＝１４３−１２７）階調変化してしまい、ここの境界部分に動画擬似輪郭が発生する、という問題があった。
【００１１】
また上記非特許文献２で示される技術の場合には、２フィールドで２４サブフィールドにより、表現できる階調数は２４レベルのみであり、フル階調を表示するためにはディザ、誤差拡散等の信号処理が必要であるという問題があった。
更に、特許文献２で開示されている技術の場合には、アクセスする各サブフィールドと表示すべきビットプレーン対応関係が従来の単純なルックアップテーブルではあたえられず、各画素について、明るさ応じてビットプレーンからサブフィールドに演算する追加制御回路が必要となり、装置構造が複雑化する問題があった。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、サブフィールド構造を最適化することにより、動画擬似輪郭の発生を抑制した階調表現を可能にし、動画質を向上できる画像表示装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、デジタル化された画像信号を、複数の画素がマトリクス状に配置された表示手段に印加して表示するに際して、前記画像信号の１フィールドを複数の１フィールド期間より短い期間であるサブフィールドに分割し、前記サブフィールドを前記画像信号の階調レベルに応じて選択的にオン、またはオフ表示して前記画像信号に基づいた画像をＳ字ガンマ特性のもとで表示する液晶画像表示装置において、前記サブフィールドの配列順に従って最初のサブフィールドから最後のサブフィールドにむかい前記サブフィールドの表示時間が順次長くなり、前記サブフィールドの表示期間が長くなるに従って前記隣接するサブフィールド同士の表示期間の差が複数のサブフィールド毎、または１サブフィールド毎に小さくなるように設定され、又は、前記サブフィールドの配列順に従って最後のサブフィールドから最初のサブフィールドにむかい前記サブフィールドの表示時間が順次長くなり、前記サブフィールドの表示期間が長くなるに従って前記隣接するサブフィールド同士の表示期間の差が複数のサブフィールド毎、または１サブフィールド毎に小さくなるように設定されており、動画擬似輪郭の発生を抑制すべき所定の階調レベルにおいては、一階調変化する毎に、オンとなるサブフィールドがサブフィールドの配列方向に沿って１サブフィールド分移動する、或いは同一サブフィールドがオンを維持したまま、該サブフィールドの表示期間よりも短い表示期間を有するサブフィールドの内の１個のサブフィールドがオンとなり、前記動画擬似輪郭の発生を抑制すべき所定の階調レベル以外の階調レベルにおいては、一階調変化する毎に、オンとなるサブフィールドがサブフィールドの配列方向に沿って１又は複数サブフィールド分移動し、更に、前記全サブフィールドの配列の内の最後にオフとなっているサブフィールドが一旦オンになった後はその後の階調レベルにおいては常時オンとなるように設定されているルックアップテーブルを有するサブフィールド制御手段を備えるようにしたことを特徴とする液晶画像表示装置である。
【００１３】
本発明の関連技術は、デジタル化された画像信号を、複数の画素がマトリクス状に配置された表示手段に印加して表示するに際して、前記画像信号の１フィールドを複数の１フィールド期間より短い期間であるサブフィールドに分割し、前記サブフィールドを前記画像信号の階調レベルに応じて選択的にオン、またはオフ表示して前記画像信号に基づいた画像を、オンとなる各サブフィールドの合計の表示期間と出射強度である表示される画像光の強度が比例関係にあるような特性のもとで表示する画像表示装置において、前記サブフィールドの配列順に、前記サブフィールドの表示期間が順次長くなり、１階調増加するとオンとなる１個のサブフィールドが表示期間の長いサブフィールドに向かって１又は複数サブフィールド分移動すると共に、前記全サブフィールドの配列の内の最後にオフとなっているサブフィールドが一旦オンになった後はその後の階調レベルにおいては常時オンとなるように設定されているルックアップテーブルを有するサブフィールド制御手段を備えたことを特徴とする画像表示装置である。
また本発明の関連技術では、例えばルックアップテーブルは、前記サブフィールドがオンする順番を、階調レベルが高くなるに従って、前記表示期間が最も短いサブフィールドから最も長いサブフィールドに向かって移動させ、オフ状態のサブフィールドの内で前記表示期間が最も長いサブフィールドがオンとなった時には、該オンになったサブフィールドをその階調レベル以上においては常にオン状態を保持するように設定されている。具体的には、例えば前記ルックアップテーブルは、前記サブフィールドがオンする順番を、階調レベルが小さい場合、階調レベルが高くなるに従って、前記表示期間が最も短いサブフィールドから最も長いサブフィールドに向かって２サブフィールド以上移動させ、オフ状態のサブフィールドの内で前記表示期間が最も長いサブフィールドがオンとなった時には、該オンになったサブフィールドをその階調レベル以上においては常にオン状態を保持するように設定されている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る画像表示装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係る画像表示装置の一例を示すブロック構成図、図２は入力電圧と出力光強度との関係を示すグラフ、図３はサブフィールドを形成する時に用いるルックアップテーブルの第１実施例を示す図である。尚、ここでは画像表示装置として液晶を用いた表示装置を例にとって説明するが、本発明は、プラズマ画像表示装置、デジタルミラー画像表示装置、エレクトロルミネセンス画像表示装置、フィールドエミッション画像表示装置などにも適用できる。
【００１５】
図１に示すように、この画像表示装置２は、画像信号Ｓをデジタル化して１つのフィールドに対して所定の複数のサブフィールドを形成するためのサブフィールド制御手段４と、複数の画素がマトリクス状に配置されて上記サブフィールド制御手段４で形成されてデジタル信号を印加することによって画像を表示する表示手段６とにより主に構成される。具体的には、上記サブフィールド制御手段４は、アナログの画像信号をデジタル化するＡ／Ｄ変換部８と、このＡ／Ｄ変換部８より出力されるデジタル信号（画像信号）に基づいて１フィールドに対して複数、ここでは１９のサブフィールドを形成するサブフィールド変換回路１０と、このサブフィールドを形成する際に参照する図３に示すようなルックアップテーブルを記憶するルックアップメモリ１２と、上記サブフィールド変換回路１０で形成された信号を記憶する第１と第２の２つのフレームメモリ１４、１６とを有している。また上記第１、第２のフレームメモリ１４、１６から出力されるサブフィールドのデータを記憶する、２０個のシフトレジスタＳＲ１〜ＳＲ２０が設けられている。
【００１６】
また表示手段６は、例えば６４０×４８０の画素（図示せず）がマトリクス状に配置された表示部２０を有しており、この表示部２０の一側には行走査電極駆動回路２２が設けられると共に、他側には列信号電極駆動回路２４が設けられる。この列信号電極駆動回路２４には、シフトレジスタＤＳＲ１〜ＤＳＲ２０が含まれ、制御側のシフトレジスタＳＲ１〜ＳＲ２０からのデータを受け取り保持する。
【００１７】
次に、このように構成された液晶画像表示装置２の動作について説明する。
