JP2004177576A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】入力画像信号の階調遷移に応じて、液晶表示パネルの高速表示駆動（フレーム周波数変換率）を制御することにより、動画像の表示画質を向上させることが可能な液晶表示装置を提供する。
【解決手段】入力画像フレームに対して所定数のサブフレームを内挿することにより、液晶表示パネルに供給する画像信号のフレーム周波数を変換するフレーム周波数変換部１２を備えた液晶表示装置であって、入力画像信号の１垂直期間前後における階調遷移を検出し、前記検出された階調遷移に基づいて、前記フレーム周波数変換部１２によるフレーム周波数変換率を可変制御する制御部６を備えたものである。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示パネルを用いて、画像を表示する液晶表示装置に関し、特に動画表示の際に生じる動きぼけを防止する液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高精細、低消費電力、省スペースを実現できる液晶表示装置（ＬＣＤ）等のフラットパネル型表示装置（ＦＰＤ）が盛んに開発されてきており、その中でも特にコンピュータ表示装置やテレビジョン表示装置等の用途へのＬＣＤの普及は目覚しいものがある。しかしながら、このような用途に従来から主として用いられてきた陰極線管（ＣＲＴ）表示装置に対して、ＬＣＤにおいては、動きのある画像を表示した場合に、観視者には動き部分の輪郭がぼけて知覚されてしまうという、いわゆる「動きぼけ」の欠点が指摘されている。
【０００３】
動画表示における動きぼけが液晶の光学応答時間の遅れ以外に、例えば特開平９−３２５７１５号公報に記載されているように、ＬＣＤの表示方式そのものにも起因するという指摘がなされている。電子ビームを走査して蛍光体を発光させて表示を行うＣＲＴ表示装置においては、各画素の発光は蛍光体の若干の残光はあるものの概ねインパルス状となる、いわゆるインパルス型表示方式となっている。
【０００４】
これに対して、ＬＣＤ表示装置においては、液晶に電界を印加することにより蓄えられた電荷が次に電界を印加するまで比較的高い割合で保持されるため（特にＴＦＴ ＬＣＤにおいては、画素を構成するドット毎にＴＦＴスイッチが設けられており、さらに通常は各画素毎に補助容量が設けられているので蓄えられた電荷の保持能力がきわめて高い）、液晶画素が次のフレームの画像情報に基づく電界印加により書き換えられるまで発光し続けるという、いわゆるホールド型表示方式である。
【０００５】
このような、ホールド型表示装置においては、画像表示光のインパルス応答が時間的な広がりを持つため、時間周波数特性が劣化して、それに伴い空間周波数特性も低下し、観視画像のぼけが生じる。そこで、例えば特開平４−３０２２８９号公報、特開２００１−４２８３１号公報には、表示画像のフレーム周波数を上げ、上記の動きぼけの原因となる空間周波数特性の低下を抑制するものが提案されている。
【０００６】
これについて、図７とともに説明する。図７において、１は入力画像信号から動きベクトル情報を検出する動きベクトル検出部、２は動きベクトル検出部１で得られた動きベクトル情報を用いて、サブフレーム画像を生成することにより、入力画像信号のフレーム周波数を例えば２倍に変換するフレーム周波数変換部、３はフレーム周波数変換部２で周波数変換された画像信号に基づいて液晶表示パネル４のデータ電極及び走査電極を駆動するための電極駆動部、４は液晶層と該液晶層に走査信号及びデータ信号を印加するための電極とを有するアクティブマトリクス型の液晶表示パネルである。
【０００７】
上記構成において、動きベクトル検出部１は、例えばマッチング法や勾配法等を用いて動きベクトル情報を求めても良いし、入力画像信号に何らかの形で動きベクトル情報が含まれている場合、これをそのまま利用しても良い。例えばＭＰＥＧ方式を用いて圧縮符号化された画像データには、符号化時に算出された動画像の動きベクトル情報が含まれているため、この動きベクトル情報を取得して出力する構成としても良い。
