JP5125243B2 - 画像表示装置、及び画像表示装置の駆動方法 - Google Patents

画像表示装置、及び画像表示装置の駆動方法 Download PDF

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Description

本発明は、例えば投射型ディスプレイやビューファインダー、ヘッドマウントディスプイ等に設けて、画素単位で駆動する画像表示装置、及び画像表示装置の駆動方法に関するものである。
従来、画素単位で駆動する画像表示装置では、デジタル化された画像信号の各フレームを1フレーム期間より短時間である互いに異なる表示期間をもつ複数のサブフレームに変換して、複数の階調レベルで表示する方法がある(例えば、特許文献1〜3参照。)。
特開2004−264695号公報 特開2005−352457号公報 米国特許第6151011号明細書
しかし、上述の従来方法において、サブフレーム数を増大させると、隣接画素間のディスクリネーション(画素間ディスクリネーション)は小さくなり、階調性等の表示品質は向上するものの、画像表示装置に入力する駆動周波数を増加させる必要があり、コスト高になるので、サブフレーム数の増大は設計上制限される、という問題がある。
そこで、本発明は、サブフレーム数をそれ程増加させることなく、しかも隣接画素間のディスクリネーションを抑制し、この画素間ディスクリネーションがある程度大きくなっても、視覚的に目立たなくなるようにし、もって階調性を向上させることが可能な画像表示装置、及び画像表示装置の駆動方法を提供することにある。
本発明は、上記課題を解決するために、以下のようなものである。
すなわち、請求項1に係る発明は、以下の通りである。
複数の画素がマトリクス状に配置された表示部と、
デジタル化された画像信号の各フレームを複数の階調レベルで表示するため1フレーム期間より短時間である互いに異なる表示期間をもつ複数のサブフレームに変換する変換回路と、
前記表示部の画素の奇数列であって奇数行の画素と偶数列であって偶数行の画素の前記複数の階調レベルそれぞれの階調レベルを与える第1のサブフレームパターン、及び前記表示部の画素の奇数列であって偶数行の画素と偶数列であって奇数行の画素の前記複数の階調レベルそれぞれの階調レベルを与える第2のサブフレームパターンを記憶している記憶部と、
前記複数のサブフレームを前記第1及び第2のサブフレームパターンによりオン・オフし前記表示部の画素をそれぞれ駆動する駆動部とを有し、
前記第1及び第2のサブフレームパターンを、前記それぞれの階調レベルにおいて前記第1及び第2の各サブフレームのオン・オフのパターンが常に同一である第1のグループと前記それぞれの階調レベルにおいて前記第1及び第2の各サブフレームのオン・オフのパターンが少なくとも一部は異なる第2のグループとに分割したとき、前記第2のグループのサブフレームパターンは、前記第1のグループのサブフレームの最も長い表示期間よりも短い表示期間のサブフレームの少なくとも一部の複数のサブフレームを2個ずつ有するサブフレームパターンであり、
前記第1及び第2のサブフレームパターンは、
前記それぞれの階調レベルにおける前記第1のサブフレームパターンのオン状態の表示期間と前記第2のサブフレームパターンのオン状態の表示期間とのサブフレームパターンが異なる部分の表示期間を合計した第1の表示時間と、
前記それぞれの階調レベルにおける前記第1のサブフレームパターンのオン状態の表示期間と隣接する階調レベルにおける前記第2のサブフレームパターンのオン状態の表示期間とのサブフレームパターンが異なる部分の表示期間を合計した第2の表示時間と、
前記それぞれの階調レベルにおける前記第2のサブフレームパターンのオン状態の表示期間と隣接する階調レベルにおける前記第1のサブフレームパターンのオン状態の表示期間とのサブフレームパターンが異なる部分の表示期間を合計した第3の表示時間と、
の相互間の差が最小となるように設定したことを特徴とする画像表示装置。
また、請求項2に係る発明は、以下の通りである。
複数の画素がマトリクス状に配置された表示部を有する画像表示装置を駆動する画像表示装置の駆動方法であって、
デジタル化された画像信号の各フレームを複数の階調レベルで表示するため1フレーム期間より短時間である互いに異なる表示期間をもつ複数のサブフレームに変換する変換ステップと、
前記表示部の画素の奇数列であって奇数行の画素と偶数列であって偶数行の画素の前記複数の階調レベルそれぞれの階調レベルを与える第1のサブフレームパターン、及び前記表示部の画素の奇数列であって偶数行の画素と偶数列であって奇数行の画素の前記複数の階調レベルそれぞれの階調レベルを与える第2のサブフレームパターンを記憶部より読み出すステップと、
前記複数のサブフレームを前記第1及び第2のサブフレームパターンによりオン・オフし前記表示部の画素をそれぞれ駆動する駆動ステップとを有し、
前記第1及び第2のサブフレームパターンを、前記それぞれの階調レベルにおいて前記第1及び第2の各サブフレームのオン・オフのパターンが常に同一である第1のグループと前記それぞれの階調レベルにおいて前記第1及び第2の各サブフレームのオン・オフのパターンが少なくとも一部は異なる第2のグループとに分割したとき、前記第2のグループのサブフレームパターンは、前記第1のグループのサブフレームの最も長い表示期間よりも短い表示期間のサブフレームの少なくとも一部の複数のサブフレームを2個ずつ有するサブフレームパターンであり、
前記第1及び第2のサブフレームパターンは、
前記それぞれの階調レベルにおける前記第1のサブフレームパターンのオン状態の表示期間と前記第2のサブフレームパターンのオン状態の表示期間とのサブフレームパターンが異なる部分の表示期間を合計した第1の表示時間と、
前記それぞれの階調レベルにおける前記第1のサブフレームパターンのオン状態の表示期間と隣接する階調レベルにおける前記第2のサブフレームパターンのオン状態の表示期間とのサブフレームパターンが異なる部分の表示期間を合計した第2の表示時間と、
前記それぞれの階調レベルにおける前記第2のサブフレームパターンのオン状態の表示期間と隣接する階調レベルにおける前記第1のサブフレームパターンのオン状態の表示期間とのサブフレームパターンが異なる部分の表示期間を合計した第3の表示時間と、の相互間の差が最小となるように設定したことを特徴とする画像表示装置の駆動方法。
