JP2013213961A - 映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】立体映像を表示する場合のクロストークと２Ｄ映像を表示する場合の動解像度劣化を低減させる映像表示装置を提供する。
【解決手段】信号変換部は入力された映像信号からステップビットパルスにより全サブフレームを構成する。サブフレームデータ作成部は、駆動階調が増加する毎に駆動状態となるサブフレーム数を増加させ、駆動状態となるサブフレームを前のフレームの階調と現在のフレームの階調との関係から決める。駆動部はサブフレームデータ作成部で作成したサブフレームデータに基づいて液晶表示素子を駆動する。
【選択図】図７

Description

本発明は、液晶表示素子を用いた映像表示装置に関する。

近年、視差を有する２以上の映像をスクリーン等に提示し、観察者に対してあたかも対象が立体的に存在するように知覚させる立体映像表示装置が脚光を浴びている。従来、立体映像を投影する場合には２台の液晶プロジェクタ等を用いる手法が一般的であった。近年では、１台の液晶プロジェクタ等で立体映像を投影することが盛んになりつつある。その際には通常、観察者は液晶シャッタめがねを装着し、液晶シャッタの切換により左目には左目用の映像が右目には右目用の映像が入射されることで、立体映像を観察することができる。
特許文献１には、液晶シャッタめがねの切換タイミングを制御することにより、フレーム周波数を高めたときに発生するクロストークを抑制することができる立体映像表示装置について記載されている。

特開２００９−３１５２３号公報

立体映像投影時のクロストークの発生要因は、液晶シャッタの切換タイミングだけではなく液晶表示装置側にも存在する。具体的には、液晶表示素子を映像表示装置に用いる場合における液晶表示素子の応答特性に起因するクロストークが課題となっており、これを有効に低減することが求められている。また、立体映像に限らず、２Ｄ映像投影時にも動解像度の劣化を低減することが求められている。
本発明は以上の状況に鑑みてなされたものであり、１台の液晶プロジェクタで立体映像を表示する場合のクロストークの発生を低減するとともに、２Ｄ映像を表示する場合の動解像度の劣化を低減した映像表示装置を提供することを目的とする。

本発明は、上述した従来の技術の課題を解決するため、入力された映像信号に基づいて、ステップビットパルスにより全サブフレームを構成する信号変換部（２１、２３、２４）と、駆動階調が増加する毎に駆動状態となるサブフレーム数を増加させ、駆動状態となるサブフレームを前のフレームの階調と現在のフレームの階調との関係から決めるサブフレームデータ作成部（２６）と、液晶表示素子と、前記サブフレームデータ作成部で作成したサブフレームデータに基づいて前記液晶表示素子を駆動する駆動部（３１）とを備えることを特徴とする映像表示装置を提供する。
上記の構成において、前記信号変換部の前段に、入力された映像信号から左目用信号と右目用信号が時間的に交互に並ぶ信号を生成する信号処理部（１０１）を更に備えても良い。
また、上記の構成において、前記信号変換部は、Ｎ、Ｍ、Ｆ、Ｄを整数としたときに、ビット数Ｎの信号データを逆ガンマ補正および直線補間を行ってＮより大きい（Ｍ＋Ｆ＋Ｄ）ビットのデータに変換するルックアップテーブル部と、前記ルックアップテーブル部で処理された（Ｍ＋Ｆ＋Ｄ）ビットのデータを誤差拡散処理により（Ｍ＋Ｆ）ビットのデータに変換する誤差拡散部と、前記誤差拡散部で処理された（Ｍ＋Ｆ）ビットのデータをフレームレートコントロールによりＭビットのデータに変換するフレームレートコントロール部とを有し、前記フレームレートコントロール部で処理されたＭビットのデータを用いて、ステップビットパルスにより全サブフレームを構成しても良い。

本発明によれば、１台の液晶プロジェクタで立体映像を表示する場合のクロストークの発生を低減するとともに、２Ｄ映像を表示する場合の動解像度の劣化を低減した映像表示装置を提供することができる。

立体映像表示システムを説明するための図である。 反射型液晶表示素子を用いた液晶表示装置を示す概略構成図である。 デジタル駆動の反射型液晶表示素子における各画素の駆動回路構成を示す図である。 反射型液晶表示素子の入力電圧と出力光の強度との関係を示す図である。 立体映像信号に関する信号処理を説明するための図である。 立体映像と液晶シャッタ動作の時間的関係を示す図である。 駆動回路の構成を示すブロック図である。 階調表現を説明するための図である。 誤差拡散図を示す図である。 誤差拡散フローを示す図である。 フレームレートコントロールテーブルを示す図である。 フレームレートコントロールフローを示す図である。 駆動パターンを示す図である。 第１実施形態に係る駆動階調テーブルの一例を示す図である。 クロストークの発生を説明するための画面を示す図である。 図１５の画像を立体映像表示装置にて立体表示をしたときに液晶表示装置１００からスクリーン上に投影される像を示す図である。 図１６に示す領域１、領域２、領域３、領域３’のそれぞれについて、画面の階調の時間変化を示す図である。 図１５の画像を立体映像示装置にて立体表示をしたときに液晶シャッタめがね１０３を装着した際の見え方を示す図である。 駆動階調テーブルの比較例を示す図である。 比較例の駆動階調テーブルによる駆動状態を示す図である。 比較例の駆動階調テーブルによる駆動状態を示す別の図である。 比較例の駆動階調テーブルによる駆動状態を示す別の図である。 第１実施形態に係る駆動階調テーブルによる駆動状態を示す図である。 信号処理を示す図である。 反射型液晶表示素子の極性反転駆動を示す図である。 反射型液晶素子における横方向電界の発生メカニズムを説明する図である。 フレームレートコントロールにより、横方向電界が均等に分散されることを説明する図である。 第２の実施形態に係る駆動階調テーブルの基本パターンを示す図である。 第２の実施形態に係るパラメータ導出テーブルを示す図である。 第２の実施形態に係るシフト量導出テーブルを示す図である。 第２の実施形態における駆動パターン導出の１例を示す図である。 第２実施形態に係る駆動階調テーブルによる駆動状態を示す図である。

