JP4959793B2 - 画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置やエレクトロルミネッセンス表示装置などの画像表示装置に関する。

液晶表示装置などの画像表示装置では、動画を表示したときに、表示輝度が異なる境界部がぼやけて視認されるという問題がある。このような動画表示性能の劣化には、次の２つの要因がある。第１の要因は、表示素子の応答速度が映像の１フレーム期間よりも遅いことにある。このような表示素子の応答速度の不足を補う技術として、オーバーシュート駆動（オーバードライブ駆動とも呼ばれる）が知られている。オーバーシュート駆動とは、映像信号の階調レベルの変化方向（上昇または下降）に応じて、所望の階調レベルを得るための電圧よりも高い電圧または低い電圧を印加することにより、表示素子を強制的に高速駆動する方法である。オーバーシュート駆動については、例えば特許文献１に開示されている。

第２の要因は、映像の１フレーム期間に亘って輝度をほぼ一定に保持するホールド型の表示素子を使用することにある。この点に関し、特許文献２には、ホールド型の表示素子を備えた画像表示装置では、動画を表示したときに、観察者の視線追従によって動画ぼやけが発生することが記載されている。このような動画ぼやけを防止するためには、表示素子のホールド時間を短くすればよく、具体的な方法として、映像の１フレーム期間を短くするフレーム補間駆動や、ＣＲＴのようなインパルス型の発光に近づける時分割階調駆動（擬似インパルス駆動）が知られている。動きベクトルを用いたフレーム補間駆動については、例えば特許文献３に開示されており、時分割階調駆動については、例えば特許文献４に開示されている。

これ以外にも特許文献５には、物体像の動きを補償するフレームを作成し、これをフレーム間に内挿してリフレッシュレートを増加させるフレーム補間駆動とオーバードライブ駆動とを組合せた駆動方式が開示されている。この駆動方式では、フレームコンバータ回路の後段にオーバードライブ補正回路が配置される。フレームコンバータ回路によって観察者の視線追従による動画ぼやけを抑制し、オーバードライブ補正回路によって液晶表示素子の応答速度の不足を補うことにより、動画表示性能を改善することができる。さらに特許文献６にも、フレーム補間駆動とオーバードライブ駆動とを併用する駆動方式が開示されている。
日本国特許第２６５０４７９号公報 日本国特開平９−３２５７１５号公報 日本国特開２００１−４２８３１号公報 日本国特開２００５−１７３５７３号公報 日本国特開２００５−９１４５４号公報 日本国特開２００５−１８９８２０号公報

このように特許文献５や特許文献６にはフレーム補間駆動とオーバーシュート駆動を用いて動画表示性能を改善する方法が開示されているが、これらの方法は時分割階調駆動を行う画像表示装置には適用できない。このため、表示素子の応答速度が遅い画像表示装置について、時分割階調駆動によって観察者の視線追従による動画ぼやけを抑制して動画表示性能を改善しようとすると、画面に擬似輪郭が発生するという問題が新たに生じる。

図３０〜図３２を参照して、擬似輪郭が発生する原因について説明する。時分割階調駆動を行う画像表示装置の例として、映像の１フレーム期間を前半と後半の２つのサブフレームに分け、２つのサブフレームの輝度の時間積分値の和が１フレーム期間の輝度に等しくなるように、輝度を２つのサブフレームに分配する画像表示装置を取りあげる。ただし、輝度は後半サブフレームに優先的に分配され、前半サブフレームに輝度が分配されるのは、後半サブフレームに最大の輝度が分配される場合に限られるとする。

この画像表示装置において、水平方向に隣接する１５個の画素（表示素子）に与えられる映像信号の階調レベルが、図３０に示すように変化する場合を考える。図３０には、前半サブフレームの階調レベルが０で後半サブフレームの階調レベルが２５５である領域と、前半および後半サブフレームの階調レベルがいずれも０である領域とが画面に表示され、２つの領域の境界線が水平右方向に２画素／フレームの速度で移動する場合に、境界線を跨いで水平方向に隣接する１５個の画素に与えられる映像信号の階調レベルの変化が６フレーム期間に亘って示されている。

この場合において、表示素子の応答速度が映像の１サブフレーム期間よりも遅いとすると、図３０に示す注目画素の輝度は、例えば図３１に示すように変化する。なお、図３１に示す輝度は、ホールド表示における階調レベルに換算した値である。注目画素の輝度は、第３フレーム以降、前半サブフレームでは０、後半サブフレームでは２５５となるように制御される。ところが実際には、表示素子の応答速度が１サブフレーム期間よりも遅いために、注目画素の輝度は、第３フレームの前半サブフレームでは０、後半サブフレームでは２３９、第４フレーム以降の前半サブフレームでは１３、後半サブフレームでは２４３にしか到達しない。このため、境界線付近の画素では、前半サブフレームの最小輝度や後半サブフレームの最大輝度が、他の画素と揃わなくなることがある。

観察者は、視線の移動に沿って表示輝度を時間積分しながら、図３１に示す輝度応答波形を示す境界線を視認する。このため観察者には、境界線付近の輝度は図３２に示すように見える。図３２に示すように、輝度の時間積分値は水平表示位置に応じて変化するが、輝度の時間積分値の変化量が小さい箇所（変曲点）があるために、輝度の時間積分値の変化量が大きい箇所が変曲点の前と後に合わせて２カ所現れる。輝度の時間積分値の変化量が大きい箇所は輪郭として認識されるので、この場合、観察者は本来の輪郭と擬似輪郭の２つの輪郭（第１および第２の輪郭）を視認してしまう。

それ故に、本発明は、表示素子の応答速度の不足を補いながら、動画表示性能を改善できる画像表示装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の局面は、映像信号に基づき階調表示を行う画像表示装置であって、
複数の表示素子と、
前記表示素子を駆動する駆動回路と、
フレーム単位で入力された映像信号に基づき、サブフレーム単位の映像信号を求める映像変換回路と、
前記映像変換回路から出力された映像信号に対して、１フレーム期間の輝度を複数のサブフレーム期間に分配するための階調レベル変換を行う時分割階調処理回路と、
前記映像変換回路から出力された映像信号について、連続したサブフレーム間で階調レベルが変化したか否かを画素ごとに検出する階調レベル変化検出回路と、
前記階調レベル変化検出回路で連続したサブフレーム間の階調レベルの変化が検出されなかった画素については、前記時分割階調処理回路から出力された映像信号をそのまま前記駆動回路に対して出力し、前記階調レベル変化検出回路で連続したサブフレーム間の階調レベルの変化が検出された画素については、前記時分割階調処理回路から出力された映像信号に代えて、前記映像変換回路から出力された映像信号に対して、信号の時間的変化を強調しながら１フレーム期間の輝度を複数のサブフレーム期間に分配するための階調レベル変換を施した映像信号を前記駆動回路に対して出力するオーバーシュート処理回路とを備える。

本発明の第２の局面は、本発明の第１の局面において、
前記映像変換回路は、前記フレーム単位で入力された映像信号に対してフレーム単位で補間処理を行うフレーム補間処理回路を含む。

本発明の第３の局面は、本発明の第１の局面において、
前記映像変換回路は、
前記フレーム単位で入力された映像信号に対してフレーム単位で補間処理を行うフレーム補間処理回路と、
前記フレーム補間処理回路から出力された映像信号をフレーム単位で複数回繰り返して出力する所定倍速化処理回路とを含む。

本発明の第４の局面は、本発明の第１〜第３のいずれかの局面において、
前記映像変換回路は、映像信号に対する処理を行う１以上の映像処理回路を含み、
前記映像処理回路および前記時分割階調処理回路は、映像信号に対する処理を行うか否かを制御信号に応じて切り替え、
前記オーバーシュート処理回路は、前記制御信号に応じて異なる階調レベル変換を行うことを特徴とする。

本発明の第５の局面は、本発明の第１の局面において、
前記オーバーシュート処理回路は、１フレーム内の各サブフレームに対して異なる階調レベル変換を行うことを特徴とする。

本発明の第６の局面は、本発明の第５の局面において、
前記階調レベル変化検出回路は、連続したサブフレーム間で階調レベルが所定値以上変化したか否かを画素ごとに示す信号を出力し、
前記オーバーシュート処理回路は、前記階調レベル変化検出回路から出力された信号に従い、出力信号を切り替えることを特徴とする。