【０００８】
また、フレーム周波数変換部２は、動きベクトル検出部１より出力された動きベクトル情報を用いた動き補間により、フレーム内挿画像（サブフレーム画像）を生成し、この生成された内挿フレーム信号を入力フレーム信号とともに順次出力することで、入力画像信号のフレーム周波数（６０Ｈｚ）を２倍の１２０Ｈｚに変換し、この２倍速に変換された画像信号を電極駆動部３を介して液晶表示パネル４に供給し、該液晶表示パネル４の２倍速駆動を行う。
【０００９】
このように、動きベクトル情報を用いて動き適応フレーム内挿処理を行い、表示フレーム周波数を上げることによって、擬似的にホールド型駆動の表示状態からＣＲＴのようなインパルス型駆動の表示に近づけることができ、動画表示の際に生じる動きぼけによる画質劣化を改善することが可能となる。
【００１０】
【特許文献１】
特開平９−３２５７１５号公報
【特許文献２】
特開平４−３０２２８９号公報
【特許文献３】
特開２００２−４２８３１号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の技術は、ホールド型表示装置において動画表示の際に生じる動きぼけによる画質劣化を改善するために、１フレーム期間（例えば６０Ｈｚのプログレッシブスキャンの場合は１６．７ｍｓｅｃ）内で、１以上のサブフレームを動き補償内挿して、これらを液晶表示パネルに供給することにより、表示フレーム周期を短縮するものであるが、動きぼけによる画質劣化を防止するためには、表示フレーム周期（サブフレームの画像表示期間）をできるだけ小さくすることが望ましい。
【００１２】
ところで、図８に示すように、液晶の応答速度は前フレームデータに対する現フレームデータの階調遷移依存性が非常に大きく、一般的にある中間調から別の中間調に対する追従性が極端に悪くなり、応答時間が増大することが知られている。すなわち、上述した従来の技術においては、表示画像信号のフレーム周波数を大きくすると、入力画像信号の階調遷移パターンによっては、液晶が完全に応答して目標輝度に到達する前に次のサブフレーム画像の書き込みを開始してしまうこととなり、その結果、より深刻な尾引き等の残像が発生するなど表示画像の画質劣化を招来するという問題があった。
【００１３】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、入力画像信号の１垂直期間前後における階調遷移に応じて、液晶表示パネルの高速表示駆動（フレーム周波数変換率）を可変制御することにより、動画像の表示画質を向上させることが可能な液晶表示装置を提供するものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、入力画像フレームに対して所定のサブフレームを内挿することにより、液晶表示パネルに供給する画像信号のフレーム周波数を変換するフレーム周波数変換手段を備えた液晶表示装置であって、入力画像信号の１垂直期間前後における階調遷移を検出する階調遷移検出手段と、前記検出された階調遷移に基づいて、前記フレーム周波数変換手段によるフレーム周波数変換率を可変制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
本発明の液晶表示装置によれば、動きぼけを防止するために表示フレーム周波数を高周波数に変換する際に、入力画像信号の１垂直期間前後における階調遷移に応じて、フレーム周波数変換率を適切に自動切換することにより、液晶が完全に応答して目標輝度に到達した後に、次の画像表示を行うことが可能となり、動きぼけとともに残像の発生を抑制した高画質の動画像表示を実現することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について、図１乃至図６とともに詳細に説明するが、上述した従来例と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。