＜第１実施形態＞
以下、第１実施形態に係る映像表示装置について、添付図面を参照して説明する。

立体映像表示システムの概略構成を図１に示す。以下では表示パネルとしてアクティブマトリクス型の反射型液晶表示素子６を備えた液晶表示装置１００を用いた立体映像表示装置を例にして説明する。立体映像表示システムは、液晶表示装置１００、液晶シャッタ駆動信号送信機１０３、立体映像信号源１０４、液晶シャッタめがね１０５、スクリーン１３から構成される。立体映像信号源１０４から立体映像信号が液晶表示装置１００に送られる。液晶表示装置１００は、立体映像信号を所定の回路により時間順次の左目用信号と右目用信号に変換し交互にスクリーン１３に投影する。観察者は、液晶表示装置１００に内蔵または接続されている液晶シャッタ駆動信号送信機１０３からの駆動信号によりシャッタ動作を行う液晶シャッタめがね１０５を装着してスクリーン１３に投影された立体映像を観察する。

次に、液晶表示装置１００および反射型液晶表示素子６の概略構成について説明する。図２は、反射型液晶表示素子６を用いた液晶表示装置１００を示す概略構成図である。液晶表示装置１００は、反射型液晶表示素子６、偏光ビームスプリッタ５（以下、ＰＢＳという）、投射レンズ１１を含んで構成される。反射型液晶表示素子６は、対向電極（透明電極ともいう）１０と、画素電極８との間に液晶９が封止された構造を有する。

照明光学系１から射出したＳ偏光３とＰ偏光４を含む光２はＰＢＳ５に入射し、ＰＢＳ５にて偏光分離される。Ｓ偏光はＰＢＳ５の偏光分離面で反射され、反射型液晶表示素子６側に進行する。Ｐ偏光はＰＢＳの偏光分離面を透過する。反射型液晶表示素子６の液晶９は、画素回路７によって画素電極８と対向電極１０の間に印加される電圧に応じて入射したＳ偏光を変調する。対向電極１０に入射したＳ偏光は、画素電極８で反射して対向電極１０から射出するまでの過程で変調を受け、Ｐ偏光とＳ偏光からなる光として対向電極１０から射出される。対向電極１０から射出された光は変調された光であるＰ偏光成分のみがＰＢＳ５を通過し、Ｓ偏光成分はＰＢＳ５で反射される。ＰＢＳ５を通過したＰ偏光は投射レンズ１１によって射出され、射出光１２はスクリーン１３上に投射されて画像が表示される。なお、後述する出力光の強度とは、スクリーン１３上で測定した出力光の照度をいう。

図３はデジタル駆動の反射型液晶表示素子６における各画素の駆動回路構成を示す図である。反射型液晶表示素子６の個々の画素は画素電極８と対向電極１０の間に液晶９がはさまれた構造になっている。破線で示した画素回路７は、サンプルホールド部１６と電圧選択回路１７からなる。サンプルホールド部１６はＳＲＡＭ構造のフリップフロップよりなる。サンプルホールド部１６は列データ線Ｄと行選択線Ｗとに接続されている。サンプルホールド部１６の出力は電圧選択回路１７へと接続されている。電圧選択回路１７はブランキング電圧線Ｖ０、駆動電圧線Ｖ１に接続されている。電圧選択回路１７は画素電極８へと接続され、画素電極８に所定の電圧を与える。対向電極１０の電圧の値は共通電圧Ｖｃｏｍと呼ばれている。

図４は反射型液晶表示素子６の入力電圧と出力光の強度との関係を示す図である。図４において、横軸は入力電圧であり、画素電極８と対向電極１０との間の電位差、すなわち液晶９の駆動電圧を示す。縦軸は、液晶９から射出される出力光の強度を示す。液晶９から射出される出力光の強度が大きくなり始める電圧が闇値電圧Ｖｔｈである。電圧が０（たとえば、画素電極８と対向電極がともにＧＮＤ）のときは、出力光の強度が少なく、黒状態（ブランキング電圧）であり、出力光が飽和し始める電圧が飽和電圧Ｖｗ（白レベルである。）である。

図５は立体映像信号に関する信号処理を説明するための図である。立体映像信号源１０４から送出される立体映像信号は信号処理回路１０１へ入力される。図５では例として、立体映像信号が６０Ｈｚのサイドバイサイド方式の場合を示している。信号処理回路１０１では、入力された信号は左目用信号と右目用信号に分離され、それぞれ表示画面サイズと等しくなるよう左右に伸長される。伸長された左目用信号、右目用信号は時間的に交互に並べ替えられ、表示速度が２倍に変換される。このように生成された立体映像信号は駆動回路１０２に入力される。駆動回路１０２は信号処理回路１０１から受け取った立体映像信号に基づいて反射型液晶表示素子６を駆動する。信号処理回路１０１で生成された立体映像信号に同期する同期信号は、信号処理回路１０１から液晶シャッタ駆動信号送信機１０３に送られる。

液晶シャッタ駆動信号送信機１０３は信号処理回路１０１から受け取った同期信号に基づいて液晶シャッタの駆動タイミングを決定し、液晶シャッタ駆動信号を液晶シャッタめがね１０５に出力する。液晶シャッタめがね１０５の液晶シャッタは液晶シャッタ駆動信号に基づいて駆動される。立体映像と液晶シャッタ動作の関係を図６に示す。Ｌは左目用映像、Ｒは右目用映像であり、左目用液晶シャッタは左目用映像の表示タイミングでＯＮ（開）となり、右目用映像表示タイミングでＯＦＦ（閉）となる。右目用液晶シャッタは右目用映像の表示タイミングでＯＮ（開）となり、左目用映像表示タイミングでＯＦＦ（閉）となる。
図５では立体映像信号が６０Ｈｚサイドバイサイド方式で入力される様子を示したが、この方式に限定されず他の周波数（例えば５０Ｈｚや２４Ｈｚなど）や他の立体映像フォーマット（例えばフレームパッキングやトップアンドボトム、ラインバイラインなど）でもよい。また信号処理回路１０１は立体映像信号を２倍の周波数の信号に変換するが、周波数の変換は２倍に限定されず、これ以上でもよい。画面解像度も、画素数１９２０×１０８０以外であってもよい。