本発明の第７の局面は、本発明の第５の局面において、
前記オーバーシュート処理回路は、代表値に対応した変換後の階調レベルを記憶したルックアップテーブルと、前記代表値以外に対応した変換後の階調レベルを補間演算によって算出する演算回路とを含む。

本発明の第８の局面は、本発明の第５の局面において、
前記表示素子に与えられる映像信号の階調レベルが最小値から最大値に変化してから１サブフレーム期間経過後の前記表示素子の輝度を最大到達輝度値とし、前記表示素子に与えられる映像信号の階調レベルが最大値から最小値に変化してから１サブフレーム期間経過後の前記表示素子の輝度を最小到達輝度値としたとき、
前記時分割階調処理回路は、前記映像変換回路から出力された映像信号の階調レベルが前記最小到達輝度値と前記最大到達輝度値との間にある場合には、変換後の階調レベルとして前記最小到達輝度値と前記最大到達輝度値との間にある値を出力することを特徴とする。

本発明の第９の局面は、本発明の第８の局面において、
前記時分割階調処理回路は、前記映像変換回路から出力された映像信号の階調レベルが前記最小到達輝度値よりも小さいか、前記最大到達輝度値よりも大きい場合には、変換後の階調レベルとして変換前の階調レベルを出力することを特徴とする。

本発明の第１０の局面は、本発明の第５の局面において、
前記表示素子の応答速度は１サブフレーム期間よりも遅いことを特徴とする。

本発明の第１１の局面は、本発明の第１０の局面において、
前記表示素子は液晶表示素子であることを特徴とする。

本発明の第１２の局面は、本発明の第１０の局面において、
前記表示素子はエレクトロルミネッセンス素子であることを特徴とする。

本発明の第１の局面によれば、映像変換回路で求めたサブフレーム単位の映像信号に対して時分割階調処理が行われ、サブフレーム間で階調レベルが変化した画素についてはオーバーシュート処理が行われる。したがって、時分割階調駆動によって動画ぼやけを抑制し、オーバーシュート駆動によって表示素子の応答速度の不足を補うことにより、表示素子の応答速度の不足を補いながら、動画表示性能を改善することができる。

本発明の第２の局面によれば、入力映像信号に対してフレーム補間処理を行うことにより、サブフレーム単位の映像信号が求められる。したがって、フレーム補間駆動と時分割階調駆動によって動画ぼやけを抑制し、オーバーシュート駆動によって表示素子の応答速度の不足を補うことにより、表示素子の応答速度の不足を補いながら、動画表示性能を改善することができる。

本発明の第３の局面によれば、入力映像信号に対してフレーム補間処理と所定倍速化処理を行うことにより、サブフレーム単位の映像信号が求められる。したがって、フレーム補間駆動と時分割階調駆動によって動画ぼやけを抑制し、オーバーシュート駆動によって表示素子の応答速度の不足を補うことにより、表示素子の応答速度の不足を補いながら、動画表示性能を改善することができる。

本発明の第４の局面によれば、制御信号を用いて映像処理回路と時分割階調処理回路を選択的に動作させることにより、表示素子の駆動方式を切り替えることができる。また、制御信号に応じて異なる階調レベル変換を行うオーバーシュート処理回路を備えているので、駆動方式ごとにオーバーシュート処理回路を設ける必要がなく、画像表示装置のコストを削減することができる。

本発明の第５の局面によれば、時分割階調駆動によって動画ぼやけを抑制すると共に、サブフレームごとに適正なオーバーシュート駆動を行うことにより、サブフレームごとに表示素子の応答速度の不足を適正に補いながら、動画表示性能を改善することができる。

本発明の第６の局面によれば、連続したサブフレーム間で階調レベルが所定値以上変化した画素に対してのみ、オーバーシュート処理回路による階調レベル変換を行うことにより、ノイズの混入による誤動作を防止することができる。

本発明の第７の局面によれば、代表値に対応した変換後の階調レベルをルックアップテーブルから読み出し、代表値以外に対応した変換後の階調レベルを演算回路による補間演算によって算出することができる。したがって、ルックアップテーブルの記憶容量を削減すると共に、必要に応じてオーバーシュート処理の精度を変更することができる。

本発明の第８の局面によれば、映像変換回路から出力された映像信号の階調レベルが最小到達輝度値と最大到達輝度値との間にある場合には、オーバーシュート処理回路で表示素子の応答速度の不足を補いながらインパルス駆動を行うことにより、２つの輪郭を視認させずに動画表示性能を改善することができる。

本発明の第９の局面によれば、映像変換回路から出力された映像信号の階調レベルが最小到達輝度値と最大到達輝度値との間にない場合でも、２つの輪郭を視認させずに表示素子を駆動することができる。

本発明の第１０の局面によれば、表示素子の応答速度が１サブフレーム期間より遅い場合でも、時分割階調駆動によって動画ぼやけを抑制し、オーバーシュート駆動によって表示素子の応答速度の不足を補うことにより、表示素子の応答速度の不足を補いながら、動画表示性能を改善することができる。

本発明の第１１の局面によれば、表示素子の応答速度の不足を補いながら、動画表示性能を改善できる液晶表示装置を提供することができる。

本発明の第１２の局面によれば、表示素子の応答速度の不足を補いながら、動画表示性能を改善できるエレクトロルミネッセンス表示装置を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置の構成を示すブロック図である。 図１に示す液晶表示装置におけるフレーム補間処理を説明するための図である。 図１に示す液晶表示装置におけるフレーム単位での処理の流れを示す図である。 図１に示す液晶表示装置の表示画面の例を示す図である。 図１に示す液晶表示装置に入力される映像信号の変化の例を示す図である。 図１に示す液晶表示装置のフレーム補間処理回路の出力信号の変化の例を示す図である。 図１に示す液晶表示装置の時分割階調処理回路の出力信号の変化の例を示す図である。 図１に示す液晶表示装置のオーバーシュート処理回路の出力信号の変化の例を示す図である。 図１に示す液晶表示装置のある画素について、映像信号の階調レベルと液晶表示素子の輝度の変化の例を示す図である。 図１に示す液晶表示装置の時分割階調処理回路による階調レベル変換の特性を示す図である。 図１に示す液晶表示装置において、液晶表示素子に与えられる映像信号の階調レベルと液晶表示素子の輝度の変化の例を示す図である。 図１に示す液晶表示装置において、液晶表示素子に与えられる映像信号の階調レベルと液晶表示素子の輝度の変化の別の例を示す図である。 図１に示す液晶表示装置の別の画素について、映像信号の階調レベルと液晶表示素子の輝度の変化の例を示す図である。 図１に示す液晶表示装置のオーバーシュート処理回路による前半フレーム用の階調レベル変換の特性を示す図である。 図１に示す液晶表示装置のオーバーシュート処理回路による後半フレーム用の階調レベル変換の特性を示す図である。 図１に示す液晶表示装置において、観察者から見た境界線付近の輝度の変化を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置の構成を示すブロック図である。 図１７に示す液晶表示装置におけるフレーム単位での処理の流れを示す図である。 図１７に示す液晶表示装置に入力される映像信号の変化の例を示す図である。 図１７に示す液晶表示装置の単純２倍速化処理回路の出力信号の変化の例を示す図である。 図１７に示す液晶表示装置の時分割階調処理回路の出力信号の変化の例を示す図である。 図１７に示す液晶表示装置のオーバーシュート処理回路の出力信号の変化の例を示す図である。 図１７に示す液晶表示装置のある画素について、映像信号の階調レベルと液晶表示素子の輝度の変化の例を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る液晶表示装置の構成を示すブロック図である。 図２４に示す液晶表示装置におけるフレーム単位での処理の流れを示す図である。 図２４に示す液晶表示装置に入力される映像信号の変化の例を示す図である。 図２４に示す液晶表示装置のフレーム補間処理回路の出力信号の変化の例を示す図である。 図２４に示す液晶表示装置のある画素について、映像信号の階調レベルと液晶表示素子の輝度の変化の例を示す図である。 本発明の第４の実施形態に係る液晶表示装置の構成を示すブロック図である。 従来の画像表示装置に入力される映像信号の変化の例を示す図である。 従来の画像表示装置において、表示素子に与えられる映像信号の階調レベルと表示素子の輝度の変化の例を示す図である。 従来の画像表示装置において、観察者から見た境界線付近の輝度の変化を示す図である。