ここで、図１は本実施形態の液晶表示装置における要部概略構成を示す機能ブロック図、図２は本実施形態の液晶表示装置におけるフレーム周波数変換部の動作を示すタイミングチャート、図３は本実施形態の液晶表示装置におけるフレーム周波数変換部の動作を説明するための概略説明図、図４は本実施形態の液晶表示装置における液晶表示パネルの光学応答特性を説明するための説明図、図５は本実施形態の液晶表示装置における基本動作原理を示すフローチャート、図６は本実施形態の液晶表示装置における基本動作原理を説明するための説明図である。
【００１７】
本実施形態の液晶表示装置は、図１に示すように、図７とともに上述した従来例に加えて、１フレーム前の入力画像信号を記憶するフレームメモリ５と、該フレームメモリ５から読み出された前フレームデータと現フレームデータとの階調遷移を検出し、この入力画像信号の１フレーム前後における階調遷移に基づいて、フレーム周波数変換部１２におけるフレーム周波数変換率を可変制御するための制御信号を出力する制御ＣＰＵ６とを備えている。
【００１８】
フレーム周波数変換部１２は、例えばフレームメモリを備えたものであり、入力画像信号の１フレーム分の画像をフレームメモリに記憶した後、制御ＣＰＵ６からの制御信号に基づいて、所定のフレーム周波数で画像信号を読み出すことで時間軸圧縮するとともに、動きベクトル検出部１で得られた動きベクトル情報を用いて、動き適応フレーム内挿処理を行うことにより、サブフレーム画像（図３中網掛で示す）を生成して、表示画像信号のフレーム周波数を高周波数に変換する。
【００１９】
本実施形態においては、例えば図２（ａ）に示す入力画像信号に対して、図２（ｂ）、図３（ａ）に示すように、そのままフレーム周波数を変換することなく等倍速で画像信号を出力するモードと、図２（ｃ）、図３（ｂ）に示すように、フレーム周波数を２倍に変換した画像信号を出力するモードと、図２（ｄ）、図３（ｃ）に示すように、フレーム周波数を３倍に変換した画像信号を出力するモードとを設けており、制御ＣＰＵ６からの制御信号に応じて、それぞれのモードを切り換えることが可能である。すなわち、フレーム周波数変換部１２によるフレーム周波数変換率を１〜３倍の間で可変することができる。
【００２０】
ここでは、入力画像信号は６０Ｈｚのプログレッシブスキャン信号であり、従って、各モードにおいてフレーム周波数変換部１２により出力されるフレーム周波数はそれぞれ６０Ｈｚ、１２０Ｈｚ、１８０Ｈｚ、フレーム周期は１／６０秒（１６．７ｍｓｅｃ）、１／１２０秒（８．３ｍｓｅｃ）、１／１８０秒（５．６ｍｓｅｃ）となる。
【００２１】
また、本実施形態においては、例えば図４に示すような黒もしくは低階調から中間階調へ遷移する時間が特に遅いような光学応答特性（階調遷移依存性）を持つ液晶表示パネル４を用いるものとし、入力画像信号の１フレーム前後における階調遷移に応じて、入力画像信号のフレーム周波数を所定の周波数に変換するようフレーム周波数変換部２を制御することで、階調遷移依存性のある液晶が応答する期間（液晶応答時間）を十分に確保している。
【００２２】
次に、上記のように構成してなる本実施形態の動作について、図５のフローチャートを参照して説明する。まず、１画面内の少なくともＭ以上の画素について前フレームデータに対する現フレームデータの階調遷移が、図４における領域Ａ（応答速度が特に遅い階調遷移パターン）に含まれるか否かを判定し（ステップ１）、Ｍ以上の画素データが領域Ａに含まれる場合は、当該画素に対応する液晶の応答速度がかなり遅くなると考えられるため、フレーム周波数変換部１２によるフレーム周波数変換を停止して、スルー出力（フレーム周波数変換率を１倍）とすることにより、液晶表示パネル４を等倍速駆動（すなわち、高速表示駆動をオフ）する（ステップ２）。
【００２３】
この場合、図６（ａ）に示すように、各フレームの画像表示期間は１６．７ｍｓｅｃであり、動きぼけの発生を防止することはできないが、この画像表示期間（１６．７ｍｓｅｃ）内に液晶が完全に応答して目標輝度に到達することが期待できるので、動きぼけよりも画質劣化に大きく影響する、液晶の不完全応答による尾引き等の残像の発生を防止することが可能となる。