まず、Ａ／Ｄ変換部８は、入力されたアナログの画像信号Ｓをデジタル信号に変換する。ここでは、８ビットの入力信号とする。この入力される画像信号Ｓは、通常ＣＲＴの逆ガンマ特性を前提としたものであり、一般には図２に示すような液晶を電圧駆動したときの出射光強度の関係がＳ字型となり、階調が正しく表現できなくなる。図２中、Ｖｔｈは閾値を示し、Ｖｓａｔは飽和電圧を示す。そこで、図３に示すような、本発明の特徴とする階調レベルとサブフィールドの対応するルックアップテーブルにより、正しく階調が表現できるよう、また擬似輪郭が発生しないようにサブフィールドの表示期間、及び各階調レベルにおける各サブフィールドのオン・オフ表示を設定する。この、ガンマ補正および擬似輪郭の抑制を行うためのルックアップテーブルが本発明の具体例に対応する。尚、ここでは階調レベルが０〜２５５までの２５６段階を示しており、途中の部分の記載は一部省略している。ここで記載されている階調レベル中、”１”はオン（点灯）を示し、空白はオフを示す。表示の際は、サブフィールドＳＦ１からサブフィールドＳＦ１９に向けて順に時系列的に表示される。以上の点は後述する各テーブルに共通である。
【００１８】
図３に示す場合は、各サブフィールドの表示期間は、ＳＦ１、ＳＦ２… ＳＦ１９の順で３０μｓｅｃ、６０μｓｅｃ… ３０５μｓｅｃのように順次長くなるように設定されている。またここでは、隣接するサブフィールド同士の表示期間の差が、サブフィールドの表示期間が長くなるに従って複数のサブフィールド毎に短くなるように設定されている。例えばサブフィールドの表示期間が短い場合は隣接サブフィールドの表示期間の差は３０μｓｅｃであるが、サブフィールドの表示期間が長くなるに従って、サブフィールドの表示期間の差は２０μｓｅｃ、１５μｓｅｃ、１０μｓｅｃ、５μｓｅｃと徐々に短くなる。
【００１９】
具体的には、隣接サブフィールドの表示期間の差は、ＳＦ１〜ＳＦ３まではそれぞれ３０μｓｅｃで同一、ＳＦ３〜ＳＦ８まではそれぞれ２０μｓｅｃで同一、ＳＦ８〜ＳＦ１２まではそれぞれ１５μｓｅｃで同一、ＳＦ１２〜ＳＦ１６まではそれぞれ１０μｓｅｃで同一、ＳＦ１６〜ＳＦ１９まではそれぞれ５μｓｅｃで同一となっている。そして、上述のように、隣接サブフィールドの表示期間の差は、サブフィールドの表示期間が長くなるに従って、３０μｓｅｃ→２０μｓｅｃ→１５μｓｅｃ→１０μｓｅｃ→５μｓｅｃの様に数サブフィールド毎に順次短くなっている。
【００２０】
またここでは、階調レベル２１〜３６に示すように、階調レベルが高くなるに従って、サブフィールドがオンする順番は、表示期間が最も短いサブフィールドから最も長いサブフィールドに向かって１サブフィールド毎に移動させており、そして、オフ状態のサブフィールドの内で表示期間が最も長いサブフィールドがオンになった時には、このオンになったサブフィールドを、その階調レベル以上においては常にオン状態を保持するようにしている。この関係は図示されていないが、階調レベル３７以上においても順次繰り返し設定されている。例えばサブフィールドＳＦ１７は階調レベル２０以上では常にオン状態であり、サブフィールドＳＦ１６は階調レベル３６以上で常にオン状態である。
【００２１】
また階調レベル１〜１０において示すように、ここでは階調レベルが小さい場合には、サブフィールドがオンする順番は、表示期間が最も短いサブフィールドから最も長いサブフィールドに向かって２サブフィールド以上移動し、そして、最も長いサブフィールドがオンとなる階調レベル以上においては、最も長いサブフィールドは常にオン状態を保持するようになっている。例えばサブフィールドＳＦ１９は階調レベル２以上では常にオン状態であり、サブフィールドＳＦ１８では階調レベル６以上では常にオン状態である。
【００２２】
サブフィールド変換回路１０は、デジタル化された画像信号を入力し、各画素に対応する画素信号を予め決められたサブフィールドの表示期間をもつ、ここでは１９個のサブフィールドに変換する回路である。具体的には、入力されるデジタル画像信号の階調レベルに応じて変換すべき情報が定められた図３に示すようなルックアップテーブルを参照して、所定の数の、ここでは１９個のサブフィールドに画像信号が分割される。このサブフィールド変換回路１０は、図１に示すように、書き込み制御アドレス信号（図示せず）により物理アドレスが指定され、第１及び第２のフレームメモリ１４、１６にルックアップテーブルのデータが書き込まれる。この第１及び第２のフレームメモリ１４、１６は、それぞれ１９個のサブフィールドに対応する１９個のサブフィールドメモリ（図示せず）を含み、このサブフィールドメモリは、各画素の６４０×４８０（個）のサブフィールドデータを記憶する。上記サブフィールドメモリに保持されたデータは、例えば２０ビットずつ読み出されてシフトレジスタＳＲ１〜ＳＲ２０に保持される。保持された２０ビットのデータは表示部２０のシフトレジスタＤＳＲ１〜ＤＳＲ２０に転送されて保持される。各画素には、データを保持するメモリが配置されており、シフトレジスタＤＳＲ１〜ＤＳＲ２０に保持されたデータが各画素のメモリに転送され、保持される。各画素に２０ビットずつ保持され、１列６４０ビットのデータが保持されると、２列目のデータが保持される。そして、３列、…４８０列のようにデータ転送を順次繰り返し、１サブフィールド分のデータ転送が終了し、全画素のメモリにデータが保持されたあと、全画素のメモリのデータが一括で全画素に転送され、各画素の液晶が同時に駆動される。その後は同様に２サブフィールド、・・・・、１９サブフィールドにおける動作を行い、１フィールドが終了する。第１のフレームメモリ１４からデータが読み出されている時間において、同時に第２のフレームメモリ１６にサブフィールド変換回路１０からデータが書き込まれている。第１のフレームメモリ１４から１フィールド分のデータ読み出しが終了後、第２のフレームメモリ１６から１フィールド分のデータが読み出される。以後、第１及び第２のフレームメモリ１４、１６は書き込み、読み出し動作を１フィールド毎に交互に行う。
【００２３】
次に、図３に示すようにルックアップテーブルを形成することにより、動画擬似輪郭の発生が抑制される理由について説明する。
図９及び図１０に戻って、図９及び図１０より、擬似輪郭の発生し難いサブフィールドパターンは、隣接する階調レベルにおいて、オン（点灯）するサブフィールドの位置が近い必要がある。例えば、階調レベルが１２７から１２８に変化する場合、サブフィールドＳＦ８〜ＳＦ１１がオフとなり、サブフィールドＳＦ１９がオンになる場合（図１０参照）には視線移動の速度が小さくても明るさが１２７から１４３へと変化して認識されて擬似輪郭が発生し易い。しかし、サブフィールド１９に替えてサブフィールドＳＦ１２がオンになる場合（図９参照）には光Ｙ４に示すように視線移動速度が速くならないと（位置Ｓ４）、明るさが１２７から１４３へと変化するように認識されず擬似輪郭が発生し難くなる。
【００２４】
また、階調レベル１２７で、サブフィールドＳＦ８〜ＳＦ１１のオンにより明るさ１５を発生するが、この場合、サブフィールドＳＦ８〜ＳＦ１１の発光重心はサブフィールドＳＦ９とＳＦ１０の中間にあり、階調レベルが１２８でサブフィールドＳＦ１２がオンになっても発光重心の移動は最小にできない。尚、発光重心とは、あるサブフィールドの集合の明るさの平均位置（ＳＦ）を示す。いま、仮にサブフィールドＳＦ１１に単独で明るさ１５が配置されると、階調レベルが１２７から１２８に変化する場合、発光重心はサブフィールドＳＦ１１からサブフィールドＳＦ１２となり、発光重心の移動は最小の１サブフィールドにできる。従って、隣接する階調レベルにおいて、サブフィールドの表示期間の差が小さいほどサブフィールドの移動を小さくすることができるが、各サブフィールドの表示期間は表現される階調レベルにより決定される。
【００２５】
従って、擬似輪郭の低減と階調表現を両立するためには、次の２つの条件が必要となる。
（１）各サブフィールドの表示期間の差は小さいほどよくなる。
（２）隣接する階調レベルにおいては、サブフィールドの発光重心の位置の移動は小さいほどよくなる。
【００２６】