符号の説明

１、２、３、４…液晶表示装置
１１、１２、１３…タイミング制御回路
２０、２５…フレーム補間処理回路
２１、２６、３１、３６、４１、４６、５１、５６…処理部
２２、３２、６２…フレームメモリ
３０、３５…単純２倍速化処理回路
４０、４５…時分割階調処理回路
４２、５２…ＬＵＴ
５０、５５…オーバーシュート処理回路
６０…直前サブフレーム記憶回路
６１…制御部
７０…階調レベル変化検出回路
８０…駆動回路
９０…画素アレイ
９１…液晶表示素子

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置１の構成を示すブロック図である。図１に示す液晶表示装置１は、タイミング制御回路１１、フレーム補間処理回路２０、時分割階調処理回路４０、オーバーシュート処理回路５０、直前サブフレーム記憶回路６０、階調レベル変化検出回路７０、駆動回路８０、および、画素アレイ９０を備えている。液晶表示装置１は、映像信号Ｖ１に対して３つの処理（フレーム補間処理、時分割階調処理およびオーバーシュート処理）を行い、得られた映像信号Ｖ２を用いて階調表示を行う。本実施形態では、フレーム補間処理回路２０が、フレーム単位で入力された映像信号に基づきサブフレーム単位の映像信号を求める映像変換回路に該当する。

液晶表示装置１に供給される入力信号Ｘには、画像データを表す映像信号Ｖ１と表示タイミングを定める同期信号Ｔ０とが含まれている。映像信号Ｖ１はフレーム補間処理回路２０に入力され、同期信号Ｔ０はタイミング制御回路１１に入力される。タイミング制御回路１１は、同期信号Ｔ０に基づき、フレーム補間処理回路２０、時分割階調処理回路４０、オーバーシュート処理回路５０、直前サブフレーム記憶回路６０および階調レベル変化検出回路７０に対する同期信号Ｔ１と、駆動回路８０に対する同期信号Ｔ２とを出力する。画素アレイ９０は、２次元状に配置された複数の液晶表示素子９１を含んでいる。駆動回路８０は、同期信号Ｔ２とオーバーシュート処理回路５０から出力された映像信号Ｖ２とに基づき、液晶表示素子９１を駆動する。これにより、液晶表示装置１は画面を表示する。

以下、映像信号Ｖ１、Ｖ２は０から２５５までの階調レベルを表す８ビットの信号であり、液晶表示素子９１の輝度は階調レベルが０のときに最小、階調レベルが２５５のときに最大になるとする。また、液晶表示装置１では、映像信号Ｖ１のリフレッシュレートは６０Ｈｚであるとする。

フレーム補間処理回路２０は、処理部２１およびフレームメモリ２２を含み、映像信号Ｖ１に対してフレーム単位で補間処理を行う。より詳細には、フレームメモリ２２は少なくとも１フレーム分の映像信号を記憶可能な容量を有し、フレーム補間処理回路２０に入力された映像信号Ｖ１はフレームメモリ２２に書き込まれる。処理部２１は、映像信号Ｖ１を現フレームとし、フレームメモリ２２に記憶された映像信号を前フレームとして、２枚のフレームから動画部分を検出する。次に、処理部２１は、前フレームと現フレームの中間の時刻における動画部分の位置を求め、求めた位置に動画部分を移動させたフレーム（動き補償されたフレーム）を補間フレームとして前フレームと現フレームの間に挿入する。これにより、フレーム補間処理回路２０から出力される映像信号のリフレッシュレートは、映像信号Ｖ１のリフレッシュレートの２倍（１２０Ｈｚ）になる。

図２は、フレーム補間処理回路２０によるフレーム補間処理を説明するための図である。映像信号Ｖ１に（Ｎ−１）フレームと（Ｎ）フレームが連続して含まれているとき、フレーム補間処理回路２０は、以下の処理により、２枚のフレームの中間の時刻におけるフレーム（以下、（Ｎ−０．５）フレームという）を作成する。フレーム補間処理回路２０は、まず、（Ｎ−１）フレームと（Ｎ）フレームから、動画部分（図２では、自動車の画像）を検出する。次に、フレーム補間処理回路２０は、（Ｎ−１）フレームにおける動画部分の位置と（Ｎ）フレームにおける動画部分の位置とに基づき、（Ｎ−０．５）フレームにおける動画部分の位置を求める。次に、フレーム補間処理回路２０は、求めた位置に動画部分を移動させることにより（Ｎ−０．５）フレームを作成する。得られた（Ｎ−０．５）フレームは、（Ｎ−１）フレームと（Ｎ）フレームの間に挿入される。

時分割階調処理回路４０は、処理部４１およびルックアップテーブル（Lookup Table：以下、ＬＵＴという）４２を含み、フレーム補間処理回路２０から出力された映像信号に対して、１フレーム期間の輝度を前半と後半の２つのサブフレーム期間に分配するための階調レベル変換を行う。時分割階調処理回路４０では、前半サブフレームと後半サブフレームの輝度の時間積分値の和が１フレーム期間の輝度に等しくなるように、輝度を２つのサブフレームに分配するための階調レベル変換が行われる。この際、輝度は後半サブフレームに優先的に分配され、前半サブフレームに輝度が分配されるのは、後半サブフレームにある程度大きな輝度が分配される場合に限られる。このように一方のサブフレームに輝度を優先的に分配することにより、擬似的なインパルス駆動を行うことができる。

ＬＵＴ４２は、分配前の階調レベルに対応づけて、前半サブフレーム用の階調レベルと後半サブフレーム用の階調レベルを予め記憶している。前半サブフレーム用の階調レベルと後半サブフレーム用の階調レベルは、上記の条件を満たすように（すなわち、前半サブフレームと後半サブフレームの輝度の時間積分値の和が１フレーム期間の輝度に等しくなり、かつ、後半サブフレームに輝度を優先的に分配するように）決定されている。処理部４１は、フレーム補間処理回路２０から出力された映像信号の階調レベルを分配前の階調レベルとし、この値と前半サブフレームか後半サブフレームかを示す情報とを用いてＬＵＴ４２を参照する。このように処理部４１は、ＬＵＴ４２を用いて、１フレーム期間の輝度を前半と後半の２つのサブフレーム期間に分配するための階調レベル変換を行う。

直前サブフレーム記憶回路６０は、制御部６１およびフレームメモリ６２を含み、フレーム補間処理回路２０から出力された映像信号を１サブフレーム期間遅延させて出力する。フレームメモリ６２は少なくとも１サブフレーム分の映像信号を記憶可能な容量を有し、制御部６１はフレームメモリ６２に対する書き込みと読み出しを制御する。フレーム補間処理回路２０から出力された映像信号は、フレームメモリ６２に書き込まれ、１サブフレーム期間後にフレームメモリ６２から読み出される。以下、直前サブフレーム記憶回路６０から出力される映像信号を「直前サブフレームの映像信号」という。

階調レベル変化検出回路７０は、フレーム補間処理回路２０から出力された映像信号の階調レベルと直前サブフレームの映像信号の階調レベルとを画素ごとに比較し、連続したサブフレーム間で階調レベルが変化したか否かを画素ごとに示す変化検出信号Ｃを出力する。変化検出信号Ｃのビット数は、典型的には、画素アレイ９０内の液晶表示素子９１の個数に等しい。以下、階調レベル変化検出回路７０は閾値を有し、変化検出信号Ｃは、階調レベルの変化量が閾値以上である画素については１、それ以外の画素については０になるとする。

オーバーシュート処理回路５０は、階調レベル変化検出回路７０で階調レベルの変化が検出された画素については、時分割階調処理回路４０から出力された映像信号に代えて、フレーム補間処理回路２０から出力された映像信号に対して、信号の時間的変化を強調しながら１フレーム期間の輝度を複数のサブフレーム期間に分配するための階調レベル変換を施した映像信号を出力する。オーバーシュート処理回路５０から出力された映像信号Ｖ２は、駆動回路８０に供給され、液晶表示素子９１の駆動に用いられる。