本発明に係る画素表示装置、及び画像表示装置の駆動方法によれば、複数のサブフレームを、表示部の画素の奇数列であって奇数行の画素と偶数列であって偶数行の画素の前記複数の階調レベルそれぞれの階調レベルを与える第1のサブフレームパターンと、及び前記表示部の画素の奇数列であって偶数行の画素と偶数列であって奇数行の画素の前記複数の階調レベルそれぞれの階調レベルを与える第2のサブフレームパターンとに分けて、第1及び第2のサブフレームパターンをオン・オフして駆動するようにしたため、サブフレーム数をそれ程増加させることなく、しかも隣接画素間のディスクリネーション(画素間ディスクリネーション)を抑制し、この画素間ディスクリネーションがある程度大きくなっても、視覚的に目立たなくなるようにし、もって階調性を向上させることができる。
以下に、本発明に係る画素表示装置、及び画像表示装置の駆動方法の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図1は画像表示装置の一例としての投射型表示装置の概略構成を示す図である。図2は本発明における画像表示装置の駆動部と表示部を示す概略構成図である。図3は本発明に適用される画像表示装置の表示部の概略ブロック構成図である。図4は本発明に適用される画像表示装置の表示部における画素駆動回路の概略ブロック構成図である。図5は本発明に適用される画像表示装置の表示部における画素駆動回路の一例を示す図である。図6は本発明に適用される画素電極及び対向電極に与える電圧の実施例1のタイミングチャートを示す図である。
図7は階調レベル0におけるAグループとBグループの各データを付与する画素の配列位置を示す図である。図8は階調レベル1におけるAグループとBグループの各データを付与する画素の配列位置を示す図である。図9は階調レベル0におけるA0、B0及びその隣接階調レベル1におけるA1、B1の画素配置を示す図である。図10は隣接階調間の表示時間差が大きくなっても視覚上において画素間ディスクリネーションが認識し難くなる原理を説明するための説明図である。
図1において、図示しない光源から発生した入射光Linは、偏光ビームスプリッタ11に入射される。入射光Linは“●”にて示すS偏光成分と、“−”にて示すP偏光成分とを含む。偏光ビームスプリッタ11の接合面111はS偏光成分を反射し、P偏光成分を透過させるよう構成されている。従って、偏光ビームスプリッタ11の接合面111で反射した入射光LinはS偏光成分のみとなり、表示部42に入射される。
表示部42は、それぞれの画素Pxに対応して設けられた反射型の画素電極PEが形成された半導体基板101と透明な対向電極CEが形成された透明基板102とを画素電極PEと対向電極CEとが互いに内側に向くように対向させ、半導体基板101と透明基板102との間に液晶層LCを設けた構成である。
表示部42に入射したS偏光成分のみとなった光はそれぞれの画素電極PEで反射し、液晶層LCの液晶によって映像信号に応じて変調される。液晶層LCによる変調の結果、表示部42より出射する光はS偏光成分の一部がP偏光成分となり、S偏光成分とP偏光成分とを含む光として偏光ビームスプリッタ11の接合面111に入射する。偏光ビームスプリッタ11の接合面111に入射した光はP偏光成分のみとなり、このP偏光成分のみの光が投射レンズ12を介してスクリーン13に投射される。このようにして画像信号に応じた画像がスクリーン13上に表示されることとなる。
次に画像表示装置の構成について説明する。図2は本実施例における画像表示装置の駆動部41と表示部42を示す概略構成図である。駆動部41は、γ補正回路72、サブフレーム変換回路73、書き込み制御アドレス回路74、フレームメモリA75、フレームメモリB76、論理ゲート回路77、タイミング制御回路78、アナログ変換回路79から構成されている。上記サブフレーム変換回路73は、後述するような階調レベルとサブフレームのオン、オフの対応を示すルックアップテーブルを記憶する記憶媒体として、例えばROM80を有しており、画像信号は、このROM80のルックアップテーブルを参照しつつサブフレームのデータに変換されて行く。
上記表示部42の表示手段18では、例えば640行×480列で307200個の画素がマトリクス状に配置されている。具体的には、この表示部42は、上記画素に対応して表面に反射型の画素電極が形成されたシリコン基板よりなる第1基板と、表面に共通になされた透明な対向電極を形成してなる透明なガラス基板等の第2基板との間に変調材料として液晶を封止して構成されている。そして、640の行電極と480の列電極により各画素毎にアドレスを付与してデータを転送できるようになっている。また各画素に対応して、シリコン基板側には、画素を駆動する駆動回路が設けられる。
ここでは、入力画像信号はデジタル入力信号とする。図15に液晶を電圧駆動したときの駆動電圧と出射光強度との関係を示す。図15中において閾値電圧Vthから電圧を大きくすると出射光強度が徐々に大きくなり、飽和電圧Vsatで出射光強度が最大に達する。入力される画像信号は、通常はCRTの逆γ特性を前提としたものであり、一般には図15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、従って上記画像信号をそのままサブフレーム変換回路に入力すると、階調が正しく表現できなくなる。そこで、図15に示す液晶を電圧駆動したときの関係を考慮し、正確な階調表現ができるようγ補正回路12により逆γ特性の補正をする。
まず、素子駆動部41の各動作は、図示しないPLL回路により発生された画素クロックに同期して行われる。入力される画像信号にγ補正回路72にて補正を行って出力された信号は、サブフレーム変換回路73にて、ROM80に記憶されたルックアップテーブルを参照してサブフレームのデータに変換される。
一方、上記入力される画像信号から分離された垂直同期信号(Vsync)及び水平同期信号(Hsync)は、書き込み制御アドレス回路74へそれぞれ入力される。これらの同期信号に基づいてフレームメモリへの書き込みアドレスを指定する書き込み制御アドレス信号により物理アドレスが指定される。上記サブフレーム変換回路73にて変換されたデータはフレームメモリA75、B76にそれぞれ書き込まれる。上記フレームメモリA75、B76は、全てのサブフレーム数に対応するサブフレームメモリ群よりなり、各サブフレームメモリは、各画素の640×480(個)のサブフレームデータを記憶する。