この方針に従う一例が図３に示すルックアップテーブルである。前述したように、図３のルックアップテーブルでは、サブフィールドの表示期間は、サブフィールド数が大きくなるほど徐々に長くなる。サブフィールドの表示期間が短い場合には、隣接するサブフィールドの表示期間の差は３０μｓｅｃであるが（ＳＦ１〜ＳＦ４）、サブフィールドの表示期間が長くなるに従って、隣接するサブフィールドの表示期間の差は２０μｓｅｃ、１５μｓｅｃ、１０μｓｅｃ、５μｓｅｃと徐々に短くなる。これは、図２に示すように液晶に加わる入力電圧（実効電圧値）と出力光強度との関係は直線的に変化せず、Ｓ字型に変化するため、複数サブフィールドの表示期間の合計がある１サブフィールドの表示期間に等しくても、明るさは複数サブフィールドの明るさより１サブフィールドの明るさのほうが明るい。従って、正確な階調表現を行うためには、このようにサブフィールド数が大きくなるほど隣接するサブフィールドの表示期間の差を小さくする必要がある。
【００２７】
次に階調レベルが０から大きくなるときのサブフィールドの変化を説明する。階調レベルが０のときには、例えば全サブフィールドをオフにする。これは液晶画像表示装置の黒レベルをきめるものであり、必要な黒レベルにより各サブフィールドのオン状態が設定される。階調レベルが１のときには、図２に示すように液晶に加わる実効電圧値と出力光強度との関係がＳ字型のため、比較的表示期間の長いサブフィールド、例えばＳＦ９が選択（オン）される。階調レベルが２のときに最も表示期間が長いサブフィールドＳＦ１９がオンとなるように選択される。そして、階調レベルが２以上では、サブフィールドＳＦ１９は常にオンとなる。そして、階調レベルが３、４、５・・と大きくなると、オンとなるサブフィールドが、表示期間が短いサブフィールド側から表示期間が長いサブフィールド側に向けて複数、例えば４つのサブフィールド毎（移動量）に移動する。黒レベルに近い低階調レベルでは、隣接階調レベルにおいてオンとなるサブフィールドの移動量（例えば４つのサブフィールド毎）は大きいが、明るさが暗いため擬似輪郭として認識されない。
【００２８】
また階調レベルが２１以上においては、隣接階調レベルにおいてオンとなるサブフィールドの移動量は１サブフィールド毎になり擬似輪郭の発生は抑制される。階調レベルが３６と３７の間においては、オンするサブフィールドＳＦ１６は移動せずに階調レベル３７においてサブフィールドＳＦ１がオンとなるが、このサブフィールドＳＦ１は表示期間が短いため、擬似輪郭として認識されない。すなわち、ここでは階調レベルを調整している。このように隣接する階調レベルにおいて、オンするサブフィールドは移動しないが表示期間が短いサブフィールドがオンする場合は他の階調レベル間にもあり、その場合にオンするサブフィールドはＳＦ１に限らない。
【００２９】
また、図３に示すルックアップテーブルは、隣接するサブフィールド同士の表示期間の差がサブフィールドの表示期間が長くなるに従って複数のサブフィールド毎に短くなるように設定しているが、隣接するサブフィールド同士の表示期間の差がサブフィールドの表示期間が長くなるに従って１サブフィールド毎に短くなるように設定してもよい。
例えばＳＦ１の表示期間が３０μｓｅｃとし、隣接するサブフィールド同士の表示期間の差が１サブフィールド毎に１．５μｓｅｃずつ短くなるように設定する場合、それぞれＳＦ２、ＳＦ３、ＳＦ４、…、ＳＦ１９の表示期間は５８．５μｓｅｃ、８５．５μｓｅｃ、１１１μｓｅｃ、…３１３．５μｓｅｃとなる。この場合も、図３と同様のルックアップテーブルを適用できる。
【００３０】
選択されるサブフィールドは液晶画像表示装置の実効電圧値と出力光強度の関係により異なる。図２中の特性曲線Ａ１の場合のように黒状態から緩やかに変化する場合は、図３に示すルックアップテーブルに従う。また、図２中の特性曲線Ａ２の場合のように急峻に変化する場合は、図４に示すルックアップテーブルの第２実施例に従う。尚、このルックアップテーブルの第２実施例については後述する。
このように、図３に示すようなルックアップテーブル構造を採用することにより階調レベルが変化してもその時の発光重心の移動量は小さくしているので、擬似輪郭の発生を大幅に抑制することが可能となる。
【００３１】
また液晶を用いた画像表示装置において、仮に隣接サブフィールド間の表示期間の差を変化させることなく一定とした場合には、隣接階調レベル間においてオンするサブフィールドの移動量が常に１サブフィールドとなるように設定すると（階調レベル２１〜３６を参照）、階調レベルと出力光強度との関係が、液晶の特性に起因して図６中に示す特性Ｂ１のように２次曲線的に上方へ跳ね上がった特性を示すので好ましくない。そこで、サブフィールドの表示期間が長くなるに従って、上述のように隣接サブフィールド間の表示期間の差を、例えば複数サブフィールド毎に次第に短くすることにより、図６中の特性Ｂ２のように直線的に大きくなる良好な特性とすることができる。
【００３２】
また、サブフィールドの表示の順序に従って、その表示期間が順次長くなるように設定しているので、いわゆる動きぼけの発生を抑制することができる。尚、動きぼけとは、静止画では解像度がよい場合でも画像が動くことによりその画像自体の解像度が劣化してぼけて見える現象をいう。この動きぼけについて説明すると、一般的には画像表示装置の中では動きぼけの少ないのはＣＲＴ（陰極線管）であり、液晶画像表示装置では動きぼけが多い。これは、ＣＲＴの発光パターンがインパルス発光であるのに対して液晶画像表示装置の発光パターンが保持型発光であるのに起因している。このような状況下において、サブフィールドの番号と、これに対応する表示期間との関係が図５に示すようにサブフィールド番号が増加するに従って、表示期間が次第に増加して１つのピークを形成して終了するようなパターン、いわゆる１山パターンとなる場合には、上記した動きぼけの発生を大幅に抑制することができる。
【００３３】
次に、図４にて示すルックアップテーブルの第２実施例について説明する。前述したように、このルックアップテーブルは図２中の特性曲線Ａ２のように出力光強度が急峻に立ち上がるような場合に用いる。この図４に示すルックアップテーブルは、階調レベルが黒レベルに近い低階調レベルにおいて隣接階調レベル間にてオンとなるサブフィールドの移動量が１サブフィールドになっている点を除いて、サブフィールドを表示する順序に従ってその表示期間が順次長くなっている点及び隣接サブフィールドの表示期間の差が、サブフィールドの表示期間が長くなるに従って、複数のサブフィールド毎に次第に短くなっている点等は図３に示すルックアップテーブルと同じである。
【００３４】
すなわち、この図４に示すルックアップテーブルにおいては、階調レベルが２１以上においては、隣接階調レベルにおいてオンとなるサブフィールドの移動量は１サブフィールド毎になり擬似輪郭の発生は抑制される。階調レベルが３４と３５の間においては、オンするサブフィールドＳＦ１５は移動せずに階調レベル３５においてサブフィールドＳＦ１がオンとなるが、このサブフィールドＳＦ１は表示期間が短いため、擬似輪郭として認識されない。すなわち、ここでは階調レベルを調整している。階調レベル３６と３７の間においても同様である。このように隣接する階調レベルにおいて、オンするサブフィールドは移動しないが表示期間が短いサブフィールドがオンする場合は他の階調レベル間にもあり、その場合にオンするサブフィールドはＳＦ１に限らない。この場合にも、図３に示すルックアップテーブルと同様に擬似輪郭の発生を大幅に抑制することができる等の作用効果を発揮することができる。
【００３５】
次に、図７に示すルックアップテーブルの第３実施例について説明する。この第３実施例は、サブフィールドの表示期間は、表示の順列に従って順次長く設定しているが、この場合、隣接するサブフィールド間における表示期間の差を、全て同一、例えば２０μｓｅｃに設定している点を除き、他の点は図４に示す第２実施例のルックアップテーブルと略同一となっている。例えばプラズマを用いた画像表示装置においては、各サブフィールドの表示期間の和はプラズマ表示部の明るさに等しく、液晶表示のようにサブフィールドの表示期間が長くなると隣接するサブフィールド間の表示期間差を短くする必要がなくなる。例えば、図７に示すようなルックアップテーブルがその例である。
【００３６】