オーバーシュート処理回路５０は、処理部５１およびＬＵＴ５２（前半サブフレーム用ＬＵＴと後半サブフレーム用ＬＵＴ）を含んでいる。ＬＵＴ５２は、直前サブフレームの階調レベルと現サブフレームの階調レベルとの組合せ、および、前半サブフレームか後半サブフレームかに対応づけて、変換後の階調レベルを予め記憶している。処理部５１は、変化検出信号Ｃが０である画素については、時分割階調処理回路４０から出力された階調レベルをそのまま出力する。また、処理部５１は、変化検出信号Ｃが１である画素については、フレーム補間処理回路２０から出力された映像信号の階調レベルを現サブフレームの階調レベルとし、この値と直前サブフレームの映像信号の階調レベルを用いてＬＵＴ５２を参照し、ＬＵＴ５２から読み出した階調レベルを出力する。このようにオーバーシュート処理回路５０は、変化検出信号Ｃが１である画素（すなわち、階調レベルが変化した画素）に対してのみ、階調レベル変換を行う。なお、ＬＵＴ４２、５２は、例えばＲＯＭなどを用いて構成される。

図３は、液晶表示装置１におけるフレーム単位での処理の流れを示す図である。映像信号Ｖ１のリフレッシュレートが６０Ｈｚのとき、フレーム補間処理回路２０には１６．６７ｍｓごとにフレームＦ１、Ｆ２、…が入力される。フレーム補間処理回路２０では、フレームＦ１とフレームＦ２に基づき補間フレームＰ１が作成され、フレームＦ１とフレームＦ２の間に挿入される。補間フレームＰ２、Ｐ３、…についても、同様の処理が行われる。これにより、映像信号Ｖ１の２倍のリフレッシュレート（１２０Ｈｚ）を有する映像信号が得られる。

次に、フレームＦ１と補間フレームＰ１を２枚のサブフレームとした新たなフレームＮＦ１が作成される。フレームＮＦ１に含まれる２枚のサブフレームは、時分割階調処理回路４０で前半サブフレームＳ１Ａと後半サブフレームＳ１Ｂに変換される。オーバーシュート処理回路５０では階調レベルが変化した画素に対してのみ階調レベル変換が行われ、これにより、前半サブフレームＳ１Ａは前半サブフレームＳ１Ａ’に、後半サブフレームＳ１Ｂは後半サブフレームＳ１Ｂ’に変換される。同様の方法で、映像信号Ｖ１に含まれるフレームＦ２、Ｆ３、…は、サブフレームＳ２Ａ’、Ｓ２Ｂ’、Ｓ３Ａ’、Ｓ３Ｂ’、…に変換される。

以下、液晶表示装置１における画素単位での階調レベルの変化を説明する。ここでは一例として、図４に示すように、階調レベル１７０の領域と階調レベル０の領域が画面に表示され、２つの領域の境界線が水平右方向に２画素／フレームの速度で移動する場合を考える。また、画面内の縦１画素×横１５画素の領域を「注目ライン」といい、注目ライン内のある画素（左から７番目の画素）を「注目画素」という。

図５〜図８は、それぞれ、注目ライン内の画素について、映像信号Ｖ１、フレーム補間処理回路２０の出力信号、時分割階調処理回路４０の出力信号、および、映像信号Ｖ２の変化の例を６フレーム期間に亘って示す図である。図５〜図８において、横軸は画素の水平表示位置を表し、縦軸はフレーム期間あるいはサブフレーム期間を単位とした時間を表す。図９は、注目画素について、映像信号の階調レベルと液晶表示素子９１の輝度の変化を６フレーム期間に亘って示す図である。なお、図９に示す輝度は、ホールド表示における階調レベルに換算した値である（以下の図面でも同じ）。

フレーム補間処理回路２０によるフレーム補間処理では、動き補償されたフレームが作成され、前フレームと現フレームの間に挿入される。注目画素の入力階調レベルが、図５に示すように、６０Ｈｚのレートで０、０、１７０、１７０、１６８、１７０の順に変化したとき、フレーム補間処理後の階調レベルは、図６に示すように、１２０Ｈｚのレートで０、０、０、０、１７０、１７０、１７０、１７０、１６８、１６８、１７０、１７０の順に変化する。

図９には、階調レベル変化検出回路７０による階調レベル変化検出結果も記載されている。ここでは、ノイズの混入などによる誤動作を防止するために、階調レベル変化検出回路７０は、閾値を４とし、階調レベルが±４階調以上変化したときには「変化あり」、階調レベルが±４階調未満しか変化しないときには「変化なし」と判定する。例えば図９に示す例では、第２フレームの後半サブフレームの階調レベルは０、第３フレームの前半サブフレームの階調レベルは１７０である。このとき、階調レベルの変化量は１７０であるので、変化ありと判定される。一方、第４フレームの後半サブフレームの階調レベルは１７０、第５フレームの前半サブフレームの階調レベルは１６８である。このとき、階調レベルの変化量は−２であるので、変化なしと判定される。

時分割階調処理回路４０は、前半サブフレームと後半サブフレームに対して、異なる階調レベル変換を行う。このため一般には、変換後の階調レベルは、前半サブフレームと後半サブフレームとで異なる。例えば図９に示す例では、入力階調レベルが０のときには、前半サブフレームでも後半サブフレームでも変換後の階調レベルは０となるが、入力階調レベルが１７０のときには、変換後の階調レベルは前半サブフレームでは１３、後半サブフレームでは２３９となる。

なお、時分割階調駆動を行うときには、輝度をできるだけ多く後半サブフレームに分配することが望ましいことから、前半サブフレームに輝度を分配するのを、後半サブフレームに最大の輝度を分配する場合に限ることがある。ところが、時分割階調処理回路４０では、後半サブフレームに最大の輝度を分配しない場合でも、前半サブフレームに輝度が分配されている。例えば図９に示す例では、入力階調レベルが１７０のときには、変換後の階調レベルは、前半サブフレームでは１３であり（最小値０ではない）、後半サブフレームでは２３９である（最大値２５５ではない）。時分割階調処理回路４０がこのような階調レベル変換を行う理由については後述する。

オーバーシュート処理回路５０は、変化検出信号Ｃに従い、信号の時間的変化を強調するための階調レベル変換を行うか否かを切り替える。図９に示す例では、第２フレームの後半サブフレームから第３フレームの前半サブフレームに移るときには変化ありと判定され、第３フレームの前半サブフレームの出力階調レベルはＬＵＴ５２から読み出された値１２７となる。これに対して、それ以外のときには変化なしと判定され、時分割階調処理回路４０から出力された階調レベルがそのまま出力される。このような階調レベル変換を行うことにより、液晶表示素子９１の応答速度の不足を補うことができる。

以下、具体例を挙げて、時分割階調処理回路４０の詳細を説明する。図１０は、時分割階調処理回路４０による階調レベル変換の特性を示す図である。図１０において、横軸は変換前の階調レベルを表し、縦軸は変換後の階調レベルを表す。図１０には、前半サブフレームについての変換後の階調レベルが一点鎖線で、後半サブフレームについての変換後の階調レベルが破線で示されている。

図１０に示すように、変換前の階調レベルが１３以下または２３９以上のときには、変換後の階調レベルは、前半サブフレームでも後半サブフレームでも変換前の階調レベルと同じになる。また、変換前の階調レベルが１４以上１７０未満のときには、変換後の階調レベルは、前半サブフレームでは１３となり、後半サブフレームでは変換前の階調レベルに応じた値となる。また、変換前の階調レベルが１７０以上２３９未満のときには、変換後の階調レベルは、後半サブフレームでは２３９となり、前半サブフレームでは変換前の階調レベルに応じた値となる。

時分割階調処理回路４０における変換後の階調レベルは、例えば、以下の方法で決定される。図１１および図１２は、映像信号Ｖ２の階調レベルと液晶表示素子９１の輝度の変化を示す図である。映像信号Ｖ２のリフレッシュレートは１２０Ｈｚであり、液晶表示素子９１の応答速度はサブフレーム期間（８．３ｍｓ）よりも遅いものとする。