上記サブフレームメモリA75及びサブフレームメモリB76に保持されたデータは、例えば32ビットずつ読み出されて論理ゲート回路35のシフトレジスタSR1〜SR20に保持される。640ビットのデータは表示手段18の1列に対応し、表示部42に転送される。
図3は上記表示部42の全体を示しており、この表示部42は、列信号電極駆動回路14、行走査電極駆動回路16、表示手段18からなる。ここで、列信号電極駆動回路14は、内部に水平方向に延びるデータシフトレジスタ14Aを有し、各列信号電極D(D1、D2、・・・、Di)に対して、そのデータを反転した反転データを画素に供給する反転列信号電極XD(XD1、XD2、・・・、XDi)を有しており、対応する列信号電極と平行に設けられている。また、行走査電極駆動回路16は、内部に全表示行数に相当する段数のラインシフトレジスタ16Aを有し、全表示行数に相当する行走査電極W(W1、W2、・・・、Wj)が列信号電極D、XDとは直行して配列される。各列信号電極Dと行走査電極Wの交差部には、画素Pxが配置されており、従って、画素Pxは全体としてマトリクス状に配列されている。尚、外部入力電極V1、V0は全画素Pxに対して共通に接続される。
このような構成の列信号電極駆動回路14では、図示しない駆動タイミングパルス発生回路により供給される水平スタート信号HST及び水平シフトクロックHCKにより水平方向のデータシフトレジスタが駆動され、各サブフレーム毎に入力された表示データを順次列信号電極D1、XD1、D2、XD2,・・・・、Di、XDiにサンプリングする。一方、行走査電極駆動回路16は、全表示行数に相当する段数を有するラインシフトレジスタ16Aを含んで構成されている。ラインシフトレジスタ16Aは、図示しない駆動タイミングパルス発生回路より供給される各サブフレームのスタート信号と同期した垂直スタート信号VST及び水平期間に同期した垂直シフトクロックVCTにより駆動され、行走査電極W1、W2、・・・、Wjに対して1水平期間毎に順次パルスを出力する。その結果、行走査電極W1、W2、・・・Wjに接続された画素Pxのサンプルホールド部50(図4参照)に1行ずつ表示データが保持される。
次に1つの画素に対応する画素駆動回路の一例を図4及び図5を参照して説明する。この画素駆動回路は、列信号電極駆動回路14より供給される表示データを保持するサンプルホールド部50を有し、サンプルホールド部50からの出力データをスイッチ部60を通じて画素電極PEに電圧を出力する。サンプルホールド部50は、1個または複数のDRAM回路またはSRAM回路からなる。
スイッチ部60は、サンプルホールド部50から出力されるデータにより、2本の外部入力電極V0、V1に加わる電圧を選択する。2本の外部入力電極V0、V1は全画素共通に配線され、画像表示装置の駆動部41(図2参照)のデジタル出力からデジタル信号のハイレベル及びローレベルの2値が与えられ、スイッチ部60はサンプルホールド部50のデータにより2本の外部入力電極V0、V1に入力された電圧を選択し、画素電極PEに与える。
具体的には,上記サンプルホールド部50は、直列に接続された2つのスイッチングトランジスタTr51、Tr52を有し、両方のスイッチングトランジスタTr51、Tr52のゲートを行走査電極Wに接続する。また一方のスイッチングトランジスタTr51のソースを列信号電極Dに接続し、他方のスイッチングトランジスタTr52のソースを反転列信号電極XDに接続している。そして各スイッチングトランジスタTr51、Tr52の出力側には、保持容量C51,C52がそれぞれアースとの間で接続されている。この保持容量C51、C52に保持された電圧をスイッチ部60に出力する。
スイッチ部60は、pチャネルトランジスタTr61とnチャネルトランジスタTr62からなるトランファーゲートと、nチャネルトランジスタTr63とpチャネルトランジスタTr64からなるトランスファーゲートからなる。保持容量C51、C52に保持された電圧により、2本の外部入力電極V0、V1に入力されるデジタル電圧が選択され、画素電極PEに出力される。
この動作を全ての行について行い、全画素の保持容量C51、C52にデータが保持される。複数の列信号電極D1、D2、・・・Di及び反転列信号電極XD1、XD2、・・・XDiを通じて全画素の保持容量C51、C52にデータが保持される時間をデータアドレス期間とする。保持容量C51、C52に保持されたデータにより、2本の外部入力電極V0、V1に入力されたデジタル電圧のハイ、ロー状態を設定し、液晶を駆動する期間をそれぞれのサブフレームにおいて任意に設定する。ここでは、2本の外部入力電極V0、V1に与えられるデジタル電圧のハイ状態の電圧をVdd、ロー状態の電圧を0Vとする。
<実施例1>
さて、以上のように構成された画像表示装置の動作について、図6に示す実施例1の電圧波形のタイミングチャートも参照して説明する。図6は実施例1における画素駆動回路中の各部の電圧波形をそれぞれ示すタイミングチャートである。各サブフレームは、列信号電極駆動回路14から全画素にデータが転送されるデータアドレス期間と、その転送されたデータに基づき液晶を駆動させデータを表示する表示期間からなる。各サブフレームにおいてデータアドレス期間は同一であり、表示期間は異なる。ここで前述したようにサブフレームはSFで示され、1フレームをn個で構成した場合、SF1〜SFn(n:正の整数)まで、サブフレーム毎に予め対応させて設定した表示期間でオン・オフ表示される。この点は、表示パターンを用いて後で詳しく説明する。
図6に外部入力電極V0、V1に与える電圧、画素電極電圧と対向電極電圧の実施例1のタイミングチャートを示す。1フレーム中において各サブフレーム期間は連続し、1フレーム期間中表示する最終のサブフレーム期間が終了した後、2フレーム期間が開始するまでの期間は1サブフレーム期間より短く設定する。各電圧に対して、実線及び破線はそれぞれ液晶駆動電圧の正極、負極に対応している。