図７においては、サブフィールドが１９個あり、サブフィールドの表示期間がもっとも短いサブフィールドＳＦ１からサブフィールドの表示期間が最も長いサブフィールドＳＦ１９まで配置され、隣接するサブフィールド間における表示期間の差がすべての場合において２０μｓｅｃである。サブフィールドがオンとなる順番は、基本的にサブフィールドＳＦ１から１サブフィールドづつ移動し、サブフィールドＳＦ１９がオンとなる階調レベル以上では常にこのサブフィールドＳＦ１９はオンとなる。階調レベルが大きくなると、この動きのパターンが基本的に繰り返される。
【００３７】
低階調レベルにおいては、規定されたガンマ特性にあうように、例えば誤差拡散などを用い、サブフィールドの表示期間の合計に対して明るさの傾きが小さくなるように調整する。また、階調レベルが中間レベル以上では、オンとなるサブフィールドが１サブフィールドづつ移動せず、２サブフィールド、３サブフィールドづつ移動する場合がある（図示せず）。この第３実施例のルックアップテーブルは、プラズマ画像表示装置、デジタルミラー画像表示装置、エレクトロルミネセンス画像表示装置、フィールドエミッション画像表示装置等の画像表示装置に対して特に有効である。
【００３８】
尚、図３、図４及び図７に示す各ルックアップテーブルでは、サブフィールドを表示する順番に、その表示期間が次第に長くなるように配列したが、これに限定されず、これを逆に、すなわち、サブフィールドの表示期間が最も長いものをサブフィールドＳＦ１とし、最も短いものをサブフィールドＳＦ１９とするようにしてもよい。この場合、各階調レベルのオン・オフのパターンは、全く逆になり、例えば図３、図４及び図７中にて左上方向から右下方向へ斜めに進行する”１”の配列が、右上方向から左下方向へ斜めに進行する”１”の配列となり、この場合にも、前述したと全く同様な効果を得ることができる。
また上記各実施例ではフィールドを１９個のサブフィールドに分割した場合を例にとって説明したが、このサブフィールドの数に限定されないのは勿論である。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の画像表示装置によれば、擬似輪郭の発生を抑制し、階調性に優れ、動きぼけの少ない動画質を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像表示装置の一例を示すブロック構成図である。
【図２】入力電圧と出力光強度との関係を示すグラフである。
【図３】サブフィールドを形成する時に用いるルックアップテーブルの第１実施例を示す図である。
【図４】サブフィールドを形成する時に用いるルックアップテーブルの第２実施例を示す図である。
【図５】サブフィールドの番号と表示期間との関係を示す図である。
【図６】階調レベルと出力光強度との関係を示すグラフである。
【図７】サブフィールドを形成する時に用いるルックアップテーブルの第３実施例を示す図である。
【図８】動画擬似輪郭の発生を模式的に説明するための図である。
【図９】従来の画像表示装置の視線移動時の表示態様の一例を説明するための模式図である。
【図１０】従来の画像表示装置の視線移動時の表示態様の一例を説明するための他の模式図である。
【符号の説明】
２…画像表示装置、４…サブフィールド制御手段、６…表示手段、８…Ａ／Ｄ変換部、１０…サブフィールド変換回路、１２…ルックアップメモリ、１４…第１のフレームメモリ、１６…第２のフレームメモリ、２０…表示部。
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像表示装置に係り、特に、投射型ディスプレイやビューファインダ、ヘッドマウントディスプレイ等の液晶画像表示装置、プラズマ画像表示装置、デジタルミラー画像表示装置、エレクトロルミネセンス画像表示装置、フィールドエミッション画像表示装置等の画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、液晶画像表示装置、プラズマ画像表示装置、デジタルミラー画像表示装置、エレクトロルミネセンス画像表示装置、フィールドエミッション画像表示装置等の画像表示装置では、画像信号を表示する方式としてこの画像信号をデジタル化し、このデジタル信号を各画素に印加するようにしたデジタル方式が採用される傾向にある。この場合、１テレビフィールド（フィールド）を、異なる重みを持つ複数のサブフィールドで構成し、このサブフィールドを順次時系列的に表示して画像を表示することが行われている。
【０００３】
これら各画像表示装置は構造、駆動方式は異なるが、いずれの方式においても上記したサブフィールド構造をもつために、動画表示時において、擬似輪郭が発生する。例えば１フィールドが８ビットの複数のサブフィールドを持ち、それぞれのサブフィールドの時間幅が、１（＝２0 ）：２（＝２1 ）：４（＝２2 ）：８（＝２3 ）：１６（＝２4 ）：３２（＝２5 ）：６４（＝２6 ）：１２８（＝２7 ）である場合を考える。これらサブフィールドの組み合わせにより、階調は０〜２５５の２５６階調レベルの表現ができる。ここで、動画における擬似輪郭は各サブフィールドの表示時における発光タイミンングの時間的ずれによると考えられる。画像の移動速度が速い場合、時間のずれが空間のずれに変換されるため、動画擬似輪郭が発生し動画質が劣化する。
【０００４】
図８は動画擬似輪郭の発生を模式的に説明するための図である。この図８においては、サブフィールドが１〜８（ＳＦ１〜ＳＦ８）からなり、隣接する画素において、階調レベルが”１２７”と”１２８”の境界を示している。図中の右方向が時間の流れを示し、この順序でサブフィールドＳＦ１〜ＳＦ８に向かって順に表示されて行く。図中、白色の部分はオン表示（白色）を示し、梨地の部分はオフ表示（黒色）を示し、階調レベルが大きい程、白色に近づき、小さい程、黒色に近づく、図中のＳ１〜Ｓ３は視線の高さ方向の位置を示す。ここで視線が位置Ｓ２で固定された場合には、光Ｙ１に示すようにサブフィールドＳＦ１〜ＳＦ７では白色（オンの画素を示す）を通ってサブフィールドＳＦ８では黒色（オフの画素を示す）を通った光が目に入るので、階調レベル”１２７”を適正に認識できる。
【０００５】
しかし、視線が位置Ｓ２から上方の位置Ｓ１へ移動すると、光Ｙ２に示すようにサブフィールドＳＦ１〜ＳＦ８では全て黒色を通った光（実際には光はほとんど無し）が目に入るので、階調レベル”０”（真黒）になってしまう。従って、この視線移動により黒レベルの線が擬似的に発生し、これが輪郭として見えてしまう。
これに対して、視線が位置Ｓ２から下方の位置Ｓ３へ移動すると、光Ｙ３に示すようにサブフィールドＳＦ１〜ＳＦ８では全て白色を通った光が目に入るので、階調レベル”２５５”（真白）になってしまう。従って、この視線移動により白レベルの線が擬似的に発生し、これが輪郭として見えてしまう。
【０００６】
そして、上記した動画擬似輪郭の発生を解決するために以下の方策が提案されている。例えば非特許文献１において示されているように、サブフィールド中において表示時間が長いサブフィールドはより小さな表示時間のサブフィールドに分割してビデオフィールドに分散し、かつ分割サブフィールドを並びかえる。その結果、隣接する階調レベルにおいて、オンとなるサブフィールドが移動したときに、表示素子から出射する光の時間方向のずれが小さくなり擬似輪郭は認識され難くなる。
【０００７】
また、特許文献１において開示されているように、液晶表示装置における場合においても同様の理由により、長い表示時間のサブフィールドをより小さな表示時間のサブフィールドに分割するようにしている。この時の表示態様の状態を図９を参照して説明する。図９は従来の画像表示装置の視線移動時の表示態様の一例を説明するための模式図である。ここでは１フィールドを１９のサブフィールドＳＦ１〜ＳＦ１９に分割しており、図中、梨地の部分はオフを示し、白色の部分はオンを示す。また白色の部分の数字は明るさのレベルを示す。この点は図１０も同じである。ここでは階調レベルが１２６〜１３０の部分を示している。階調レベルが１２８において、サブフィールドＳＦ８〜ＳＦ１１はオフ、この隣のサブフィールドＳＦ１２はオンである。