図７は駆動回路１０２の構成を示すブロック図である。図８は階調表現を説明するための図であり、入力された映像信号データのビット数を８ビットとした場合における各プロセス部における階調表現の例を示している。図９は誤差拡散を説明するための図である。図１０は誤差拡散フローを示す図である。

図７において、入力されたＮビットの映像信号データは、ルックアップテーブル部２１にて、Ｎより大きい（Ｍ＋Ｆ＋Ｄ）ビットのデータに変換される。ここで、Ｍはサブフレーム数を２進数で表したときのビット数、Ｄは誤差拡散処理部２３により補間されるビット数、Ｆはフレームレートコントロール部２４により補間されるビット数を表している。なおＮ、Ｍ、Ｆ、Ｄは整数である。

図８の例では、入力された映像信号データのビット数は８ビット（Ｎ＝８）、誤差拡散処理部２３にて補間されるビット数は４ビット（Ｄ＝４）、フレームレートコントロール部２４にて補間されるビット数は２ビット（Ｆ＝２）としている。サブフレーム数を２進数で表した場合のビット数は４ビット（Ｍ＝４）、駆動階調は１２個（黒を含まない）としている。

ここでルックアップテーブル部２１の動作を説明する。一般的に映像信号はガンマ補正がかけられている。画像表示装置側ではガンマ補正がかけられた映像信号に対し逆ガンマ補正処理を施してリニアな階調に戻すことが必要である。逆ガンマ補正とは入力Ｘに対して出力がＸの２．２乗となるような補正である。この場合、出力特性は「ガンマ２．２」であると以下表現する。ルックアップテーブル部２１は反射型液晶表示素子６の入出力特性を変換してガンマ２．２の出力特性を有する液晶表示装置を実現する機能を担っている。ルックアップテーブルは、１０ビットの出力が、任意の出力特性（例えばガンマ２．２）となるようにあらかじめ調整されている。

例えば、第１の実施形態では図８に示す１２個の駆動階調（黒を含まない）のそれぞれの駆動による画像を図１に示す液晶表示装置で投影し、スクリーン１３上の照度を照度計等でそれぞれ測定しておく。それぞれの駆動階調間の照度を６ビット（Ｍ＋Ｄ＝６）（６４階調）で直線補間することによって、０〜７６８の階調毎の照度データが予測される。それらの照度データから任意の出力特性（例えばガンマ２．２）となるような２５６個のデータを選び、あらかじめルックアップテーブルとして保持されているものとする。

ルックアップテーブル部２１は、２５６×１０ビット（すなわち、「２の８乗」階調ｘ（４＋２＋４）ビット）のルックアップテーブルを有している。ここで、「２の８乗」階調ｘ（４＋２＋４）ビットとは、「２のＮ乗」階調×（Ｍ＋Ｆ＋Ｄ）ビットに対してＮ＝８、Ｍ＝４、Ｆ＝２、Ｄ＝４の値を代入したものに相当する。ルックアップテーブル部２１は、入力された８ビットの画像データを、１０ビットのデータに変換して出力する。

図７に戻り、ルックアップテーブル部２１にて（Ｍ＋Ｆ＋Ｄ）ビットに変換された映像信号データは、誤差拡散部２３により下位Ｄビットの情報を周辺画素に拡散することによって、（Ｍ＋Ｆ）ビットのデータに変換される。図８の例では、変換された１０ビットのデータは、誤差拡散部２３にて、下位４ビットの情報を周辺画素に拡散し上位６ビットのデータに量子化して出力される。

誤差拡散法とは、表示すべき映像信号と実表示値との誤差（表示誤差）を周辺の画素に拡散することで階調不足を補う方法である。本実施形態においては、表示すべき映像信号の下位４ビットを表示誤差とし、図９のように右隣の画素に表示誤差の７／１６を、左下の画素に表示誤差の３／１６を、直下の画素に表示誤差の５／１６を、右下の画素に表示誤差の１／１６を加える。

誤差拡散部２３の動作を図１０でより詳しく説明する。ある座標の映像信号は上述のように誤差を拡散するとともに、以前の映像が拡散した誤差が加算される。入力された１０ビットのデータは、まず、以前の映像が拡散した誤差が誤差バッファにより加算される。入力映像信号データは誤差バッファの値が加算された後、上位の６ビットと下位の４ビットに分割される。

分割された下位の４ビットの値を以下に示す。右側の値は表示誤差である。
下位４ビット 表示誤差
００００ ０
０００１ ＋１
００１０ ＋２
００１１ ＋３
０１００ ＋４
０１０１ ＋５
０１１０ ＋６
０１１１ ＋７
１０００ −７
１００１ −６
１０１０ −５
１０１１ −４
１１００ −３
１１０１ −２
１１１０ −１
１１１１ ０

分割された下位の４ビットの値に対応する表示誤差は、図１０のように誤差バッファへと加算され保持される。また、分割された下位の４ビットの値に対してスレッショルド比較を行ない、値が１０００より大きい場合（上記の左部の値が１０００である行以降の行）、上位６ビットの値に１が加算される。そして、上位の６ビットのデータが誤差拡散部から出力される。

図７に戻り、誤差拡散部２３にて（Ｍ＋Ｆ）ビットに変換された映像信号データは、フレームレートコントロール部２４に入力される。フレームレートコントロール部２４はフレームレートコントロールテーブルを備えている。フレームレートコントロール部２４では、下位Ｆビットの値と、画素の位置情報及びフレームのカウント情報から、フレームレートコントロールテーブル内の位置を特定し、その値（１または０の値、以下０／１と記載する。）が上位Ｍビットに加えられ、Ｍビットのデータに変換される。ここで、フレームレートコントロール方式とは、表示素子の１画素の表示に対してｍ（ｍ：ｍ≧２、自然数）フレームを１周期として、その周期のｎ（ｎ：ｎ＞０、ｍ＞ｎ、自然数）フレームではオン表示を行ない、残りの（ｍ−ｎ）フレームではオフ表示を行うことにより疑似的に階調を表示させる方式である。図１１にフレームレートコントロールテーブルの一例を示す。図１１は、４×４画素のブロックを一つの単位とし、４フレームを１周期としたテーブルとなっている。上下方向が下位２ビットの値に相当し、左右方向がフレームカウンタの値に、またブロック内のＸ方向とＹ方向の位置は画素の位置に相当する。