図6の実線におけるタイミングでは各サブフレームのアドレス期間(データアドレス)において、外部入力電圧V0及びV1に0Vを与え画素電極電圧を0Vに設定し、同時に対向電極電圧を0Vに設定する。また、各サブフレーム(SF)の表示期間の前半と後半で外部入力電極V0、V1に与える電圧をそれぞれ0V、VddからVdd、0Vへ反転させ、保持容量C51のデータが同一で画素電極電圧をハイ状態またはロー状態からそれぞれロー状態またはハイ状態へ反転させる。これと同時に各サブフレームの表示期間の前半と後半で、対向電極に与える電圧を−Vth1からVdd+Vth1へ反転させる。すなわち、各サブフレーム内の前半の表示期間と後半の表示期間において画素電極と対向電極に付与する電圧はそれぞれ反転されている。その結果、各サブフレームの表示期間の前半と後半において、データのハイ状態、ロー状態は保存されたままデータのハイ状態、ロー状態によらず液晶駆動実効電圧が同じで正極から負極へ時間的に打ち消して液晶に与えるDC成分をキャンセルする。従って、第1番目のサブフレーム(SF1)において液晶に与える電圧のDC成分はキャンセルされ、第2番目のサブフレーム(SF2)、・・・とサブフレーム数が増加しても同様に動作し、各サブフレームで液晶に与えるDC成分がキャンセルされる。
図6の破線におけるタイミングでは各サブフレームのアドレス期間(データアドレス)において、画素電極電圧が外部入力電圧V0及びV1にVddを与え画素電極電圧をVddに設定し、同時に対向電極電圧をVddに設定する。また、各サブフレームの表示期間の前半と後半で外部入力電極V0、V1に与える電圧をそれぞれVdd、0Vから0V、Vddへ反転させ、保持容量C51のデータが同一で画素電極電圧をロー状態またはハイ状態からそれぞれハイ状態またはロー状態へ反転させる。これと同時に各サブフレームの表示期間の前半と後半で、対向電極に与える電圧をVdd+Vth1から−Vth1へ反転させる。
その結果、各サブフレームの表示期間の前半と後半において、データのハイ状態、ロー状態は保存されたままデータのハイ状態、ロー状態によらず液晶駆動実効電圧が同じで正極から負極へ時間的に打ち消して液晶に与えるDC成分をキャンセルする。従って、第1番目のサブフレーム(SF1)において液晶に与える電圧のDC成分はキャンセルされ、第2番目のサブフレーム(SF2)、・・・とサブフレーム数が増加しても同様に動作し、各サブフレームで液晶に与えるDC成分がキャンセルされる。各電極の電圧設定を図6の実線及び破線におけるタイミングで実施し各サブフレーム毎に液晶に与えられるDC成分がキャンセルされるため、各電極の電圧設定は各サブフレ−ム毎に実線または破線のタイミングによる任意の組み合わせで構成される。
ここで実施例1の各サブフレーム(SF)の表示パターンについて説明する。図11は実施例1の各サブフレームとそれぞれの階調レベルのオン・オフの関係を表す表示パターンの図である。この表示パターンでは、階調レベル0〜240まで241種類の階調レベルが示されている。また1フレームはSF1〜SF14までの14個のサブフレームに分割されており、各サブフレームに所定の表示期間が設定されている。尚、図11及びこれ以降の表示パターンでは、"1"の 記載はしているが、"0"の記載は省略している。
この表示パターンの特徴は、複数の階調レベルにおいてそれぞれの階調レベルを与えるサブフレームのオン・オフのパターンの組み合わせに関して異なる2種類のグループを設定している。一方のグループ(以下「Aグループ」とも称す)を画素の奇数列であって奇数行の画素と偶数列であって偶数行の画素にそれぞれ付与し、他方のグループ(以下「Bグループ」とも称す)を画素の奇数列であって偶数行の画素と偶数列であって奇数行の画素にそれぞれ付与している。また、各サブフレームのオン・オフのパターンはそれぞれ第1グループと第2グループとに2つにグループ化し、第1グループはそれぞれの階調レベルにおいてAグループとBグループのオン・オフの配列パターンが同一であり、第2グループはそれぞれの階調レベルにおいてAグループとBグループのオン・オフの配列パターンが異なるよう構成している。
さらに、AグループとBグループのオン・オフの配列パターンは、それぞれの階調レベルにおけるAグループのオン状態の表示期間とBグループのオン状態の表示期間とのサブフレームパターンが異なる部分の表示時間を合計した表示時間と、それぞれの階調レベルにおけるAグループのオン状態の表示期間と隣接する階調レベルにおけるBグループのオン状態の表示期間とのサブフレームパターンが異なる部分の表示時間を合計した表示時間と、それぞれの階調レベルにおけるBグループのオン状態の表示期間と隣接する階調レベルにおけるAグループのオン状態の表示期間とのサブフレームパターンが異なる部分の表示時間を合計した表示時間と、の相互間の差が最小となるように、それぞれの階調レベルのオン・オフのパターンを設定するようにした点である。
以下、この点について、上記図11及び図7乃至図10も参照して説明する。先に説明したように、図7は階調レベル0におけるAグループとBグループの各データを付与する画素の配列位置を示す図である。図8は階調レベル1におけるAグループとBグループの各データを付与する画素の配列位置を示す図である。図9は階調レベル0におけるA0、B0及びその隣接階調レベル1におけるA1、B1の画素配置を示す図である。図10は隣接階調間の表示時間差が大きくなっても視覚上において画素間ディスクリネーションが認識し難くなる原理を説明するための説明図である。
まず、図11に示す表示パターンのように、全ての階調レベルにおいて、それぞれの階調レベルに対してAグループとBグループの2通り(2種類)の組合せを与える。図11中では、"An"、"Bn"(nは0〜240)として、階調 レベルとグループの属性が対応づけて示されている。ここでマトリクス状の画素配列において、Aグループのデータ(表示パターン)は、奇数列であって奇数行の画素及び偶数列であって偶数行の画素に付与し、Bグループのデータ(表示パターン)は奇数列であって偶数行の画素及び偶数列であって奇数行の画素に付与する。例えば階調レベルnとしてここでは階調レベル0の"A0"と"B0"を 代表して説明すると、図7に示すように、A0は画素における奇数列であって奇数行の画素及び偶数列であって偶数行の画素に付与し、B0は画素における奇数列であって偶数行の画素及び偶数列であって奇数行の画素に付与する。すなわち、AグループであるA0とBグループであるB0とは、いわゆる市松模様状に各画素に付与されている。