図１１において、サブフレームＡでは映像信号Ｖ２の階調レベルは最小値０から最大値２５５に変化するが、サブフレームＡ終了時の液晶表示素子９１の輝度は、最大値２５５には到達せず、それよりも小さい値２３９にしか到達しない。また、サブフレームＢでは映像信号Ｖ２の階調レベルは最大値２５５から最小値０に変化するが、サブフレームＢ終了時の液晶表示素子９１の輝度は、最小値０には到達せず、それよりも大きい値１３にしか到達しない。

このように表示素子に与えられる映像信号の階調レベルが最小値から最大値に変化してから１サブフレーム期間経過後の表示素子の輝度を「最大到達輝度値」といい、表示素子に与えられる映像信号の階調レベルが最大値から最小値に変化してから１サブフレーム期間経過後の表示素子の輝度を「最小到達輝度値」という。図１１に示す例では、最大到達輝度値は２３９、最小到達輝度値は１３となる。

応答速度が１サブフレーム期間よりも遅い表示素子を用いた画像表示装置では、階調レベルが変化するときの階調レベル境界部の見え方は、ホールド駆動を行う場合とインパルス駆動を行う場合とで異なる。ホールド駆動を行う画像表示装置では階調レベル境界部がぼやけて見えるのに対して、インパルス駆動を行う画像表示装置では階調レベル境界部に本来の輪郭と擬似輪郭の２つの輪郭が見える（図３２を参照）。どちらも境界部の見え方として好ましいものではないが、観察者には前者よりも後者のほうが表示品位がより劣るように感じられる。

そこで、液晶表示装置１ではインパルス駆動によって動画表示性能を改善しながら、インパルス駆動によって２つの輪郭が見えることを防止するために、時分割階調処理回路４０は、オーバーシュート処理で応答を改善できるときにはインパルス駆動となり、オーバーシュート処理で応答を改善できないときにはホールド駆動となるように、輝度を前半サブフレームと後半サブフレームに分配する。

以下、具体例を挙げて説明する。液晶表示素子９１の輝度は、図１１の期間Ｔ１のように、出力階調レベルが０から２５５に変化したときに最大到達輝度値２３９に到達し、図１２の期間Ｔ２のように、出力階調レベルが２５５から０に変化したときに最小到達輝度値１３に到達する。このことから、オーバーシュート処理で応答を改善できる出力階調レベルの上限は２３９、下限は１３であることが分かる。そこで、前半サブフレームと後半サブフレームで輝度の差が最大になるのは、図９の第４フレーム以降のように、前半サブフレームの出力階調レベルが１３で、後半サブフレームの出力階調レベルが２３９のときであるとする。

１４以上２３８以下の出力階調レベルについては、オーバーシュート処理で応答を改善できるので、時分割階調処理回路４０は、前半サブフレームと後半サブフレームに異なる輝度を分配してインパルス駆動を行う。これに対して、１３以下または２３９以上の出力階調レベルについては、オーバーシュート処理では応答を改善できないので、時分割階調処理回路４０は、前半サブフレームと後半サブフレームに同じ輝度を分配してホールド駆動を行う。これにより、インパルス駆動によって動画表示性能を改善しながら、インパルス駆動によって２つの輪郭が見えることを防止することができる。

なお、以上の説明では、時分割階調処理回路４０は、２つの輪郭が見えることをオーバーシュート処理で防止することに重点を置いて輝度を分配することとしたが、インパルス駆動で動画表示性能を改善することに重点を置いて輝度を分配してもよい。動画表示性能を改善することに重点を置く場合には、時分割階調処理回路４０は、例えば１以上２５４以下の出力階調レベルについて、前半サブフレームと後半サブフレームに異なる輝度を分配してインパルス駆動を行ってもよい。また、時分割階調処理回路４０は、前半サブフレームと後半サブフレームで異なる輝度を分配する出力階調レベルの範囲を適宜変更してもよい。

オーバーシュート処理回路５０における変換後の階調レベルは、例えば、次のような方法で決定される。オーバーシュート処理回路５０は、前半サブフレームか後半サブフレームかに応じて変換後の階調レベルを切り替える。オーバーシュート処理回路５０は、注目画素に対しては第３フレームの前半サブフレームでオーバーシュート処理を施し（図９を参照）、注目画素の右隣の画素に対しては第３フレームの後半サブフレームでオーバーシュート処理を施す（図１３を参照）。

図９を参照して、前半サブフレームについて変換後の階調レベルを決定する方法を説明する。図９では、第３フレームの前半サブフレームにおいて、変化ありと判定され、時分割階調処理後の階調レベルは１３となる。このときに２つの輪郭が見えることを防止するためは、第３フレームの前半サブフレームの輝度を次の第４フレームの前半サブフレームの輝度と一致させればよく、このためには、第３フレームの前半サブフレームで輝度が最小到達輝度値１３に到達するように、変換後の階調レベルを決定すればよい。この結果、直前サブフレームの階調レベルが０、現サブフレームの階調レベルが１７０、現サブフレームが前半サブフレームのときの変換後の階調レベルは１２７に決定される。

同様に図１３を参照して、後半サブフレームについて変換後の階調レベルを決定する方法を説明する。図１３では、第３フレームの後半サブフレームにおいて、変化ありと判定され、時分割階調処理後の階調レベルは２３９となる。このときに２つの輪郭が見えることを防止するためには、第３フレームの後半サブフレームの輝度を次の第４フレームの後半サブフレームの輝度と一致させればよく、このためには、第３フレームの後半サブフレームで輝度が最大到達輝度値２３９に到達するように、変換後の階調レベルを決定すればよい。この結果、直前サブフレームの階調レベルが０、現サブフレームの階調レベルが１７０、現サブフレームが後半サブフレームのときの変換後の階調レベルは２４５に決定される。

前半サブフレームと後半サブフレームで異なる階調レベルを求めるために、オーバーシュート処理回路５０は、ＬＵＴ５２として、前半サブフレーム用ＬＵＴと後半サブフレーム用ＬＵＴを含んでいる。処理部５１は、前半サブフレームを処理するときには前半サブフレーム用ＬＵＴを、後半サブフレームを処理するときには後半サブフレーム用ＬＵＴを選択し、選択したＬＵＴから現サブフレームの階調レベルと直前サブフレームの階調レベルに対応した階調レベルを読み出す。

図１４および図１５は、オーバーシュート処理回路５０による階調レベル変換の特性を示す図である。図１４は前半サブフレーム用の特性を示し、図１５は後半サブフレーム用の特性を示す。図１４および図１５には、変換前の階調レベルを横軸とし、変換後の階調レベルを縦軸として、直前サブフレームの階調レベルＰに対応して複数のグラフが記載されている。２枚の図面から明らかなように、オーバーシュート処理回路５０による階調レベル変換の特性は、前半サブフレームと後半サブフレームで異なる。このようにオーバーシュート処理回路５０は、１フレーム内の各サブフレームに対して異なる階調レベル変換を行う。

オーバーシュート処理回路５０は、図１４および図１５に示す特性の階調レベル変換を行う限り、任意に構成してよい。例えば、ＬＵＴ５２は、現サブフレームのすべての階調レベルと直前サブフレームのすべての階調レベルとの組合せに対応して変換後の階調レベルを記憶し、処理部５１はＬＵＴ５２に記憶された変換後の階調レベルを読み出すこととしてもよい（第１の構成）。あるいは、ＬＵＴ５２の回路規模を削減するために、ＬＵＴ５２は、現サブフレームの階調レベルの代表値と直前サブフレームの階調レベルの代表値との組合せに対応して変換後の階調レベルを記憶し、ＬＵＴ５２に記憶されていない階調レベルの組合せに対応した変換後の階調レベルは、処理部５１が線形補間演算などにより求めることとしてもよい（第２の構成）。あるいは、オーバーシュート処理回路５０はＬＵＴ５２を含まず、処理部５１が現サブフレームの階調レベルと直前サブフレームの階調レベルとに基づき、演算処理により変換後の階調レベルを求めることとしてもよい（第３の構成）。

上記第１の構成によれば、すべての入力階調レベルに対して最適なオーバーシュート量を自由に設定することができる。上記第２の構成によれば、ＲＯＭなどの記憶回路を多量に設ける必要がなく、画像表示装置のコストを削減することができる。上記第３の構成によれば、少量の記憶回路を設けるだけで適正なオーバーシュート量を設定することができる。