誤差拡散部２３により出力された６ビットのデータは、フレームレートコントロール部２４に入力される。フレームレートコントロール部２４は、下位２ビットの情報と、表示エリアでの位置情報およびフレームカウンタ情報より、フレームレートコントロールテーブルから０／１の値を導き、入力された６ビットから分離された上位４ビットの値に加算する。

フレームレートコントロール部２４の動作を図１２で具体的に説明する。入力された６ビットのデータは、上位の４ビットと下位の２ビットに分割される。入力された６ビットデータの下位２ビットと、画素の表示エリアでの位置情報（すなわち、座標データであるＸ座標の下位２ビットおよびＹ座標の下位２ビット）と、フレームカウンタの下位２ビットとの合計８ビットの値を用いて、図１１のフレームレートコントロールテーブルで示される“０”か“１”の値を特定する。特定された“０”か“１”の値は上位４ビットのデータに加算して、４ビットデータとして出力される。

図８に戻り説明する、フレームレートコントロール部２４から出力された４ビットデータは図７で示されているリミッタ部２５にて駆動階調の最大値である１２に制限された後、サブフレームデータ作成部２６にて、反射型液晶表示素子６へ転送されるべき１２ビットのデータに変換される。１２ビットのデータへの変換は、後述する駆動階調テーブルを使用する。

図７に戻り、サブフレームデータ作成部２６から出力された１２ビットのデータは、メモリ制御部２８にて、サブフレーム毎に分割されたフレームバッファ２９に格納される。フレームバッファ２９はダブルバッファの構造になっており、フレームバッファ０にデータを格納中は、フレームバッファ１のデータがデータ転送部を経由して反射型液晶表示素子６に転送されることになり、次のフレームでは、前フレーム期間中に格納されたフレームバッファ０のデータがデータ転送部３０を経由して液晶表示素子６に転送され、フレームバッファ１には入力された映像信号データのサブフレームデータ作成部２６からの出力データが格納される。

駆動制御部３１は、サブフレーム毎の処理のタイミング等を制御しており、データ転送部３０への転送指示およびゲートドライバ３４の制御を行う。データ転送部３０は、駆動制御部３１からの指示に従い、メモリ制御部２８に指示を行ない、指定したサブフレームのデータをメモリ制御部２８から受け取りソースドライバ３３へと転送する。ソースドライバ３３は、１ライン分のデータをデータ転送部３０より受け取る毎に、反射型液晶表示素子６の対応する画素回路７へ列データ線Ｄ０−Ｄｎを用いて同時に転送する。この時、ゲートドライバ３４では、駆動制御部３１からの垂直スタート信号（ＶＳＴ）／垂直シフトクロック信号（ＶＣＫ）により指定された行の行選択線Ｗｙをアクティブにし、指定された行ｙの全ての列の画素へとデータが転送される。

図１３を用いて本実施形態における駆動パターンについて説明する。図１３は、映像信号が１秒あたり１２０フレーム、サブフレーム数が１２個の場合について示している。ＷＣは液晶表示素子内の全ての画素にサブフレーム毎のデータを転送するデータ転送期間（ＷＣ期間）を表している。ＤＣは、液晶を駆動する際の駆動期間（ＤＣ期間）を表している。ＷＣ期間を３４７[μs]、ＤＣ期間を３４７[μs]としている。１フレームにおいて、ＷＣ期間とＤＣ期間が交互に１２回連続する。時間的に先頭からＳＦ１、ＳＦ２、…、ＳＦ１１、ＳＦ１２の順番でそれぞれのサブフレームに割り当てられた０または１のデータがＷＣ期間にて転送され、ＤＣ期間全ての画素の液晶が駆動される。画素内にサンプルホールドされたデータが０の場合は、その画素はブランキング状態となり、１の場合は駆動状態となる。

本実施形態における駆動階調テーブルの一例を図１４に示す。図１３と同様、映像信号は１秒あたり１２０フレーム、サブフレーム数が１２個、データ転送期間（ＷＣ期間）を３４７[μs]、駆動期間（ＤＣ期間）を３４７[μs]としている。図１４は駆動階調に対するサブフレーム毎のＤＣ期間の状態を示している。図１４の縦の欄の階調は、フレームレートコントロール部２４で得た４ビットのデータであってリミッタ部２５にて駆動階調の最大値である１２で制限されたものである。ＳＦ１−ＳＦ１２は１フレーム内のサブフレームの順番を表している。ＤＣ期間の欄が１の場合は駆動状態であることを示す。ＤＣ期間の欄が０の場合はブランク状態であることを示す。

図１４の縦の欄に示す階調が１の場合、最後のサブフレームであるＳＦ１２のみが駆動状態となる。階調が２の場合、ＳＦ１１とＳＦ１２だけが駆動状態となる。階調が３の場合、ＳＦ１０とＳＦ１１とＳＦ１２だけが駆動状態となる。このように階調１から階調３までは、階調の数が増える毎に駆動状態となるサブフレームが時間的に前方に増えていく。階調４から階調７までは階調の数が増える毎に駆動状態となるサブフレームが時間的に前方に増えていくことに加え、駆動状態となるサブフレーム全体が時間的に前にずれていく。階調８から階調１１までは駆動状態となる階調は時間的に後方に増えていく。階調１２では全サブフレームが駆動状態となる。

本実施形態においては、クロストークの発生が低減されるという効果が得られる。以下、クロストーク低減効果について説明する。図１５は、低い階調（Ｌ）の中に高い階調（Ｈ）の円形の領域が存在する映像を表示している様子を表す。

図１６は図１５の画像を立体映像表示装置にて立体表示をしたときに液晶表示装置１００からスクリーン上の投影される像を示す図である。スクリーンには図１６のように右目用の画像と左目用の画像が時間的に交互に表示される。図１７は、図１６に示す領域１、領域２、領域３、領域３‘のそれぞれにおける画面上の階調の時間変化を示す図である。図１７のように、領域１では階調Ｈが、領域２では階調Ｌが連続して表示されるのに対して、領域３および領域３’では階調Ｈと階調Ｌが時間的に交互に表示される。