また図11中の最も右側欄には、当該階調レベルと、これより1つ異なる隣接階調レベルとの間の表示時間差ΔDが示されている。この場合、それぞれの階調レベルにおけるAグループのオン状態の表示期間とBグループのオン状態の表示期間との差である表示時間差は[AB]で示される。またそれぞれの階調レベルにおけるAグループのオン状態の表示期間と1階調レベル大きい階調レベルにおけるBグループのオン状態の表示期間との差である表示時間差は[AB']で示 される。更に、それぞれの階調レベルにおけるBグループのオン状態の表示期間と1階調レベル大きい階調レベルにおけるAグループのオン状態の表示期間との差である表示時間差は[A'B]で示されている。
尚、表示時間差とは、先に説明したように、1つの隣り合う階調レベル間において、互いに表示のタイミング(期間)がずれて時間的に重なっていない部分の全体の長さ(時間差)を指す。すなわち、それぞれの階調レベルにおけるAグループのオン状態の表示期間と隣接する階調レベルにおけるBグループのオン状態の表示期間とのサブフレームパターンが異なる部分の表示時間を合計した表示時間を表示時間差と定義している。同様に、それぞれの階調レベルにおけるBグループのオン状態の表示期間と隣接する階調レベルにおけるAグループのオン状態の表示期間とのサブフレームパターンが異なる部分の表示時間を合計した表示時間を表示時間差と定義している。ただし、ここでは同一階調レベルに対してAグループのパターンとBグループのパターンの2種類のパターンを設定しているので、それぞれの階調レベルにおけるAグループのオン状態の表示期間とBグループのオン状態の表示期間とのサブフレームパターンが異なる部分の表示時間を合計した表示時間である同一階調レベルにおける両グループ間の表示時間差[AB]もここでは便宜上、上記表示時間差ΔDとして定義している。
この場合、それぞれの階調レベルにおいて、同一階調レベル内のAグループの表示パターンとBグループの表示パターンの画素間ディスクリネーションの量(大きさは)同一である。すなわち、図7において矢印に示すような"A0"と" B0"で表示される画素の境界部分では、4辺共に全て画素間ディスクリネーシ ョン量は同一となる。具体的には、例えば階調レベル1では表示時間差[AB]は"0"であり、従って、ここでは画素間ディスクリネーション量は4辺共に" 0"となる。また階調レベル16では、表示時間差[AB]は"32"であり、 従って、ここでは画素間ディスクリネーション量は4辺共に"32"となる。更 に階調レベル240では、表示時間差[AB]は"224"であり、従って、こ こでは画素間ディスクリネーション量は4辺共に"224"となる。
次に、上記階調レベルnに対して1つ階調レベルが異なった階調レベルn+1について考える。この場合も、階調レベル0に対して1つ階調レベルが異なった階調レベル1の"A1"と"B1"を代表して説明する。この場合にも、上記し た"A0"と"B0"の場合と同様に、図8に示すように、A1は画素における 奇数列であって奇数行の画素及び偶数列であって偶数行の画素に付与し、B1は画素における奇数列であって偶数行の画素及び偶数列であって奇数行の画素に付与する。この場合にも、図7を参照して説明したと同様に、各画素間ディスクリネーション量は[AB]で示され、従って画素の全ての辺(境界)で発生する画素間ディスクリネーションの量は同一である。
次に、階調レベルが1つ異なった表示が隣り合った画素で表示される場合について考える。すなわち、ここでは階調レベルnと、これに隣接する階調レベルn+1が、隣り合った画素で表示されることになる。この時の状態を、発明の理解を容易にするために、階調レベル0と階調レベル1の場合について説明する。図9はこの時の表示状態を示しており、図中、左側半分が階調レベル0、すなわちnの表示態様を示し、右側半分が階調レベル1、すなわちn+1の表示態様を示している。
図9に示すように、A0、B0の階調レベル0の画素と、A1、B1の階調レベル1の画素が隣り合う場合、矢印で示される部分に注目すると、A0、B0間の画素間ディスクリネーション量はA0及びB0の各画素間で同一、A1、B1間の画素間ディスクリネーション量はA1及びB1の各画素間で同一である。これに対して、A0、B1間とA1、B0間の画素間ディスクリネーション量は、一般的には、A0、B0間の画素間ディスクリネーション量及びA1、B1間の画素間ディスクリネーション量と異なり、表示画像上で黒い太線80として認識される。
しかし、本発明では、それぞれの階調レベルにおいて、前述した3つの表示時間差ΔD、すなわち3つの表示時間差[AB]、[AB']、[A'B]の相互 間の差が最小となるように、図11の場合には"31"以下となるよう に、そ れぞれの階調レベルのオン・オフのパターンを設定しているので、画素間ディスクリネーション量が大きくなっても、表示画面全体として見立ち難くなっている。この点について詳しく説明する。
例えば階調レベル239や240では、各表示時間差[AB]、[A'B]、 [AB']は224〜225と大きくなっているが、この3つの表示時間差の相 互間の差は1(=225−224)であり、非常に少なくなるように設定している。
また階調レベル111では各表示時間差[AB]、[A'B]、[AB']は 96〜127であり、この3つの表示時間差の相互間の差は31(=127−96)であり、これが最大値となっている。
このように、それぞれの階調レベルで上述したようなことが成り立ち、表示時間差の相互間の差が最小の値、すなわち31以下となるように全体の表示パターンが設定されている。すなわち、第1の特徴として図9において、A0とB0、A1とB1、A0とB1、A1とB0の4個の画素の境界に発生する画素間ディスクリネーション量を近づけると画像表示の上で観測される1階調レベル間のディスクリネーション量は小さくなっている。このように表示パターンが配置された状態が図11に示されている。この特徴は、前述したようにそれぞれの階調レベルが2種類のサブフレームパターンであるAグループとBグループとからなる。