【０００８】
この場合には視線移動が位置Ｓ２から位置Ｓ１、或いは位置Ｓ３へ移動しても、光Ｙ１〜Ｙ３は全て階調レベルが１２７であり動画擬似輪郭は発生しない。
また擬似輪郭を改善するその他の方法として非特許文献２において「ＣＬＥＡＲ駆動法」が提案されている。この方法は、ＰＤＰにおいて、輝度に応じて順次発光期間を積み重ねていく方式であり、擬似輪郭への改善効果は大きい。更に、擬似輪郭を改善するその他の方法として、特許文献２に開示されているように、輝度に応じて順次発光期間を積み重ねていく方式があり、この方式で擬似輪郭の発生抑制には有効である。
【０００９】
【非特許文献１】
「ＤＬＰ投射システム」ディスプレイ アンド イメージング ２００１，Ｖｏ１．９，ｐｐ７９−８６
【特許文献１】
米国特許第６１５１０１１号明細書
【非特許文献２】
ＮＩＫＫＥＩ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ １９９９．１０．４（ＮＯ．７５３）
【特許文献２】
特開２００１−３４３９５０号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した各従来技術には以下のような問題があった。すなわち、上記非特許文献１及び特許文献１の技術において、図１０に示すように階調レベル１２８において、図９に示すサブフィールドＳＦ１２がオンする替わりに、これよりも時間的に遠く離れた、例えばサブフィールドＳＦ１７がオンすると、視線が位置Ｓ２で固定された場合には階調レベルが１２７、視線が位置Ｓ２から位置Ｓ１へ移動すると階調レベルが１２７、視線が位置Ｓ２から位置Ｓ３へ移動すると階調レベルが１４３となる。従って、視線が位置Ｓ２から位置Ｓ３へ移動すると（光Ｙ１からＹ３）、階調レベルは１６（＝１４３−１２７）階調変化してしまい、ここの境界部分に動画擬似輪郭が発生する、という問題があった。
【００１１】
また上記非特許文献２で示される技術の場合には、２フィールドで２４サブフィールドにより、表現できる階調数は２４レベルのみであり、フル階調を表示するためにはディザ、誤差拡散等の信号処理が必要であるという問題があった。
更に、特許文献２で開示されている技術の場合には、アクセスする各サブフィールドと表示すべきビットプレーン対応関係が従来の単純なルックアップテーブルではあたえられず、各画素について、明るさ応じてビットプレーンからサブフィールドに演算する追加制御回路が必要となり、装置構造が複雑化する問題があった。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、サブフィールド構造を最適化することにより、動画擬似輪郭の発生を抑制した階調表現を可能にし、動画質を向上できる画像表示装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、デジタル化された画像信号を、複数の画素がマトリクス状に配置された表示手段に印加して表示するに際して、前記画像信号の１フィールドを複数の１フィールド期間より短い期間であるサブフィールドに分割し、前記サブフィールドを前記画像信号の階調レベルに応じて選択的にオン、またはオフ表示して前記画像信号に基づいた画像をＳ字ガンマ特性のもとで表示する液晶画像表示装置において、前記サブフィールドの配列順に従って最初のサブフィールドから最後のサブフィールドにむかい前記サブフィールドの表示時間が順次長くなり、前記サブフィールドの表示期間が長くなるに従って前記隣接するサブフィールド同士の表示期間の差が複数のサブフィールド毎、または１サブフィールド毎に小さくなるように設定され、又は、前記サブフィールドの配列順に従って最後のサブフィールドから最初のサブフィールドにむかい前記サブフィールドの表示時間が順次長くなり、前記サブフィールドの表示期間が長くなるに従って前記隣接するサブフィールド同士の表示期間の差が複数のサブフィールド毎、または１サブフィールド毎に小さくなるように設定されており、動画擬似輪郭の発生を抑制すべき所定の階調レベルにおいては、一階調変化する毎に、オンとなるサブフィールドがサブフィールドの配列方向に沿って１サブフィールド分移動する、或いは同一サブフィールドがオンを維持したまま、該サブフィールドの表示期間よりも短い表示期間を有するサブフィールドの内の１個のサブフィールドがオンとなり、前記動画擬似輪郭の発生を抑制すべき所定の階調レベル以外の階調レベルにおいては、一階調変化する毎に、オンとなるサブフィールドがサブフィールドの配列方向に沿って１又は複数サブフィールド分移動し、更に、前記全サブフィールドの配列の内の最後にオフとなっているサブフィールドが一旦オンになった後はその後の階調レベルにおいては常時オンとなるように設定されているルックアップテーブルを有するサブフィールド制御手段を備えるようにしたことを特徴とする液晶画像表示装置である。
【００１３】
本発明の関連技術は、デジタル化された画像信号を、複数の画素がマトリクス状に配置された表示手段に印加して表示するに際して、前記画像信号の１フィールドを複数の１フィールド期間より短い期間であるサブフィールドに分割し、前記サブフィールドを前記画像信号の階調レベルに応じて選択的にオン、またはオフ表示して前記画像信号に基づいた画像を、オンとなる各サブフィールドの合計の表示期間と出射強度である表示される画像光の強度が比例関係にあるような特性のもとで表示する画像表示装置において、前記サブフィールドの配列順に、前記サブフィールドの表示期間が順次長くなり、１階調増加するとオンとなる１個のサブフィールドが表示期間の長いサブフィールドに向かって１又は複数サブフィールド分移動すると共に、前記全サブフィールドの配列の内の最後にオフとなっているサブフィールドが一旦オンになった後はその後の階調レベルにおいては常時オンとなるように設定されているルックアップテーブルを有するサブフィールド制御手段を備えたことを特徴とする画像表示装置である。
また本発明の関連技術では、例えばルックアップテーブルは、前記サブフィールドがオンする順番を、階調レベルが高くなるに従って、前記表示期間が最も短いサブフィールドから最も長いサブフィールドに向かって移動させ、オフ状態のサブフィールドの内で前記表示期間が最も長いサブフィールドがオンとなった時には、該オンになったサブフィールドをその階調レベル以上においては常にオン状態を保持するように設定されている。具体的には、例えば前記ルックアップテーブルは、前記サブフィールドがオンする順番を、階調レベルが小さい場合、階調レベルが高くなるに従って、前記表示期間が最も短いサブフィールドから最も長いサブフィールドに向かって２サブフィールド以上移動させ、オフ状態のサブフィールドの内で前記表示期間が最も長いサブフィールドがオンとなった時には、該オンになったサブフィールドをその階調レベル以上においては常にオン状態を保持するように設定されている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る画像表示装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係る画像表示装置の一例を示すブロック構成図、図２は入力電圧と出力光強度との関係を示すグラフ、図３はサブフィールドを形成する時に用いるルックアップテーブルの第１実施例を示す図である。尚、ここでは画像表示装置として液晶を用いた表示装置を例にとって説明するが、本発明は、プラズマ画像表示装置、デジタルミラー画像表示装置、エレクトロルミネセンス画像表示装置、フィールドエミッション画像表示装置などにも適用できる。
【００１５】