図１８は図１５の画像を立体映像表示装置にて立体表示をしたときに液晶シャッタめがね１０５を装着した際の左目での見え方を示す図である。観察者には、図１８のように、領域１では階調Ｈに、領域２では階調Ｌに見える。領域３は階調Ｌに見えなければならない。しかし、前のフィールド（右目用フィールド）の階調がＨであることが原因で階調Ｌよりも高い階調に表示されてしまう場合がある。そのような場合、領域３の階調は右目用画像の階調（階調Ｈ）に近づくため、観察者には、クロストーク現象として認識される。

本実施形態における図１４の駆動階調テーブルによるデジタル駆動では、上記の様なクロストーク現象を減少させることができる。図１９に示す駆動階調テーブルを比較例とし、図２０〜図２３を用いてクロストーク現象の抑制効果を説明する。

図１９は図１４と同様に、各階調において駆動状態となるサブフレームを示す図である。図１９（ａ）は階調１の時に最初のサブフレームであるＳＦ１のみが駆動状態となり、階調が増えるにしたがい駆動状態となるサブフレームが時間的に後方に増えていく。図１９（ｂ）は階調１の時に最後のサブフレームであるＳＦ１２のみが駆動状態となり、階調が増えるにしたがい駆動状態となるサブフレームが時間的に前方に増えていく。

図２０〜図２３は連続するフレームＦ１、Ｆ２における液晶駆動パターンと表示輝度との関係を模式的に表わした図である。各々、上段の図が液晶の駆動状態を示し、Ａ１とＡ２が駆動期間、Ｂ１が駆動期間Ａ１の後の非駆動期間を示す。また、下段は液晶素子の輝度変化を示し、上方向に向けて輝度が高くなる。液晶素子の輝度が高い状態が長く続く程明るく見えるので、液晶素子の輝度の高さと駆動時間の長さで階調を表現できる。点線で示した特性は前のフレームの影響を受けない場合に想定される輝度変化の特性であり、実線で示した特性は前のフレームの影響を受けた場合に想定される輝度変化の特性である。フレームＦ１とＦ２は、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ１、Ｆ２・・のように連続して繰り返すが、説明を簡単にするために、フレームＦ１は更に前のフレームの影響を受けていないものとして図示している。また、フレームＦ１、Ｆ２はそれぞれ左目用フレームまたは右目用フレームに相当する。

図２０は、図１９（ａ）に示す駆動階調テーブルを使って液晶を駆動した状態を表わし、図２０（ａ）はフレームＦ１が高階調（駆動期間Ａ１が長い）である場合、図２０（ｂ）はフレームＦ１が低階調（駆動期間Ａ１が短い）である場合であり、フレームＦ２の階調は図２０（ａ）と（ｂ）で同じ（駆動期間Ａ２が同じ）ものとする。液晶素子の輝度は、駆動期間開始後にある時定数をもって上昇し、駆動期間終了後にある時定数をもって下降する。図示した特性は一例であり、液晶素子の輝度の上昇下降の特性は液晶素子の特性により異なる。

図２０（ａ）では、高い階調であって長い駆動期間（Ａ１）の後の非駆動期間（Ｂ１）が短い。このため、液晶素子の輝度が下がり切る前にＦ２の駆動期間が始まるので、Ｆ２は短い時間で輝度が高くなり、前のフレームの影響を受けない場合と比較して明るくなる。図２０（ｂ）では、低い階調であって短い駆動期間（Ａ１）の後の非駆動期間（Ｂ１）が長い。このため、Ｆ２の駆動期間が始まる前に液晶素子の輝度が下がり切るので、Ｆ２の輝度の立ち上がりが遅れ、前のフレームの影響を受けない場合と比較して暗くなる。このように図１９（ａ）の駆動階調テーブルを使った場合は、前のフレームの階調の高さが現フレームの明るさに影響を与え、クロストークとなる。

図２１は、図１９（ｂ）に示す駆動階調テーブルを使って液晶を駆動した状態を表わし、図２０と同様に図２１（ａ）はフレームＦ１が高階調（駆動期間Ａ１が長い）である場合、図２１（ｂ）はフレームＦ１が低階調（駆動期間Ａ１が短い）である場合であり、フレームＦ２の階調は図２１（ａ）と（ｂ）で同じ（駆動期間Ａ２が同じ）ものとする。

図２１（ａ）と（ｂ）は、フレームＦ１の階調に関係なく非駆動期間Ｂ１が同じである。このため、フレームＦ２の輝度の立ち上がりはフレームＦ１の階調が高い場合と低い場合でほとんど同じとなるため、フレームＦ２の明るさはフレームＦ１の階調の高さの影響を受けにくくなり、図１９（ａ）に示す駆動階調テーブルを使用した場合と比較してクロストークが低減される。

次に、フレームＦ１の駆動階調が低階調でフレームＦ２の駆動階調が中間階調の場合と、フレームＦ１の駆動階調が中間階調でフレームＦ２の駆動階調が低階調となる場合の応答を比較する。
図２２は、図１９（ｂ）の駆動階調テーブルを使って液晶を駆動した状態を表わし、図２２（ａ）はフレームＦ１が低階調、フレームＦ２が中間階調である場合、図２２（ｂ）はフレームＦ１が中間階調、フレームＦ２が低階調である場合を表わす。図２２（ａ）においては、非駆動期間Ｂ１の期間が理想状態よりも長く液晶素子の立ち上がりが遅くなるため、フレームＦ２は前のフレームの影響を受けない場合と比較して暗くなる。図２２（ｂ）においては、非駆動期間Ｂ１の時間が短く液晶素子の立ち上がりが早くなるため、フレームＦ２は前のフレームの影響を受けない場合と比較して明るくなる。