しかも、各サブフレームを前半の第1グループと後半の第2グループとに2つにグループ化している。ここでは前半の第1グループにはSF1〜SF8が属し、後半の第2グループにはSF9〜SF14が属している。そして、第1グループは、同一の階調レベルではAグループとBグループのオン・オフの表示パターンが全く同じに設定されている。換言すれば、それぞれの階調レベル毎に、第1グループでは、Aグループのオン・オフの表示パターンとBグループのオン・オフの表示パターンは同じになるように設定されている。
これに対して、第2グループにおいては、それぞれの階調レベルにおいて、AグループとBグループのオン・オフのパターンは異ならせている。そして、第2の特徴として、上述したように図9に示すような表示において、第2グループではA0とB0、A1とB1、A0とB1、A1とB0の4個の境界に発生する画素間ディスクリネーション量の差を最小(所定の値以下)にするよう設定される。このような設定は、それぞれの階調レベルで行われている。換言すれば、前述したようにそれぞれ階調レベルにおいて3つの表示時間差[AB]、[A'B] 、[AB']の相互間の差が最小(ここでは31以下)となるように設定される 。
上述のように隣接階調間の表示時間差ΔD(画素間ディスクリネーション)が大きくなっても、3つの表示時間差の相互間の差が小さい場合には、画素間ディスクリネーションが目立たない理由を、図10を参照して説明する。
図10は隣接階調間の表示時間差が大きくても画素間ディスクリネーションが目立たない理由を説明する説明図である。ここでは階調レベルnとこれに隣接する階調レベルn+1が左右に分かれて表示されている場合を示す。図10(A)は3種類の表示時間差ΔDの内、[A'B]、[AB']の2つが大きくて他の 1つ[AB]が小さい場合(表示時間差の相互間の差が大きい)を示しており、この場合には、表示時間差が大きい部分に画素間ディスクリネーションが大きく現れて、結果的に、画面全体に太い1本の直線が上下方向へ存在するように視覚上、見えて目立ってしまう。
これに対して、図10(B)は3種類の表示時間差ΔDは全て大きいが、各表示時間差の相互間の差が小さい場合には、各画素の境界で画素間ディスクリネーションが大きく表れるが(太い直線で表れる)、ある一定の面積をもって同様なパターンで表示されているのでマクロ的に見ると、目立つことがない。本発明では、この原理を利用して画素間ディスクリネーションが大きく表れた場合でも、それが視覚的には目立たないようにしている。
図11において、第1グループはSF1、・・・SF8の8個のサブフレームからなり、第2グループはSF9、・・・SF14の6個のサブフレームからなる。階調レベルが0から1ずつ大きくなると、第1グループのサブフレームの複数が順次オンとなる。階調レベルが16、48、112において、第2グループのサブフレームのそれぞれSF13またはSF14、SF11またはSF12、SF9またはSF10がはじめてオンとなる。第1グループのサブフレームは全ての階調レベルにおけるAグループとBグループにおいてオンとオフのパターンが一致するが、第2グループのサブフレームは階調レベルによりAとBで同時にオン、オフ、またはAがオン、Bがオフ、またはAがオフ、Bがオンとなり、同一階調レベルにおけるAn(n:正の整数「以下同じ」)とBnの表示期間のずれ(表示時間差)AB、隣接階調レベルAnとBnの表示期間のずれ[AB'] 、A(n+1)とB0の表示期間のずれ[A'B]ができるだけ近い値になるよ う設定する。
すなわち、各表示時間差[AB]、[AB']、[A'B]が互いにできるだ け近い値(相互間の差が小さい)になるように設定する。
換言すれば、[AB']は当該階調レベルnのAグループと隣接階調レベル( n+1)のBグループの表示時間のずれ(表示時間差)を指し、[A'B]はは 当該階調レベルnのBグループと隣接階調レベル(n+1)のAグループの表示時間のずれ(表示時間差)を指す。
ここで、この実施例1では第2グループの各サブフレームを、第1グループのサブフレームの最も長い表示期間よりも短い表示期間のサブフレームのうちの全てとはならない複数個を第2グループのサブフレームに2個ずつ配置している。すなわち、同じ表示期間を有するサブフレームが2個連続したペアが複数個形成されるようにしており、その複数組のペアの内、少なくとも1つのペアにおけるAグループとBグループの各サブフレームの表示を互いに異ならせて、上記目的を達成している。すなわち、ここではSF9、10とSF11、12とSF13、14がそれぞれペアを形成し、その内の少なくとも1つのペアがAグループとBグループとではオン・オフの表示が異なっている。
図11において、階調レベルが大きくなるに従って、第1グループのSF1、・・・SF8のそれぞれのサブフレームがオンとなる階調レベルは、1、2、4、8、32、80、176、240であり、その1階調間の[AB]、[AB' ]、[A'B]の差は階調レベル1で差が3、階調レベル2で差が1、階調レベ ル4で差が4、階調レベル8で差が1、階調レベル32で差が1、階調レベル80で差が1、階調レベル176で差が1、階調レベル240で差が1となる。階調レベルが大きくなるに従って、第2グループのサブフレームがはじめてオンとなる3種類の付近の階調レベル15で差が31、階調レベル48で差が最大の33、階調レベル111で差が31となる。これらの値は、この実施例1の表示パターンの配列から得られる最小値である。
図14は、従来例(例えば、特許文献3の方法。)と本発明の各実施例における隣接階調間の表示時間差と必要とされるSF数との関係を示す図である。図14に示すように、従来例の方法で隣接階調間の表示時間差ΔDを小さくすると必要なサブフレーム数(SF数)が急激に大きくなるが、本発明の実施例1おいてはそれよりは十分小さいサブフレーム数で実現でき、大きな設計変更をともなわずコスト高にもならない範囲で階調性を向上することができる。すなわち、サブフレーム数をそれ程増加させることなく、しかも隣接画素間のディスクリネーション(画素間ディスクリネーション)を抑制し、この画素間ディスクリネーションがある程度大きくなっても、視覚的に目立たなくなるようにし、もって階調性を向上させることができる。
<実施例2>
次に実施例2について説明する。
この実施例2においては、図12に示すような表示パターンが形成される。図12は実施例2の各サブフレームとそれぞれの階調レベルのオン・オフの関係を示す表示パターンの図である。