図１に示すように、この画像表示装置２は、画像信号Ｓをデジタル化して１つのフィールドに対して所定の複数のサブフィールドを形成するためのサブフィールド制御手段４と、複数の画素がマトリクス状に配置されて上記サブフィールド制御手段４で形成されてデジタル信号を印加することによって画像を表示する表示手段６とにより主に構成される。具体的には、上記サブフィールド制御手段４は、アナログの画像信号をデジタル化するＡ／Ｄ変換部８と、このＡ／Ｄ変換部８より出力されるデジタル信号（画像信号）に基づいて１フィールドに対して複数、ここでは１９のサブフィールドを形成するサブフィールド変換回路１０と、このサブフィールドを形成する際に参照する図３に示すようなルックアップテーブルを記憶するルックアップメモリ１２と、上記サブフィールド変換回路１０で形成された信号を記憶する第１と第２の２つのフレームメモリ１４、１６とを有している。また上記第１、第２のフレームメモリ１４、１６から出力されるサブフィールドのデータを記憶する、２０個のシフトレジスタＳＲ１〜ＳＲ２０が設けられている。
【００１６】
また表示手段６は、例えば６４０×４８０の画素（図示せず）がマトリクス状に配置された表示部２０を有しており、この表示部２０の一側には行走査電極駆動回路２２が設けられると共に、他側には列信号電極駆動回路２４が設けられる。この列信号電極駆動回路２４には、シフトレジスタＤＳＲ１〜ＤＳＲ２０が含まれ、制御側のシフトレジスタＳＲ１〜ＳＲ２０からのデータを受け取り保持する。
【００１７】
次に、このように構成された液晶画像表示装置２の動作について説明する。
まず、Ａ／Ｄ変換部８は、入力されたアナログの画像信号Ｓをデジタル信号に変換する。ここでは、８ビットの入力信号とする。この入力される画像信号Ｓは、通常ＣＲＴの逆ガンマ特性を前提としたものであり、一般には図２に示すような液晶を電圧駆動したときの出射光強度の関係がＳ字型となり、階調が正しく表現できなくなる。図２中、Ｖｔｈは閾値を示し、Ｖｓａｔは飽和電圧を示す。そこで、図３に示すような、本発明の特徴とする階調レベルとサブフィールドの対応するルックアップテーブルにより、正しく階調が表現できるよう、また擬似輪郭が発生しないようにサブフィールドの表示期間、及び各階調レベルにおける各サブフィールドのオン・オフ表示を設定する。この、ガンマ補正および擬似輪郭の抑制を行うためのルックアップテーブルが本発明の具体例に対応する。尚、ここでは階調レベルが０〜２５５までの２５６段階を示しており、途中の部分の記載は一部省略している。ここで記載されている階調レベル中、”１”はオン（点灯）を示し、空白はオフを示す。表示の際は、サブフィールドＳＦ１からサブフィールドＳＦ１９に向けて順に時系列的に表示される。以上の点は後述する各テーブルに共通である。
【００１８】
図３に示す場合は、各サブフィールドの表示期間は、ＳＦ１、ＳＦ２… ＳＦ１９の順で３０μｓｅｃ、６０μｓｅｃ… ３０５μｓｅｃのように順次長くなるように設定されている。またここでは、隣接するサブフィールド同士の表示期間の差が、サブフィールドの表示期間が長くなるに従って複数のサブフィールド毎に短くなるように設定されている。例えばサブフィールドの表示期間が短い場合は隣接サブフィールドの表示期間の差は３０μｓｅｃであるが、サブフィールドの表示期間が長くなるに従って、サブフィールドの表示期間の差は２０μｓｅｃ、１５μｓｅｃ、１０μｓｅｃ、５μｓｅｃと徐々に短くなる。
【００１９】
具体的には、隣接サブフィールドの表示期間の差は、ＳＦ１〜ＳＦ３まではそれぞれ３０μｓｅｃで同一、ＳＦ３〜ＳＦ８まではそれぞれ２０μｓｅｃで同一、ＳＦ８〜ＳＦ１２まではそれぞれ１５μｓｅｃで同一、ＳＦ１２〜ＳＦ１６まではそれぞれ１０μｓｅｃで同一、ＳＦ１６〜ＳＦ１９まではそれぞれ５μｓｅｃで同一となっている。そして、上述のように、隣接サブフィールドの表示期間の差は、サブフィールドの表示期間が長くなるに従って、３０μｓｅｃ→２０μｓｅｃ→１５μｓｅｃ→１０μｓｅｃ→５μｓｅｃの様に数サブフィールド毎に順次短くなっている。
【００２０】
またここでは、階調レベル２１〜３６に示すように、階調レベルが高くなるに従って、サブフィールドがオンする順番は、表示期間が最も短いサブフィールドから最も長いサブフィールドに向かって１サブフィールド毎に移動させており、そして、オフ状態のサブフィールドの内で表示期間が最も長いサブフィールドがオンになった時には、このオンになったサブフィールドを、その階調レベル以上においては常にオン状態を保持するようにしている。この関係は図示されていないが、階調レベル３７以上においても順次繰り返し設定されている。例えばサブフィールドＳＦ１７は階調レベル２０以上では常にオン状態であり、サブフィールドＳＦ１６は階調レベル３６以上で常にオン状態である。
【００２１】
また階調レベル１〜１０において示すように、ここでは階調レベルが小さい場合には、サブフィールドがオンする順番は、表示期間が最も短いサブフィールドから最も長いサブフィールドに向かって２サブフィールド以上移動し、そして、最も長いサブフィールドがオンとなる階調レベル以上においては、最も長いサブフィールドは常にオン状態を保持するようになっている。例えばサブフィールドＳＦ１９は階調レベル２以上では常にオン状態であり、サブフィールドＳＦ１８では階調レベル６以上では常にオン状態である。
【００２２】
サブフィールド変換回路１０は、デジタル化された画像信号を入力し、各画素に対応する画素信号を予め決められたサブフィールドの表示期間をもつ、ここでは１９個のサブフィールドに変換する回路である。具体的には、入力されるデジタル画像信号の階調レベルに応じて変換すべき情報が定められた図３に示すようなルックアップテーブルを参照して、所定の数の、ここでは１９個のサブフィールドに画像信号が分割される。このサブフィールド変換回路１０は、図１に示すように、書き込み制御アドレス信号（図示せず）により物理アドレスが指定され、第１及び第２のフレームメモリ１４、１６にルックアップテーブルのデータが書き込まれる。この第１及び第２のフレームメモリ１４、１６は、それぞれ１９個のサブフィールドに対応する１９個のサブフィールドメモリ（図示せず）を含み、このサブフィールドメモリは、各画素の６４０×４８０（個）のサブフィールドデータを記憶する。上記サブフィールドメモリに保持されたデータは、例えば２０ビットずつ読み出されてシフトレジスタＳＲ１〜ＳＲ２０に保持される。保持された２０ビットのデータは表示部２０のシフトレジスタＤＳＲ１〜ＤＳＲ２０に転送されて保持される。各画素には、データを保持するメモリが配置されており、シフトレジスタＤＳＲ１〜ＤＳＲ２０に保持されたデータが各画素のメモリに転送され、保持される。各画素に２０ビットずつ保持され、１列６４０ビットのデータが保持されると、２列目のデータが保持される。そして、３列、…４８０列のようにデータ転送を順次繰り返し、１サブフィールド分のデータ転送が終了し、全画素のメモリにデータが保持されたあと、全画素のメモリのデータが一括で全画素に転送され、各画素の液晶が同時に駆動される。その後は同様に２サブフィールド、・・・・、１９サブフィールドにおける動作を行い、１フィールドが終了する。第１のフレームメモリ１４からデータが読み出されている時間において、同時に第２のフレームメモリ１６にサブフィールド変換回路１０からデータが書き込まれている。第１のフレームメモリ１４から１フィールド分のデータ読み出しが終了後、第２のフレームメモリ１６から１フィールド分のデータが読み出される。以後、第１及び第２のフレームメモリ１４、１６は書き込み、読み出し動作を１フィールド毎に交互に行う。
【００２３】
次に、図３に示すようにルックアップテーブルを形成することにより、動画擬似輪郭の発生が抑制される理由について説明する。
図９及び図１０に戻って、図９及び図１０より、擬似輪郭の発生し難いサブフィールドパターンは、隣接する階調レベルにおいて、オン（点灯）するサブフィールドの位置が近い必要がある。例えば、階調レベルが１２７から１２８に変化する場合、サブフィールドＳＦ８〜ＳＦ１１がオフとなり、サブフィールドＳＦ１９がオンになる場合（図１０参照）には視線移動の速度が小さくても明るさが１２７から１４３へと変化して認識されて擬似輪郭が発生し易い。しかし、サブフィールド１９に替えてサブフィールドＳＦ１２がオンになる場合（図９参照）には光Ｙ４に示すように視線移動速度が速くならないと（位置Ｓ４）、明るさが１２７から１４３へと変化するように認識されず擬似輪郭が発生し難くなる。