図２３は、図１４に示す本実施形態の駆動階調テーブルを使って液晶を駆動した状態を表わし、図２２と同様に、図２３（ａ）はフレームＦ１が低階調、フレームＦ２が中間階調である場合、図２３（ｂ）はレームＦ１が中間階調、フレームＦ２が低階調である場合を表わす。図２３（ａ）は非駆動期間Ｂ１が、図２２（ａ）と比較して短くなることで、液晶素子の立ち上がりが早くなり、前のフレームの影響を受けない場合の明るさに近づく。図２３（ｂ）は非駆動期間Ｂ１が図２２（ｂ）と比較して長くなることで、液晶素子の立ち上がりが遅くなり、前のフレームの影響を受けない場合の明るさに近づく。上記のように、本実形態の駆動階調テーブルを使って液晶を駆動することで、Ｂ１の長さを最適化し、所望の明るさを得ることができる。

以上説明したように、前のフレームの液晶応答の影響を考慮した本実施形態の駆動テーブルを使用することにより、所望の明るさを表示することができるため、立体映像表示時のクロストークを減少させることができる。また２Ｄ映像表示時においても前のフレームの影響を考慮することで、動解像度劣化を低減させることができる。

本実施形態では駆動階調テーブルの一例として図１４の駆動階調テーブルを使ったが、これに限定せず、低階調から所定の階調までは駆動状態となるサブフレームの位置が時間的に前にシフトするものであれば良い。言い換えれば、低階調から所定の階調までは駆動階調が増加するとともに駆動状態となる最後のサブフレームと次のフレームとの間の非駆動となるサブフレーム数が増加するような駆動階調テーブルであれば良く、適宜変更可能である。

図２４は本実施形態における信号処理を示す図である。図２５は本実施形態における反射型液晶表示素子６の極性反転駆動を示す図である。以下図３、図７、図９を参照しつつ、図２４において信号処理を説明する。

図２４において、時刻Ｔ０にて垂直同期信号Ｖｓｙｎｃがアクティブになり、最初に、時刻Ｔ０−Ｔ１の期間にてサブフレーム１（ＳＦ１）のデータを反射型液晶表示素子６に転送する。この期間（Ｔ０−Ｔ１）が転送期間ＷＣとなる。転送期間ＷＣの間、反射型液晶表示素子６は画素内のサンプルホールドされた値に関わらず、ブランキング状態とする必要があり、Ｖ０／Ｖ１／Ｖｃｏｍは同じ電圧（ここではＧＮＤ）を設定する。ここで、Ｖ０はブランキング電圧、Ｖ１は駆動電圧、Ｖｃｏｍ（共通電圧）は液晶の対向電極１０の電圧である。時刻Ｔ１にて転送が終わり、次の期間（Ｔ１−Ｔ３）は駆動期間ＤＣとなる。時刻Ｔ２は期間（Ｔ１−Ｔ３）のちょうど中間となり、期間（Ｔ１−Ｔ２）と期間（Ｔ２−Ｔ３）は同じ時間となる。期間（Ｔ１−Ｔ２）ではＶ１がＶｗ、Ｖ０／ＶｃｏｍがＧＮＤとなるように、また、期間（Ｔ２−Ｔ３）では期間（Ｔ１−Ｔ２）とは反対に、Ｖ１がＧＮＤ、Ｖ０／ＶｃｏｍがＶｗとなるように電圧制御部３２にて制御される。

画素回路７内のサンプルホールドの値が“０”の場合、画素回路７内の電圧選択回路１７にてＶ０が画素電極８に印加される。期間Ｔ１−Ｔ２では、画素電極電圧Ｖｐｅと対向電極電圧ＶｃｏｍはともにＧＮＤとなる。液晶９にかかる電圧は０［ｖ］となり、液晶の駆動状態はブランキング状態となる。

画素内のサンプルホールドの値が“１”の場合、画素回路７内の電圧選択回路１７にてＶ１が画素電極８に印加される。期間Ｔ１−Ｔ２では、画素電極電圧ＶｐｅはＶｗ、対向電極電圧ＶｃｏｍはＧＮＤとなる。液晶９にかかる電圧は＋Ｖｗ（対向電極基準）となり、液晶は駆動状態となる。期間Ｔ２−Ｔ３では、画素電極電圧ＶｐｅはＧＮＤ、対向電極電圧ＶｃｏｍはＶｗとなり、液晶９にかかる電圧は−Ｖｗ（対向電極基準）となり、駆動状態となる。

液晶に同じ電圧で方向の異なる電圧（＋Ｖｗ／−Ｖｗ）を同じ期間印加することにより、長時間平均して液晶に印加する電圧を＋Ｖｗ＋（−Ｖｗ）＝０［ｖ］とすることにより、焼き付きを防止している。ＳＦ２−ＳＦ１２もＳＦ１の期間Ｔ０−Ｔ３と同様な電圧制御を行う。図２５において、期間（Ｔ１−Ｔ２）に相当する状態、すなわち、Ｖ１がＶｗ、Ｖ０／ＶｃｏｍがＧＮＤとなるような状態をＤＣバランス＋と表している。また、期間（Ｔ２−Ｔ３）に相当する状態、すなわち、Ｖ１がＧＮＤ、Ｖ０／ＶｃｏｍがＶｗとなるような状態をＤＣバランス−と表している。

ところで本実施形態においては、表示素子としてアクティブマトリクス型の反射型液晶表示素子６を備えた投射型表示装置を例にして説明している。ここで、図１４の階調駆動テーブルで液晶を駆動する場合の特徴を説明する。図１４において、階調がＫ（Ｋ≧１）であるとする。すると連続するＫ個のサブフレームが１（駆動状態）となる。連続するＫ個のサブフレームの期間は、ほぼ連続したオン状態とみなされる結果、Ｋ（階調数）と出力光の関係はほぼ図４に示す反射型液晶表示素子６の入力電圧と出力光の強度との関係に近いカーブを描く。これは、ルックアップテーブル部２１の動作に有利に作用する。すなわち、反射型液晶表示素子６の入力電圧と出力光の強度との関係はルックアップテーブル部２１が目標としているガンマ２．２のカーブに比較的近いため、ルックアップテーブル部２１にてガンマ２．２のカーブに変換する負担が少なくなる。以上の特徴は、透過型液晶素子においても同様である。