この実施例2の表示パターンの配列の考え方は、基本的には先の実施例1の場合と同じであるが、ここでは実施例1の第1グループの表示期間の長いサブフレーム、例えばSF7、SF8を複数に分割し、全体のサブフレーム数を18にしている。また、第2グループの各サブフレームの表示期間もそれぞれ少し短く設定している。
図12において、まず、第1グループはSF1、・・・SF12の12個のサブフレームからなり、第2グループはSF13、・・・SF18の6個のサブフレームからなる。
階調レベルが0から1ずつ大きくなると、第1グループのサブフレームの複数が順次オンとなる。階調レベルが4、8、16において、第2グループのサブフレームのそれぞれSF17またはSF18、SF15またはSF16、SF13またはSF14がはじめてオンとなる。第1グループのサブフレームは全ての階調レベルにおけるAグループとBグループにおいてオンとオフが一致するが、第2グループのサブフレームは階調レベルによりAとBで同時にオン、オフ、またはAがオン、Bがオフ、またはAがオフ、Bがオンとなり、同一階調レベルにおけるAnとBnの表示期間のずれ[AB]、隣接階調レベルAnとB(n+1)の表示期間のずれ[AB']、A(n+1)とBnの表示期間のずれ[A'B]が 互いにできるだけ近い値になるよう設定する。この点は実施例1と同じである。
この場合、それぞれの階調レベルにおける3種類の各表示時間差ΔDの相互間の差の最大値は7であり、この差は7以下になるように設定されている。階調レベルが大きくなるにしたがって第1グループのSF1、・・・SF12のそれぞれのサブフレームがオンとなる階調レベルは、1、2、32、36、44、60、92 、124、156、188、220、252、である。また、その1階 調レベル間の[AB]、[AB']、[A'B]の差は階調レベルが1で差が3 、階調レベル2、32、36、44、60、92、124、156、188、220、252の全てにおいて差が1、階調レベルが大きくなるにしたがって第2グループのサブフレームがはじめてオンとなる付近の階調レベル3、7、15で差が最大値の7となる。これらの値は、この実施例2の表示パターンの配列から得られる最小値である。この実施例2においては、サブフレーム数は18個であり従来例におけるサブフレーム数が19個と比較し、サブフレーム数が1個少なくなり、3種類の各表示時間差[AB]、[AB']、[A'B]の相互間の差 がこの実施例2では最大値が7であり、従来例の最大値31より大きく低減することができる。
図14に示すように、従来例の方法で隣接階調間の表示時間差を小さくすると必要なサブフレーム数が急激に大きくなるが、この実施例2においてはそれよりは十分小さいサブフレーム数で実現でき、大きな設計変更をともなわずコスト高にもならない範囲で階調性を向上することができる。そして、この実施例2でも実施例1と同様な作用効果を発揮することができる。
<実施例3>
次に実施例3について説明する。
この実施例3においては、図13に示すような表示パターンが形成される。図13は実施例3の各サブフレームとそれぞれの階調レベルのオン・オフの関係を示す表示パターンの図である。
この実施例3の表示パターンの配列の考え方は、基本的には先の実施例1,2の場合と同じであるが、第1グループのサブフレームの最も長い表示期間よりも短い表示期間の全てのサブフレームを第2グループのサブフレームに2個ずつ配置している。
図13において、まず、第1グループはSF1、・・・SF12の12個のサブフレームからなり、第2グループはSF13、・・・SF22の10個のサブフレームからなる。階調レベルが0から1ずつ大きくなると、第2グループのサブフレームの複数が順次オンとなる。階調レベルが1、2、4、8、16において、第2グループのサブフレームのそれぞれSF21とSF22、SF19とSF20、SF17とSF18、SF15とSF16、SF13とSF14がはじめてオンとなる。第1グループのサブフレームは全ての階調レベルにおけるAグループとBグループにおいてオンとオフが一致するが、第2グループのサブフレームは階調レベルによりAとBで同時にオフ、またはAがオン、Bがオフ、またはAがオフ、Bがオンとなり、同一階調レベルにおけるAnとBnの表示期間のずれ[AB]、隣接階調レベルAnとB(n+1)の表示期間のずれ[AB'] 、A(n+1)とBnの表示期間のずれ[A'B]が互いにできるだけ近い値に なるよう設定する。この点は実施例2と同じである。この場合、それぞれの階調レベルにおける3種類の各表示時間差ΔDすなわち[AB]、[AB']、[A 'B]の相互間の差は、この実施例3の表示パターンの配列から得られる最小値 である全て1であるように設定されている。
階調レベルが大きくなるにしたがって第1グループのSF1、・・・、SF12のそれぞれのサブフレームがオンとなる階調レベルは、32、33、35、39、47、63、95、127、159、191、223であり、それらの階調レベルにおいてその1階調レベル間の[AB]、[AB']、[A'B]の差は 全て1である。階調レベルが大きくなるにしたがって第2グループのサブフレームがはじめてオンとなる階調レベル1、2、4、8、16で差が1となる。本実施例3においては、サブフレーム数は22個であり、図14に示すように、従来例により隣接階調間における表示期間のずれを1に小さくしようとすると、サブフレーム数は255個必要になり、この実施例3は従来例に比較しサブフレーム数を小さくできる大きな効果がある。そして、実施例3でも実施例1と同様な作用効果を発揮することができる。
尚、以上説明した実施例1〜3の各表示パターンは単に一例を示したに過ぎず、本発明で説明した要件を満たすならば、どのような表示パターンを用いてもよい。