上記第２の構成の具体例を説明する。フレーム補間処理回路２０から出力される映像信号の階調レベルが０から２５５までの範囲で変化するときに、現サブフレームの階調レベルの代表値を０、４２、１０６、１７０、２５５とし、直前サブフレームの階調レベルの代表値にも同じ値を用いる。この場合、ＬＵＴ５２は、前半サブフレーム用と後半サブフレーム用にそれぞれ５×５＝２５個の変換後の階調レベルを記憶する。なお、回路規模や演算精度を考慮して、代表値の個数を５個よりも多くしても、少なくしてもよい。

階調レベルの代表値を選択するときには、その値未満では前半サブフレームの変換後の階調レベルが一定で、後半サブフレームの変換後の階調レベルが可変となり、その値を超えると後半サブフレームの変換後の階調レベルが一定で、前半サブフレームの変換後の階調レベルが可変となる階調レベル（以下、境界レベルという。図１０に示す例では１７０）を、代表値に含めることが好ましい。これにより、図１４および図１５に示すように、オーバーシュート処理回路５０による階調レベル変換の特性が境界レベルで不連続に変化するときでも、境界レベル近傍の階調レベルについて演算で階調レベル変換を行うときに生じる誤差を小さくし、液晶表示素子９１の応答速度の不足を適正に補いながら、動画表示性能を改善することができる。

このように構成された時分割階調処理回路４０とオーバーシュート処理回路５０を用いた場合、図９および図１３に示すように、境界線付近の画素の前半サブフレームの最小輝度や後半サブフレームの最大輝度は他の画素の輝度と揃う。観察者は、視線の移動に沿って表示輝度を時間積分しながら、図９および図１３に示す輝度応答波形を示す境界線を視認する。このため観察者には、境界線付近の輝度は図１６に示すように見える。図１６に示すように、輝度の時間積分値は水平表示位置に応じて変化するが、従来の画像表示装置とは異なり（図３２を参照）、輝度の時間積分値の変化量が小さい箇所（変曲点）がなく、輝度の時間積分値の変化量が大きい箇所は１カ所しかない。輝度の時間積分値の変化量が大きい箇所は輪郭として認識されるので、この場合、観察者は輪郭を１つだけ視認する。このように液晶表示装置１によれば、本来の輪郭とは異なる擬似輪郭の発生を抑制することができる。

以上に示すように、本実施形態に係る液晶表示装置１では、フレーム補間駆動と時分割階調駆動が行われ、連続したサブフレーム間で階調レベルが変化した画素についてはオーバーシュート駆動が行われる。フレーム補間駆動と時分割階調駆動によれば動画ぼやけを抑制でき、オーバーシュート駆動によれば液晶表示素子９１の応答速度の不足を補える。したがって、液晶表示装置１によれば、表示素子の応答速度の不足を補いながら、動画表示性能を改善することができる。

（第２の実施形態）
図１７は、本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置２の構成を示すブロック図である。図１７に示す液晶表示装置２は、タイミング制御回路１２、単純２倍速化処理回路３０、時分割階調処理回路４０、オーバーシュート処理回路５０、直前サブフレーム記憶回路６０、階調レベル変化検出回路７０、駆動回路８０、および、画素アレイ９０を備えている。液晶表示装置２は、映像信号Ｖ１に対して３つの処理（単純２倍速化処理、時分割階調処理およびオーバーシュート処理）を行い、得られた映像信号Ｖ２を用いて階調表示を行う。本実施形態では、単純２倍速化処理回路３０が、フレーム単位で入力された映像信号に基づきサブフレーム単位の映像信号を求める映像変換回路に該当する。なお、以下に示す各実施形態では、各実施形態の構成要素のうち、既に述べた実施形態と同一の要素については、同一の参照符号を付して、説明を省略する。

液晶表示装置２に供給される入力信号Ｘには、映像信号Ｖ１と同期信号Ｔ０が含まれている。映像信号Ｖ１は単純２倍速化処理回路３０に入力され、同期信号Ｔ０はタイミング制御回路１２に入力される。なお、液晶表示装置２では、映像信号Ｖ１のリフレッシュレートは６０Ｈｚであるとする。タイミング制御回路１２は、同期信号Ｔ０に基づき、単純２倍速化処理回路３０、時分割階調処理回路４０、オーバーシュート処理回路５０、直前サブフレーム記憶回路６０および階調レベル変化検出回路７０に対する同期信号Ｔ１と、駆動回路８０に対する同期信号Ｔ２とを出力する。

単純２倍速化処理回路３０は、処理部３１およびフレームメモリ３２を含み、映像信号Ｖ１をフレーム単位で２倍の速度で２回繰り返して出力する（以下、この処理を「単純２倍速化処理」という）。より詳細には、フレームメモリ３２は少なくとも１フレーム分の映像信号を記憶可能な容量を有し、単純２倍速化処理回路３０に入力された映像信号Ｖ１はフレームメモリ３２に書き込まれる。処理部３１は、フレームメモリ３２に書き込まれた映像信号をフレーム単位で書き込み時の２倍の速度で２回繰り返して読み出す。これにより、単純２倍速化処理回路３０から出力される映像信号のリフレッシュレートは、映像信号Ｖ１のリフレッシュレートの２倍（１２０Ｈｚ）になる。単純２倍速化処理回路３０から出力された映像信号に対しては、第１の実施形態と同様に、時分割階調処理およびオーバーシュート処理が行われる。

図１８は、液晶表示装置２におけるフレーム単位での処理の流れを示す図である。映像信号Ｖ１のリフレッシュレートが６０Ｈｚのとき、単純２倍速化処理回路３０には１６．６７ｍｓごとにフレームＦ１、Ｆ２、…が入力される。フレームＦ１は、単純２倍速化処理回路３０で単純２倍速化され、同じ内容の２枚のサブフレームからなる新たなフレームＮＦ１となる。以降の処理（時分割階調処理およびオーバーシュート処理）は第１の実施形態と同じであるので、ここでは説明を省略する。

第１の実施形態と同じく、図４に示す例について、液晶表示装置２における画素単位での階調レベルの変化を説明する。図１９〜図２２は、それぞれ、注目ライン内の画素について、映像信号Ｖ１、単純２倍速化処理回路３０の出力信号、時分割階調処理回路４０の出力信号、および、映像信号Ｖ２の変化を６フレーム期間に亘って示す図である。図２３は、注目画素について、映像信号の階調レベルと液晶表示素子９１の輝度の変化を６フレーム期間に亘って示す図である。

単純２倍速化処理回路３０による単純２倍速化処理では、前半サブフレームと後半サブフレームで同じ階調レベルが出力される。入力階調レベルが、図１９に示すように、６０Ｈｚのレートで０、０、１７０、１７０、１７０、１７０の順に変化したとき、単純２倍速化処理後の階調レベルは、図２０に示すように、１２０Ｈｚのレートで０、０、０、０、１７０、１７０、…の順に変化する。単純２倍速化処理以降の処理は第１の実施形態とほぼ同じであるので、ここでは第１の実施形態との相違点のみを説明をする。

図２０に示すように、単純２倍速化処理後の階調レベルは、前半サブフレームと後半サブフレームで等しい。このため、階調レベル変化検出回路７０は、前半サブフレームについては変化あり、あるいは、変化なしと判定するが、後半サブフレームについては必ず変化なしと判定する。したがって、オーバーシュート処理回路５０は、前半サブフレームの階調レベルに対してオーバーシュート処理を行うことがあるが、後半サブフレームの階調レベルに対してオーバーシュート処理を行わない。このため、オーバーシュート処理回路５０は、ＬＵＴ５２として前半サブフレーム用のＬＵＴだけを含んでいればよく、後半サブフレーム用ＬＵＴは不要となる。

このようにフレーム補間処理回路２０に代えて単純２倍速化処理回路３０を用いた場合でも、図２３に示すように、液晶表示装置２における注目画素の輝度は、第１の実施形態と同様に、境界線付近の画素の前半サブフレームの最小輝度や後半サブフレームの最大輝度が他の画素の輝度と揃う。したがって、第１の実施形態と同じ理由により、本来の輪郭とは異なる擬似輪郭の発生を抑制することができる。