また、本実施の形態では、図１３に示す通り、動画擬似輪郭の原因となるバイナリビットパルスを用いず、すべて同じ幅のステップビットパルスを用いている点も特徴である。バイナリビットパルスとは各サブフィールドに対して重みが２ｎ （ｎ＝０、１、２、３…）で表されるいわゆる“バイナリの重み付け”を行うものである。一方、ステップビットパルスとは、１、２、４、８、１６のバイナリビットパルスがある場合、３２、３２、３２、３２、３２、３２、３２のような同じ重み付けのパルスのことをいう。すべてバイナリビットパルスにする場合と比較して、ステップビットパルスを併用することで動画擬似輪郭を相対的に軽減する効果がある。

動画擬似輪郭とは、隣り合った画素の似たような階調において、片方の画素でのバイナリビットパルスの多くが駆動状態であり、もう片方の画素でのバイナリビットパルスの多くがブランキング状態である場合、視線を動かした時や、顔のアップ等が動いたときに、意図しない輝度が眼で知覚されることをいう。本実施形態では、動画擬似輪郭の原因となるバイナリビットパルスを用いず、すべて同じ幅のステップビットパルスを用いている。そのため視線方向を動かした場合でも、輝度が著しく変化しないため、動画擬似輪郭はほとんど知覚されない。

次に、反射型液晶表示素子を用いた液晶表示装置の駆動回路にフレームレートコントロール部をもうけたことによる効果を説明する。図２６は、反射型液晶素子における横方向電界の発生メカニズムを説明する図である。図２６に示されるように反射型液晶素子の画素電極８Ａ、８Ｂはシリコン基板４３の上に形成されている。

デジタル駆動の場合、隣り合った画素間で駆動状態（駆動／ブランキング）が異なることが頻繁に起こる。例えば、あるフレームにおいて隣り合った画素の階調がそれぞれ“５”（画素ＰＡ）と“６”（画素ＰＢ）の場合を仮定する。またＤＣバランス＋で、対向電極１０がＶ０の場合を考える。すなわち、図２５においてＤＣバランス＋であるから、Ｖ０＝Ｖｃｏｍ＝０（Ｖ）、Ｖ１＝Ｖｗである。サブフレーム５のタイミングでは、隣り合った画素の駆動状態が異なる。図２６からわかるように、画素ＰＡはブランキング状態なので、画素電極８ＡにはＶ０の電圧がかかり、画素ＰＢは駆動状態なので、画素電極８ＢにはＶ１の電圧がかかっている。

図２６は、画素電極８ＡにはＶ０の電圧がかかり、画素電極８ＢにはＶ１の電圧がかかっているときの液晶層の電界４１の状態を示している。画素ＰＢの画素電極８Ｂ（電位：Ｖｗ）と対向電極１０（電位：０（Ｖ））間には電位差が生じ、液晶は所定量の回転をさせられる。このとき、画素ＰＡの画素電極８Ａ（電位：０（Ｖ））と画素ＰＢの画素電極８Ｂ（電位：Ｖｗ）間にも電位差が生じ、横方向に電界が生じてしまう。このような、横方向電界４２は、画素間の液晶の動きに意図しない混乱を発生させる。上記の現象は、画質劣化の一因であった。

フレームレートコントロールを用いることで上記の不具合を解消することができる。図２７はフレームレートコントロールにより、横方向電界が均等に分散されることを説明する図である。

図２７では、フレームレートコントロール部への入力データ（（Ｍ＋Ｆ）ビット）の下位Ｆビットの値が“０１”である場合が例示されている。フレーム毎に４個のテーブル（フレーム０〜３）が用いられる。それぞれのフレームにおいて、隣り合った画素間で駆動状態（駆動またはブランキング）が異なる場合、駆動状態が「１」（駆動状態）である画素から駆動状態が「０」（ブランキング状態）である画素の方向に横方向の電界が生じる。画素間の横方向電界の方向は図２７において矢印で表されている。４個のフレームでの横方向電界の状態を重ね合わせたのが、一番右の状態である。すなわち、４フレームの平均では、すべての画素間での横方向電界は打ち消しあっている。以上のように、フレームレートコントロールを用いることにより、画質劣化の一因である横方向電界を打ち消すことが可能となった。

＜第２実施形態＞
第２実施形態は第１実施形態に対し、駆動階調テーブル部のみ異なり、その他の構成および動作は第１実施形態と同様である。以下、第１実施形態と同等の構成や動作については説明を省略する。第１実施形態ではサブフレームデータ作成部２６で、駆動階調テーブル２７に各階調に対して固定となるパターンを使っているのに対し、本実施形態では基本パターンに対し、駆動状態とするサブフレームをシフトさせるテーブルを組み合わせて駆動パターンを決めることが異なる。

図２８は駆動階調テーブルの基本パターンであり、図１９（ａ）の駆動階調テーブルと同じパターンである。図２９は前のフレームの階調と現在のフレームの階調とからパラメータを導出する、パラメータ導出テーブルの一例である。図３０はパラメータ導出テーブルで導出したパラメータに対応するシフト量を導出するシフト量導出テーブルの一例である。本実施形態では、駆動階調テーブルの基本パターンと、パラメータ導出テーブルと、シフト量導出テーブルとを組み合わせて導出した駆動階調テーブルを使って液晶を駆動する。

図３１に駆動階調テーブル導出の一例を示す。
図３１（ａ）は階調が２であった場合に図２８のテーブルから求めた駆動階調テーブルの基本パターンを示す。図３１（ｂ）と図３１（ｃ）は駆動階調テーブルの基本パターンに対し、パラメータ導出テーブルとシフト量導出テーブルからシフト量を導出してシフトを適用した後の駆動階調テーブルを示す。図３１（ｂ）は現在のフレームの階調が２で前のフレームの階調が５である場合で、パラメータ導出テーブルからパラメータはＰ５−２となり、シフト量導出テーブルからシフト量は６となるので、ＳＦ７とＳＦ８のみ駆動状態となりその他のサブフレームは非駆動となる。図３１（ｃ）は現在のフレームの階調が２で前のフレームの階調が８である場合で、パラメータ導出テーブルからパラメータはＰ８−２となり、シフト量導出テーブルからシフト量は９となるので、ＳＦ１０とＳＦ１１のみ駆動状態となりその他のサブフレームは非駆動となる。