【００２４】
また、階調レベル１２７で、サブフィールドＳＦ８〜ＳＦ１１のオンにより明るさ１５を発生するが、この場合、サブフィールドＳＦ８〜ＳＦ１１の発光重心はサブフィールドＳＦ９とＳＦ１０の中間にあり、階調レベルが１２８でサブフィールドＳＦ１２がオンになっても発光重心の移動は最小にできない。尚、発光重心とは、あるサブフィールドの集合の明るさの平均位置（ＳＦ）を示す。いま、仮にサブフィールドＳＦ１１に単独で明るさ１５が配置されると、階調レベルが１２７から１２８に変化する場合、発光重心はサブフィールドＳＦ１１からサブフィールドＳＦ１２となり、発光重心の移動は最小の１サブフィールドにできる。従って、隣接する階調レベルにおいて、サブフィールドの表示期間の差が小さいほどサブフィールドの移動を小さくすることができるが、各サブフィールドの表示期間は表現される階調レベルにより決定される。
【００２５】
従って、擬似輪郭の低減と階調表現を両立するためには、次の２つの条件が必要となる。
（１）各サブフィールドの表示期間の差は小さいほどよくなる。
（２）隣接する階調レベルにおいては、サブフィールドの発光重心の位置の移動は小さいほどよくなる。
【００２６】
この方針に従う一例が図３に示すルックアップテーブルである。前述したように、図３のルックアップテーブルでは、サブフィールドの表示期間は、サブフィールド数が大きくなるほど徐々に長くなる。サブフィールドの表示期間が短い場合には、隣接するサブフィールドの表示期間の差は３０μｓｅｃであるが（ＳＦ１〜ＳＦ４）、サブフィールドの表示期間が長くなるに従って、隣接するサブフィールドの表示期間の差は２０μｓｅｃ、１５μｓｅｃ、１０μｓｅｃ、５μｓｅｃと徐々に短くなる。これは、図２に示すように液晶に加わる入力電圧（実効電圧値）と出力光強度との関係は直線的に変化せず、Ｓ字型に変化するため、複数サブフィールドの表示期間の合計がある１サブフィールドの表示期間に等しくても、明るさは複数サブフィールドの明るさより１サブフィールドの明るさのほうが明るい。従って、正確な階調表現を行うためには、このようにサブフィールド数が大きくなるほど隣接するサブフィールドの表示期間の差を小さくする必要がある。
【００２７】
次に階調レベルが０から大きくなるときのサブフィールドの変化を説明する。階調レベルが０のときには、例えば全サブフィールドをオフにする。これは液晶画像表示装置の黒レベルをきめるものであり、必要な黒レベルにより各サブフィールドのオン状態が設定される。階調レベルが１のときには、図２に示すように液晶に加わる実効電圧値と出力光強度との関係がＳ字型のため、比較的表示期間の長いサブフィールド、例えばＳＦ９が選択（オン）される。階調レベルが２のときに最も表示期間が長いサブフィールドＳＦ１９がオンとなるように選択される。そして、階調レベルが２以上では、サブフィールドＳＦ１９は常にオンとなる。そして、階調レベルが３、４、５・・と大きくなると、オンとなるサブフィールドが、表示期間が短いサブフィールド側から表示期間が長いサブフィールド側に向けて複数、例えば４つのサブフィールド毎（移動量）に移動する。黒レベルに近い低階調レベルでは、隣接階調レベルにおいてオンとなるサブフィールドの移動量（例えば４つのサブフィールド毎）は大きいが、明るさが暗いため擬似輪郭として認識されない。
【００２８】
また階調レベルが２１以上においては、隣接階調レベルにおいてオンとなるサブフィールドの移動量は１サブフィールド毎になり擬似輪郭の発生は抑制される。階調レベルが３６と３７の間においては、オンするサブフィールドＳＦ１６は移動せずに階調レベル３７においてサブフィールドＳＦ１がオンとなるが、このサブフィールドＳＦ１は表示期間が短いため、擬似輪郭として認識されない。すなわち、ここでは階調レベルを調整している。このように隣接する階調レベルにおいて、オンするサブフィールドは移動しないが表示期間が短いサブフィールドがオンする場合は他の階調レベル間にもあり、その場合にオンするサブフィールドはＳＦ１に限らない。
【００２９】
また、図３に示すルックアップテーブルは、隣接するサブフィールド同士の表示期間の差がサブフィールドの表示期間が長くなるに従って複数のサブフィールド毎に短くなるように設定しているが、隣接するサブフィールド同士の表示期間の差がサブフィールドの表示期間が長くなるに従って１サブフィールド毎に短くなるように設定してもよい。
例えばＳＦ１の表示期間が３０μｓｅｃとし、隣接するサブフィールド同士の表示期間の差が１サブフィールド毎に１．５μｓｅｃずつ短くなるように設定する場合、それぞれＳＦ２、ＳＦ３、ＳＦ４、…、ＳＦ１９の表示期間は５８．５μｓｅｃ、８５．５μｓｅｃ、１１１μｓｅｃ、…３１３．５μｓｅｃとなる。この場合も、図３と同様のルックアップテーブルを適用できる。
【００３０】
選択されるサブフィールドは液晶画像表示装置の実効電圧値と出力光強度の関係により異なる。図２中の特性曲線Ａ１の場合のように黒状態から緩やかに変化する場合は、図３に示すルックアップテーブルに従う。また、図２中の特性曲線Ａ２の場合のように急峻に変化する場合は、図４に示すルックアップテーブルの第２実施例に従う。尚、このルックアップテーブルの第２実施例については後述する。
このように、図３に示すようなルックアップテーブル構造を採用することにより階調レベルが変化してもその時の発光重心の移動量は小さくしているので、擬似輪郭の発生を大幅に抑制することが可能となる。
【００３１】
また液晶を用いた画像表示装置において、仮に隣接サブフィールド間の表示期間の差を変化させることなく一定とした場合には、隣接階調レベル間においてオンするサブフィールドの移動量が常に１サブフィールドとなるように設定すると（階調レベル２１〜３６を参照）、階調レベルと出力光強度との関係が、液晶の特性に起因して図６中に示す特性Ｂ１のように２次曲線的に上方へ跳ね上がった特性を示すので好ましくない。そこで、サブフィールドの表示期間が長くなるに従って、上述のように隣接サブフィールド間の表示期間の差を、例えば複数サブフィールド毎に次第に短くすることにより、図６中の特性Ｂ２のように直線的に大きくなる良好な特性とすることができる。
【００３２】
また、サブフィールドの表示の順序に従って、その表示期間が順次長くなるように設定しているので、いわゆる動きぼけの発生を抑制することができる。尚、動きぼけとは、静止画では解像度がよい場合でも画像が動くことによりその画像自体の解像度が劣化してぼけて見える現象をいう。この動きぼけについて説明すると、一般的には画像表示装置の中では動きぼけの少ないのはＣＲＴ（陰極線管）であり、液晶画像表示装置では動きぼけが多い。これは、ＣＲＴの発光パターンがインパルス発光であるのに対して液晶画像表示装置の発光パターンが保持型発光であるのに起因している。このような状況下において、サブフィールドの番号と、これに対応する表示期間との関係が図５に示すようにサブフィールド番号が増加するに従って、表示期間が次第に増加して１つのピークを形成して終了するようなパターン、いわゆる１山パターンとなる場合には、上記した動きぼけの発生を大幅に抑制することができる。
【００３３】
次に、図４にて示すルックアップテーブルの第２実施例について説明する。前述したように、このルックアップテーブルは図２中の特性曲線Ａ２のように出力光強度が急峻に立ち上がるような場合に用いる。この図４に示すルックアップテーブルは、階調レベルが黒レベルに近い低階調レベルにおいて隣接階調レベル間にてオンとなるサブフィールドの移動量が１サブフィールドになっている点を除いて、サブフィールドを表示する順序に従ってその表示期間が順次長くなっている点及び隣接サブフィールドの表示期間の差が、サブフィールドの表示期間が長くなるに従って、複数のサブフィールド毎に次第に短くなっている点等は図３に示すルックアップテーブルと同じである。