以上に示すように、本実施形態に係る液晶表示装置２では、単純２倍速化処理と時分割階調駆動が行われ、連続したサブフレーム間で階調レベルが変化した画素に対してはオーバーシュート駆動が行われる。時分割階調駆動によれば動画ぼやけを抑制でき、オーバーシュート駆動によれば液晶表示素子９１の応答速度の不足を補える。したがって、液晶表示装置２によれば、表示素子の応答速度の不足を補いながら、動画表示性能を改善することができる。

（第３の実施形態）
図２４は、本発明の第３の実施形態に係る液晶表示装置３の構成を示すブロック図である。図２４に示す液晶表示装置３は、タイミング制御回路１３、フレーム補間処理回路２０、単純２倍速化処理回路３０、時分割階調処理回路４０、オーバーシュート処理回路５０、直前サブフレーム記憶回路６０、階調レベル変化検出回路７０、駆動回路８０、および、画素アレイ９０を備えている。液晶表示装置３は、映像信号Ｖ１に対して４つの処理（フレーム補間処理、単純２倍速化処理、時分割階調処理およびオーバーシュート処理）を行い、得られた映像信号Ｖ２を用いて階調表示を行う。本実施形態では、フレーム補間処理回路２０および単純２倍速化処理回路３０が、フレーム単位で入力された映像信号に基づきサブフレーム単位の映像信号を求める映像変換回路に該当する。

液晶表示装置３に供給される入力信号Ｘには、映像信号Ｖ１と同期信号Ｔ０が含まれている。映像信号Ｖ１はフレーム補間処理回路２０に入力され、同期信号Ｔ０はタイミング制御回路１３に入力される。なお、液晶表示装置３では、映像信号Ｖ１のリフレッシュレートは５０Ｈｚであるとする。タイミング制御回路１３は、同期信号Ｔ０に基づき、フレーム補間処理回路２０、単純２倍速化処理回路３０、時分割階調処理回路４０、オーバーシュート処理回路５０、直前サブフレーム記憶回路６０および階調レベル変化検出回路７０に対する同期信号Ｔ１と、駆動回路８０に対する同期信号Ｔ２とを出力する。

図２５は、液晶表示装置３におけるフレーム単位での処理の流れを示す図である。映像信号Ｖ１のリフレッシュレートが５０Ｈｚのとき、フレーム補間処理回路２０には２０ｍｓごとにフレームＦ１、Ｆ２、…が入力される。フレーム補間処理回路２０では、補間フレームＰ１が作成され、フレームＦ１とフレームＦ２の間に挿入される。補間フレームＰ２、Ｐ３、…についても、同様の処理が行われる。これにより、映像信号Ｖ１の２倍のリフレッシュレート（１００Ｈｚ）を有する映像信号が得られる。フレーム補間処理回路２０から出力された映像信号に対しては、第２の実施形態と同様に、単純２倍速化処理、時分割階調処理およびオーバーシュート処理が行われる。

第１の実施形態と同じく、図４に示す例について、液晶表示装置３における画素単位での階調レベルの変化を説明する。ただし、本実施形態では、２つの領域の境界線は水平右方向に４画素／フレームの速度で移動するものとする。図２６および図２７は、それぞれ、注目ライン内の画素について、映像信号Ｖ１、および、フレーム補間処理回路２０の出力信号の変化を３フレーム期間に亘って示す図である。フレーム補間処理回路２０によるフレーム補間処理では、動き補償されたフレームが作成され、前フレームと現フレームの間に挿入される。注目画素の入力階調レベルが、図２６に示すように、５０Ｈｚのレートで０、１７０、１７０の順に変化したとき、フレーム補間処理後の階調レベルは、図２７に示すように、１００Ｈｚのレートで０、０、１７０、１７０、１７０、１７０の順に変化する。

図２７のフレーム補間処理後の１フレーム期間を図１９の１フレーム期間とみなせば、図２７は図１９と同じである。したがって、液晶表示装置３について単純２倍速化処理回路３０の出力信号、時分割階調処理回路４０の出力信号、および、映像信号Ｖ２の変化を３フレーム期間に亘って示すと、図２０〜図２２と同じになる。図２８は、注目画素について、映像信号の階調レベルと液晶表示素子９１の輝度の変化を３フレーム期間に亘って示す図である。

このようにフレーム補間処理回路２０と単純２倍速化処理回路３０を用いた場合でも、図２８に示すように、液晶表示装置３における注目画素の輝度は、第１の実施形態と同様に、境界線付近の画素の前半サブフレームの最小輝度や後半サブフレームの最大輝度が他の画素の輝度と揃う。したがって、第１の実施形態と同じ理由により、本来の輪郭とは異なる擬似輪郭の発生を抑制することができる。

以上に示すように、本実施形態に係る液晶表示装置３では、フレーム補間駆動、単純２倍速化処理および時分割階調駆動が行われ、サブフレーム間で階調レベルが変化した画素に対してはオーバーシュート駆動が行われる。フレーム補間駆動および時分割階調駆動によれば動画ぼやけを抑制でき、オーバーシュート駆動によれば液晶表示素子９１の応答速度の不足を補える。したがって、液晶表示装置３によれば、表示素子の応答速度の不足を補いながら、動画表示性能を改善することができる。

（第４の実施形態）
図２９は、本発明の第４の実施形態に係る液晶表示装置４の構成を示すブロック図である。図２９に示す液晶表示装置４は、タイミング制御回路１３、フレーム補間処理回路２５、単純２倍速化処理回路３５、時分割階調処理回路４５、オーバーシュート処理回路５５、直前サブフレーム記憶回路６０、階調レベル変化検出回路７０、駆動回路８０、および、画素アレイ９０を備えている。液晶表示装置４は、映像信号Ｖ１に対して３つの処理（フレーム補間処理、単純２倍速化処理および時分割階調処理）の中から選択した処理とオーバーシュート処理とを行い、得られた映像信号Ｖ２を用いて画面を表示する。本実施形態では、フレーム補間処理回路２５および単純２倍速化処理回路３５が、フレーム単位で入力された映像信号に基づきサブフレーム単位の映像信号を求める映像変換回路に該当する。

液晶表示装置４には、映像信号Ｖ１と同期信号Ｔ０を含む入力信号Ｘに加えて、方式切り替え信号Ｍが与えられる。方式切り替え信号Ｍは、映像信号に対して、上記３つの処理を行うか否かを独立して切り替えるための制御信号である。なお、液晶表示装置４では、映像信号Ｖ１のリフレッシュレートは６０Ｈｚであるとする。

フレーム補間処理回路２５は、処理部２６およびフレームメモリ２２を含んでいる。処理部２６は、第１の実施形態に係る処理部２１に対して、方式切り換え信号Ｍに応じてフレーム補間処理を行うか否かを切り替える機能を追加したものである。単純２倍速化処理回路３５は、処理部３６およびフレームメモリ３２を含んでいる。処理部３６は、第２の実施形態に係る処理部３１に対して、方式切り換え信号Ｍに応じて単純２倍速化処理を行うか否かを切り替える機能を追加したものである。時分割階調処理回路４５は、処理部４６およびＬＵＴ４２を含んでいる。処理部４６は、第１の実施形態に係る処理部４１に対して、方式切り換え信号Ｍに応じて時分割階調処理を行うか否かを切り替える機能を追加したものである。処理部２６、３６、４６は、映像信号に対する処理を行わないときには、入力された映像信号をそのまま出力する。

オーバーシュート処理回路５５は、処理部５６および複数のＬＵＴ５２を含んでいる。処理部５６は、第１の実施形態に係る処理部５１に対して、方式切り替え信号Ｍに応じて複数のＬＵＴ５２の中から階調レベル変換に使用するＬＵＴ５２を選択する機能を追加したものである。

フレーム補間処理回路２５、単純２倍速化処理回路３５、および、時分割階調処理回路４５は、方式切り替え信号Ｍに応じて映像信号に対する処理を行うか否かを切り替え、オーバーシュート処理回路５５は、方式切り替え信号Ｍに応じて階調レベル変換の内容を切り替える。