本実施形態では前後のフレームの階調から、ブランキング期間が最適になるように駆動状態となるサブフレームのシフト量を設定する。
図３２は本実施形態の駆動階調テーブルを使用して液晶を駆動した場合の、連続するフレームＦ１、Ｆ２における液晶駆動パターンと表示輝度との関係を模式的に表わした図である。各々、上段の図が液晶の駆動状態を示し、Ａ１とＡ２が駆動期間を、Ｂ１が駆動期間Ａ１の後の非駆動期間を、Ｂ２が駆動期間Ａ２の後の非駆動期間を示す。また、下段は液晶素子の輝度変化を示し、上方向に向けて輝度が高くなる。液晶素子の輝度が高い状態が長く続く程、表示映像は明るく見えるので、液晶素子の輝度の高さと駆動時間の長さで階調を表現できる。点線で示した特性は前のフレームの影響を受けない場合に想定される輝度変化の特性であり、実線で示した特性は前のフレームの影響を受けた場合に想定される輝度変化の特性である。フレームＦ１とＦ２は、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ１、Ｆ２・・のように連続して繰り返されるが、説明を簡単にするために、図中最初のフレームＦ１は更に前のフレームの影響を受けていないものとして図示している。また、フレームＦ１、Ｆ２はそれぞれ左目用フレームまたは右目用フレームに相当する。

図３２（ａ）はフレームＦ１とフレームＦ２の階調が同じである場合で、本実施形態の駆動テーブルによれば、非駆動期間Ｂ１とＢ２の長さは同じになり、フレームＦ１とＦ２の駆動条件が同じになるため、フレームＦ１とＦ２の明るさを同等とすることができる。

図３２（ｂ）はフレームＦ１が高階調でフレームＦ２が低階調であった場合であり、非駆動期間は、Ｂ１が長くＢ２が短くなるようにシフト量が設定されている。本実施形態の駆動階調テーブルによれば高階調のフレームＦ１から低階調のフレームＦ２間の非駆動期間Ｂ１を長く設定するため、液晶素子の輝度が十分に下がってからフレームＦ２の駆動期間が開始するため、フレームＦ２の明るさを引き上げることなく低い階調として表示することができる。逆に、低階調のフレームＦ２から高階調のフレームＦ１間の非駆動期間Ｂ２を短く設定するため、液晶素子の輝度が下がり切る前にフレームＦ１の駆動期間が開始するため、フレームＦ１の明るさを落とすことなく高い階調として表示することができる。

以上説明したように、本実施形態によるサブフレーム駆動パターンによれば、各フレーム間の非駆動期間を、各フレームの階調の組み合わせによって最適に設定するので、前のフレームの影響を受けにくくなり、立体映像表示時のクロストークを減少させることができる。また２Ｄ映像表示時においても前のフレームの影響を受けにくくなるため、動解像度劣化を低減させることができる。

本実施形態で使ったパラメータ導出テーブルと、シフト量導出テーブルは本実施形態の装置を説明するための一例であり、これに限定するものではなく、適宜変更可能である。また、本実施形態ではパラメータ導出テーブルとシフト量導出テーブルを分けて説明したが、これらは一つのテーブルとして構成しても良く、前のフレームの階調と現在のフレームの階調とから直接シフト量を求めるテーブルとしても良い。

第１、第２の実施形態において、入力された映像信号データのビット数をＮ、表示素子の駆動可能な階調数を２進数で表したときのビット数をＭ、誤差拡散処理により誤差として拡散されるビット数をＤ、フレームレートコントロールにより擬似的な階調として表現されるビット数をＦとしたとき、Ｎ＝８、Ｍ＝４、 Ｄ＝４、Ｆ＝２である場合について説明した。しかし、Ｎ、Ｍ、Ｄ、Ｆの値は上記の値に限定されず、種々の値を用いて実施することができる。そのなかでも、Ｎ＝８〜１２、Ｍ＝４〜６、Ｄ＝４〜８、Ｆ＝２〜３であることがより好ましい。

６ 反射型液晶表示素子
７ 画素回路
２１ ルックアップテーブル部
２３ 誤差拡散部
２４ フレームレートコントロール部
２５ リミッタ部
２６ サブフレームデータ作成部
２７ 駆動階調テーブル
２８ メモリ制御部
３１ 駆動制御部
１００ 投射型液晶表示装置
１０１ 信号処理回路（信号処理部）
１０２ 駆動回路
１０３ 液晶シャッタ駆動信号送信機
１０５ 液晶シャッタめがね

Claims (3)

1. 入力された映像信号に基づいて、ステップビットパルスにより全サブフレームを構成する信号変換部と、
   駆動階調が増加する毎に駆動状態となるサブフレーム数を増加させ、駆動状態となるサブフレームを前のフレームの階調と現在のフレームの階調との関係から決めるサブフレームデータ作成部と、
   液晶表示素子と、
   前記サブフレームデータ作成部で作成したサブフレームデータに基づいて前記液晶表示素子を駆動する駆動部と
   を備えることを特徴とする映像表示装置。
2. 前記信号変換部の前段に、入力された映像信号から左目用信号と右目用信号が時間的に交互に並ぶ信号を生成する信号処理部を更に備えることを特徴とする請求項１記載の映像表示装置。
3. 前記信号変換部は、
   Ｎ、Ｍ、Ｆ、Ｄを整数としたときに、ビット数Ｎの信号データを逆ガンマ補正および直線補間を行ってＮより大きい（Ｍ＋Ｆ＋Ｄ）ビットのデータに変換するルックアップテーブル部と、
   前記ルックアップテーブル部で処理された（Ｍ＋Ｆ＋Ｄ）ビットのデータを誤差拡散処理により（Ｍ＋Ｆ）ビットのデータに変換する誤差拡散部と
   、前記誤差拡散部で処理された（Ｍ＋Ｆ）ビットのデータをフレームレートコントロールによりＭビットのデータに変換するフレームレートコントロール部と
   を有し、
   前記フレームレートコントロール部で処理されたＭビットのデータを用いて、ステップビットパルスにより全サブフレームを構成することを特徴とする請求項１または２記載の映像表示装置。
   

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