【００３４】
すなわち、この図４に示すルックアップテーブルにおいては、階調レベルが２１以上においては、隣接階調レベルにおいてオンとなるサブフィールドの移動量は１サブフィールド毎になり擬似輪郭の発生は抑制される。階調レベルが３４と３５の間においては、オンするサブフィールドＳＦ１５は移動せずに階調レベル３５においてサブフィールドＳＦ１がオンとなるが、このサブフィールドＳＦ１は表示期間が短いため、擬似輪郭として認識されない。すなわち、ここでは階調レベルを調整している。階調レベル３６と３７の間においても同様である。このように隣接する階調レベルにおいて、オンするサブフィールドは移動しないが表示期間が短いサブフィールドがオンする場合は他の階調レベル間にもあり、その場合にオンするサブフィールドはＳＦ１に限らない。この場合にも、図３に示すルックアップテーブルと同様に擬似輪郭の発生を大幅に抑制することができる等の作用効果を発揮することができる。
【００３５】
次に、図７に示すルックアップテーブルの第３実施例について説明する。この第３実施例は、サブフィールドの表示期間は、表示の順列に従って順次長く設定しているが、この場合、隣接するサブフィールド間における表示期間の差を、全て同一、例えば２０μｓｅｃに設定している点を除き、他の点は図４に示す第２実施例のルックアップテーブルと略同一となっている。例えばプラズマを用いた画像表示装置においては、各サブフィールドの表示期間の和はプラズマ表示部の明るさに等しく、液晶表示のようにサブフィールドの表示期間が長くなると隣接するサブフィールド間の表示期間差を短くする必要がなくなる。例えば、図７に示すようなルックアップテーブルがその例である。
【００３６】
図７においては、サブフィールドが１９個あり、サブフィールドの表示期間がもっとも短いサブフィールドＳＦ１からサブフィールドの表示期間が最も長いサブフィールドＳＦ１９まで配置され、隣接するサブフィールド間における表示期間の差がすべての場合において２０μｓｅｃである。サブフィールドがオンとなる順番は、基本的にサブフィールドＳＦ１から１サブフィールドづつ移動し、サブフィールドＳＦ１９がオンとなる階調レベル以上では常にこのサブフィールドＳＦ１９はオンとなる。階調レベルが大きくなると、この動きのパターンが基本的に繰り返される。
【００３７】
低階調レベルにおいては、規定されたガンマ特性にあうように、例えば誤差拡散などを用い、サブフィールドの表示期間の合計に対して明るさの傾きが小さくなるように調整する。また、階調レベルが中間レベル以上では、オンとなるサブフィールドが１サブフィールドづつ移動せず、２サブフィールド、３サブフィールドづつ移動する場合がある（図示せず）。この第３実施例のルックアップテーブルは、プラズマ画像表示装置、デジタルミラー画像表示装置、エレクトロルミネセンス画像表示装置、フィールドエミッション画像表示装置等の画像表示装置に対して特に有効である。
【００３８】
尚、図３、図４及び図７に示す各ルックアップテーブルでは、サブフィールドを表示する順番に、その表示期間が次第に長くなるように配列したが、これに限定されず、これを逆に、すなわち、サブフィールドの表示期間が最も長いものをサブフィールドＳＦ１とし、最も短いものをサブフィールドＳＦ１９とするようにしてもよい。この場合、各階調レベルのオン・オフのパターンは、全く逆になり、例えば図３、図４及び図７中にて左上方向から右下方向へ斜めに進行する”１”の配列が、右上方向から左下方向へ斜めに進行する”１”の配列となり、この場合にも、前述したと全く同様な効果を得ることができる。
また上記各実施例ではフィールドを１９個のサブフィールドに分割した場合を例にとって説明したが、このサブフィールドの数に限定されないのは勿論である。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の画像表示装置によれば、擬似輪郭の発生を抑制し、階調性に優れ、動きぼけの少ない動画質を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像表示装置の一例を示すブロック構成図である。
【図２】入力電圧と出力光強度との関係を示すグラフである。
【図３】サブフィールドを形成する時に用いるルックアップテーブルの第１実施例を示す図である。
【図４】サブフィールドを形成する時に用いるルックアップテーブルの第２実施例を示す図である。
【図５】サブフィールドの番号と表示期間との関係を示す図である。
【図６】階調レベルと出力光強度との関係を示すグラフである。
【図７】サブフィールドを形成する時に用いるルックアップテーブルの第３実施例を示す図である。
【図８】動画擬似輪郭の発生を模式的に説明するための図である。
【図９】従来の画像表示装置の視線移動時の表示態様の一例を説明するための模式図である。
【図１０】従来の画像表示装置の視線移動時の表示態様の一例を説明するための他の模式図である。
【符号の説明】
２…画像表示装置、４…サブフィールド制御手段、６…表示手段、８…Ａ／Ｄ変換部、１０…サブフィールド変換回路、１２…ルックアップメモリ、１４…第１のフレームメモリ、１６…第２のフレームメモリ、２０…表示部。
Claims (1)
- デジタル化された画像信号を、複数の画素がマトリクス状に配置された表示手段に印加して表示するに際して、前記画像信号の１フィールドを複数の１フィールド期間より短い期間であるサブフィールドに分割し、前記サブフィールドを前記画像信号の階調レベルに応じて選択的にオン、またはオフ表示して前記画像信号に基づいた画像をＳ字ガンマ特性のもとで表示する液晶画像表示装置において、
前記サブフィールドの配列順に従って最初のサブフィールドから最後のサブフィールドにむかい前記サブフィールドの表示時間が順次長くなり、前記サブフィールドの表示期間が長くなるに従って前記隣接するサブフィールド同士の表示期間の差が複数のサブフィールド毎、または１サブフィールド毎に小さくなるように設定され、
又は、前記サブフィールドの配列順に従って最後のサブフィールドから最初のサブフィールドにむかい前記サブフィールドの表示時間が順次長くなり、前記サブフィールドの表示期間が長くなるに従って前記隣接するサブフィールド同士の表示期間の差が複数のサブフィールド毎、または１サブフィールド毎に小さくなるように設定されており、
動画擬似輪郭の発生を抑制すべき所定の階調レベルにおいては、一階調変化する毎に、オンとなるサブフィールドがサブフィールドの配列方向に沿って１サブフィールド分移動する、或いは同一サブフィールドがオンを維持したまま、該サブフィールドの表示期間よりも短い表示期間を有するサブフィールドの内の１個のサブフィールドがオンとなり、
前記動画擬似輪郭の発生を抑制すべき所定の階調レベル以外の階調レベルにおいては、一階調変化する毎に、オンとなるサブフィールドがサブフィールドの配列方向に沿って１又は複数サブフィールド分移動し、
更に、前記全サブフィールドの配列の内の最後にオフとなっているサブフィールドが一旦オンになった後はその後の階調レベルにおいては常時オンとなるように設定されているルックアップテーブルを有するサブフィールド制御手段を備えるようにしたことを特徴とする液晶画像表示装置。
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Applications Claiming Priority (1)
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| JP2003086502A JP4042603B2 (ja) | 2003-03-26 | 2003-03-26 | 画像表示装置 |
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Family Applications (1)
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