本発明における画像表示装置の一例としての投射型表示装置の概略構成を示す図である。 本発明における画像表示装置の駆動部と表示部を示す概略構成図である。 本発明に適用される画像表示装置の表示部の概略ブロック構成図である。 本発明に適用される画像表示装置の表示部における画素駆動回路の概略ブロック構成図である。 本発明に適用される画像表示装置の表示部における画素駆動回路の一例を示す図である。 本発明に適用される画素電極及び対向電極に与える電圧の実施例1のタイミングチャートを示す図である。 実施例1において、階調レベル0におけるAグループとBグループの各データを付与する画素の配列位置を示す図である。 実施例1において、階調レベル1におけるAグループとBグループの各データを付与する画素の配列位置を示す図である。 実施例1において、階調レベル0におけるA0、B0及びその隣接階調レベル1におけるA1、B1の画素配置を示す図である。 実施例1において、隣接階調間の表示時間差が大きくなっても視覚上において画素間ディスクリネーションが認識し難くなる原理を説明するための説明図である。 実施例1の各サブフレームとそれぞれの階調レベルのオン・オフの関係を表す表示パターンの図である。 実施例2の各サブフレームとそれぞれの階調レベルのオン・オフの関係を示す表示パターンの図である。 実施例3の各サブフレームとそれぞれの階調レベルとのオン・オフの関係を示す表示パターンの図である。 従来例と本発明の各実施例における隣接階調間の表示時間差と必要とされるSF数との関係を示す図である。 液晶を駆動する駆動電圧と出射光強度との関係を示す図である。
符号の説明
11…偏光ビームスプリッタ、12…投射レンズ、13…スクリーン、14…列信号電極駆動回路、16…行走査電極駆動回路、18…表示手段、41…駆動部、42…表示部、43…アナログ変換回路、44…信号処理回路、50…サンプルホールド部、60…スイッチ部、101…半導体基板、102…透明基板、PE…画素電極、CE…対向電極、LC…液晶層。

Claims (2)

  1. 複数の画素がマトリクス状に配置された表示部と、
    デジタル化された画像信号の各フレームを複数の階調レベルで表示するため1フレーム期間より短時間である互いに異なる表示期間をもつ複数のサブフレームに変換する変換回路と、
    前記表示部の画素の奇数列であって奇数行の画素と偶数列であって偶数行の画素の前記複数の階調レベルそれぞれの階調レベルを与える第1のサブフレームパターン、及び前記表示部の画素の奇数列であって偶数行の画素と偶数列であって奇数行の画素の前記複数の階調レベルそれぞれの階調レベルを与える第2のサブフレームパターンを記憶している記憶部と、
    前記複数のサブフレームを前記第1及び第2のサブフレームパターンによりオン・オフし前記表示部の画素をそれぞれ駆動する駆動部とを有し、
    前記第1及び第2のサブフレームパターンを、前記それぞれの階調レベルにおいて前記第1及び第2の各サブフレームのオン・オフのパターンが常に同一である第1のグループと前記それぞれの階調レベルにおいて前記第1及び第2の各サブフレームのオン・オフのパターンが少なくとも一部は異なる第2のグループとに分割したとき、前記第2のグループのサブフレームパターンは、前記第1のグループのサブフレームの最も長い表示期間よりも短い表示期間のサブフレームの少なくとも一部の複数のサブフレームを2個ずつ有するサブフレームパターンであり、
    前記第1及び第2のサブフレームパターンは、
    前記それぞれの階調レベルにおける前記第1のサブフレームパターンのオン状態の表示期間と前記第2のサブフレームパターンのオン状態の表示期間とのサブフレームパターンが異なる部分の表示期間を合計した第1の表示時間と、
    前記それぞれの階調レベルにおける前記第1のサブフレームパターンのオン状態の表示期間と隣接する階調レベルにおける前記第2のサブフレームパターンのオン状態の表示期間とのサブフレームパターンが異なる部分の表示期間を合計した第2の表示時間と、
    前記それぞれの階調レベルにおける前記第2のサブフレームパターンのオン状態の表示期間と隣接する階調レベルにおける前記第1のサブフレームパターンのオン状態の表示期間とのサブフレームパターンが異なる部分の表示期間を合計した第3の表示時間と、
    の相互間の差が最小となるように設定したことを特徴とする画像表示装置。
  2. 複数の画素がマトリクス状に配置された表示部を有する画像表示装置を駆動する画像表示装置の駆動方法であって、
    デジタル化された画像信号の各フレームを複数の階調レベルで表示するため1フレーム期間より短時間である互いに異なる表示期間をもつ複数のサブフレームに変換する変換ステップと、
    前記表示部の画素の奇数列であって奇数行の画素と偶数列であって偶数行の画素の前記複数の階調レベルそれぞれの階調レベルを与える第1のサブフレームパターン、及び前記表示部の画素の奇数列であって偶数行の画素と偶数列であって奇数行の画素の前記複数の階調レベルそれぞれの階調レベルを与える第2のサブフレームパターンを記憶部より読み出すステップと、
    前記複数のサブフレームを前記第1及び第2のサブフレームパターンによりオン・オフし前記表示部の画素をそれぞれ駆動する駆動ステップとを有し、
    前記第1及び第2のサブフレームパターンを、前記それぞれの階調レベルにおいて前記第1及び第2の各サブフレームのオン・オフのパターンが常に同一である第1のグループと前記それぞれの階調レベルにおいて前記第1及び第2の各サブフレームのオン・オフのパターンが少なくとも一部は異なる第2のグループとに分割したとき、前記第2のグループのサブフレームパターンは、前記第1のグループのサブフレームの最も長い表示期間よりも短い表示期間のサブフレームの少なくとも一部の複数のサブフレームを2個ずつ有するサブフレームパターンであり、
    前記第1及び第2のサブフレームパターンは、
    前記それぞれの階調レベルにおける前記第1のサブフレームパターンのオン状態の表示期間と前記第2のサブフレームパターンのオン状態の表示期間とのサブフレームパターンが異なる部分の表示期間を合計した第1の表示時間と、
    前記それぞれの階調レベルにおける前記第1のサブフレームパターンのオン状態の表示期間と隣接する階調レベルにおける前記第2のサブフレームパターンのオン状態の表示期間とのサブフレームパターンが異なる部分の表示期間を合計した第2の表示時間と、
    前記それぞれの階調レベルにおける前記第2のサブフレームパターンのオン状態の表示期間と隣接する階調レベルにおける前記第1のサブフレームパターンのオン状態の表示期間とのサブフレームパターンが異なる部分の表示期間を合計した第3の表示時間と、の相互間の差が最小となるように設定したことを特徴とする画像表示装置の駆動方法。
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