例えば、方式切り替え信号Ｍが第１の値をとるとき、フレーム補間処理回路２５と時分割階調処理回路４５は処理を行うが、単純２倍速化処理回路３５は処理を行わないとする。このとき液晶表示装置４は、第１の実施形態に係る液晶表示装置１と同じ動作を行う。また、方式切り替え信号Ｍが第２の値をとるとき、単純２倍速化処理回路３５と時分割階調処理回路４５は処理を行うが、フレーム補間処理回路２５は処理を行わないとする。このとき液晶表示装置４は、第２の実施形態に係る液晶表示装置２と同じ動作を行う。また、方式切り替え信号Ｍが第３の値をとるとき、フレーム補間処理回路２５、単純２倍速化処理回路３５、および、時分割階調処理回路４５は処理を行うとする。このとき液晶表示装置４は、第３の実施形態に係る液晶表示装置３と同じ動作を行う。また、方式切り替え信号Ｍが第４の値をとるとき、フレーム補間処理回路２５は処理を行うが、単純２倍速化処理回路３５と時分割階調処理回路４５は処理を行わないとする。このとき、液晶表示装置４は、フレーム補間駆動とオーバーシュート駆動を行う。

以上に示すように、本実施形態に係る液晶表示装置４では、制御信号に応じて、映像信号に対する処理のそれぞれを行うか否かと、オーバーシュート処理回路５５における階調レベル変換の内容とが切り替えられる。したがって、制御信号を用いて、表示素子の駆動方式を切り替えることができる。また、制御信号に応じて異なる階調レベル変換を行うオーバーシュート処理回路５５を備えているので、駆動方式ごとにオーバーシュート処理回路を設ける必要がなく、画像表示装置のコストを削減することができる。

なお、第１〜第４の実施形態に係る液晶表示装置は、映像信号のリフレッシュレートを２倍にする単純２倍速化処理回路とフレーム補間処理回路を備えることとしたが、これに代えて、映像信号のリフレッシュレートをＭ倍にする単純Ｍ倍速化処理回路（所定倍速化処理回路）や、映像信号のリフレッシュレートをＮ倍にするフレーム補間処理回路を備えていてもよい。

また、フレーム補間処理回路と単純Ｍ倍速化処理回路と直前サブフレーム記憶回路は、別個のフレームメモリを含んでいてもよく、１個のフレームメモリを共有してもよい。また、フレーム補間処理回路は、前フレームと後フレームに基づき動きベクトルを求め、求めた動きベクトルを用いて補間フレームを作成してもよく、これ以外の任意の方法で補間フレームを作成してもよい。

また、液晶表示装置の表示モードは、ＶＡ（Vertically Aligned）方式でも、ＩＰＳ（In Plane Switching）方式でも、ＯＣＢ（Optically Compensated Birefringence ）方式でも、ＴＮ（Twisted Nematic ）方式でもよく、それ以外の方式でもよい。また、表示素子としてエレクトロルミネッセンス素子を用いることにより、エレクトロルミネッセンス表示装置を構成してもよい。

これらの液晶表示装置および画像表示装置についても、第１〜第４の実施形態に係る液晶表示装置と同様に、表示素子の応答速度の不足を補いながら、動画表示性能を改善することができる。

また、上述した画像表示装置と、外部から与えられた映像信号を画像表示装置に出力する信号入力部とを組み合わせることにより、パーソナルコンピュータなどに使用される画像表示モニター（例えば、液晶モニター）を構成することができ、上述した画像表示装置と、テレビジョン放送信号のチャネルを選択し、選択したチャネルのテレビジョン画像信号を画像表示装置に出力するチューナ部とを組み合わせることにより、テレビジョン受像機（例えば、液晶テレビジョン受像機）を構成することができる。これにより、表示素子の応答速度の不足を補いながら、動画表示性能を改善できる画像表示モニターやテレビジョン受像機を提供することができる。

本発明の画像表示装置は、表示素子の応答速度の不足を補いながら動画表示性能を改善できるので、液晶表示装置やエレクトロルミネッセンス表示装置など、各種の画像表示装置に利用することができる。

Claims (12)

1. 映像信号に基づき階調表示を行う画像表示装置であって、
   複数の表示素子と、
   前記表示素子を駆動する駆動回路と、
   フレーム単位で入力された映像信号に基づき、サブフレーム単位の映像信号を求める映像変換回路と、
   前記映像変換回路から出力された映像信号に対して、１フレーム期間の輝度を複数のサブフレーム期間に分配するための階調レベル変換を行う時分割階調処理回路と、
   前記映像変換回路から出力された映像信号について、連続したサブフレーム間で階調レベルが変化したか否かを画素ごとに検出する階調レベル変化検出回路と、
   前記階調レベル変化検出回路で連続したサブフレーム間の階調レベルの変化が検出されなかった画素については、前記時分割階調処理回路から出力された映像信号をそのまま前記駆動回路に対して出力し、前記階調レベル変化検出回路で連続したサブフレーム間の階調レベルの変化が検出された画素については、前記時分割階調処理回路から出力された映像信号に代えて、前記映像変換回路から出力された映像信号に対して、信号の時間的変化を強調しながら１フレーム期間の輝度を複数のサブフレーム期間に分配するための階調レベル変換を施した映像信号を前記駆動回路に対して出力するオーバーシュート処理回路とを備えた、画像表示装置。
2. 前記映像変換回路は、前記フレーム単位で入力された映像信号に対してフレーム単位で補間処理を行うフレーム補間処理回路を含む、請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記映像変換回路は、
   前記フレーム単位で入力された映像信号に対してフレーム単位で補間処理を行うフレーム補間処理回路と、
   前記フレーム補間処理回路から出力された映像信号をフレーム単位で複数回繰り返して出力する所定倍速化処理回路とを含む、請求項１に記載の画像表示装置。
4. 前記映像変換回路は、映像信号に対する処理を行う１以上の映像処理回路を含み、
   前記映像処理回路および前記時分割階調処理回路は、映像信号に対する処理を行うか否かを制御信号に応じて切り替え、
   前記オーバーシュート処理回路は、前記制御信号に応じて異なる階調レベル変換を行うことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の画像表示装置。
5. 前記オーバーシュート処理回路は、１フレーム内の各サブフレームに対して異なる階調レベル変換を行うことを特徴とする、請求項１に記載の画像表示装置。
6. 前記階調レベル変化検出回路は、連続したサブフレーム間で階調レベルが所定値以上変化したか否かを画素ごとに示す信号を出力し、
   前記オーバーシュート処理回路は、前記階調レベル変化検出回路から出力された信号に従い、出力信号を切り替えることを特徴とする、請求項５に記載の画像表示装置。
7. 前記オーバーシュート処理回路は、代表値に対応した変換後の階調レベルを記憶したルックアップテーブルと、前記代表値以外に対応した変換後の階調レベルを補間演算によって算出する演算回路とを含む、請求項５に記載の画像表示装置。
8. 前記表示素子に与えられる映像信号の階調レベルが最小値から最大値に変化してから１サブフレーム期間経過後の前記表示素子の輝度を最大到達輝度値とし、前記表示素子に与えられる映像信号の階調レベルが最大値から最小値に変化してから１サブフレーム期間経過後の前記表示素子の輝度を最小到達輝度値としたとき、
   前記時分割階調処理回路は、前記映像変換回路から出力された映像信号の階調レベルが前記最小到達輝度値と前記最大到達輝度値との間にある場合には、変換後の階調レベルとして前記最小到達輝度値と前記最大到達輝度値との間にある値を出力することを特徴とする、請求項５に記載の画像表示装置。
9. 前記時分割階調処理回路は、前記映像変換回路から出力された映像信号の階調レベルが前記最小到達輝度値よりも小さいか、前記最大到達輝度値よりも大きい場合には、変換後の階調レベルとして変換前の階調レベルを出力することを特徴とする、請求項８に記載の画像表示装置。
10. 前記表示素子の応答速度は１サブフレーム期間よりも遅いことを特徴とする、請求項５に記載の画像表示装置。
11. 前記表示素子は液晶表示素子であることを特徴とする、請求項１０に記載の画像表示装置。
12. 前記表示素子はエレクトロルミネッセンス素子であることを特徴とする、請求項１０に記載の画像表示装置。

Images