【００２４】
また、ステップ１にてＭ以上の画素データが領域Ａに含まれないと判定された場合、１画面内の少なくともＮ以上の画素について前フレームデータに対する現フレームデータの階調遷移が、図４における領域Ｂ（応答速度が遅い階調遷移パターン）に含まれるか否かを判定する（ステップ３）。Ｎ以上の画素データが領域Ｂに含まれる場合は、当該画素に対応する液晶の応答速度がやや遅くなると考えられるため、フレーム周波数変換部１２によるフレーム周波数変換率を２倍として、液晶表示パネル４を２倍速駆動する（ステップ４）。
【００２５】
この場合、図６（ｂ）に示すように、各サブフレームの画像表示期間は８．３ｍｓｅｃとなり、動きぼけの発生を低減することが可能であるとともに、液晶の応答速度が多少遅くとも、この画像表示期間（８．３ｍｓｅｃ）内に液晶が完全に応答して目標輝度に到達することが期待できるので、尾引き等の残像の発生も低減することができる。
【００２６】
さらに、ステップ３にてＮ以上の画素データが領域Ｂに含まれないと判定された場合、画面全体的に液晶の応答速度が十分に早いと考えられるため、フレーム周波数変換部１２によるフレーム周波数変換率を３倍として、液晶表示パネル４を３倍速駆動する（ステップ５）。
【００２７】
この場合、図６（ｃ）に示すように、各サブフレームの画像表示期間を５．６ｍｓｅｃとすることができ、動きぼけの発生を十分に防止することが可能となる。また、液晶の応答速度が十分に速く、この画像表示期間（５．６ｍｓｅｃ）内に液晶が完全に応答して目標輝度に到達するので、尾引き等の残像も発生しない。
【００２８】
このように、１フレーム前後の入力画像信号に対して液晶表示パネル４の光学応答特性が悪い階調遷移が検出されると、フレーム周波数変換部１２でのフレーム周波数変換率を小さくすることにより、画像走査期間（液晶応答期間）を十分確保して、液晶が完全に応答して目標輝度に到達した後に、次の画像表示を行うことが可能となる。従って、入力画像の階調遷移に応じて適切に動きぼけ及び残像の発生を抑制して、高画質の動画像表示を実現することができる。ここで、上記フレーム周波数変換率の可変制御は、入力画像フレーム毎に行われる。
【００２９】
尚、上述した本実施形態の場合、例えば１フレーム中において液晶表示パネル４の応答特性が悪い階調遷移が予め決められた所定数の画素について検出された場合に、液晶表示パネル４に供給する画像信号のフレーム周波数を低周波数に切換変換するように制御しているが、これに限らず、１フレーム中において液晶表示パネル１の応答特性が悪い階調遷移が１画素でも検出された場合に、画像信号のフレーム周波数を低周波数に切換変換するようにしたり、１フレーム中において最も検出頻度の高い階調遷移領域に基づいて、画像信号のフレーム周波数変換率を決定するようにしても良い。
【００３０】
また、本実施形態においては、入力フレーム画像の階調遷移に応じて表示画像信号のフレーム周波数を１〜３倍に切換変換するものについて説明したが、本発明はこれに限らず、２以上の如何なるフレーム周波数に切換変換するように構成しても良いことは明らかである。これは、液晶表示パネルの光学応答特性によって、適宜設計すればよい。さらに、動きぼけの知覚は、画像コンテンツや画像内容によっても異なり、また個人差も大きいことから、ユーザが任意のフレーム周波数変換率を選択指示できる構成を追加しても良い。
【００３１】
そしてまた、図７からも明らかなとおり、液晶の応答速度は環境温度によっても大きく異なり、特に低温時の入力信号に対する追従性が極端に悪くなり、応答時間が増大することから、上記入力画像信号の階調遷移パターンに加えて、装置内温度も考慮して、変換フレーム周波数を決定するように構成しても良い。これによって、さらに液晶の光学応答特性に応じた適切な動画像表示を実現することが可能となる。
【００３２】
以上のように、本実施形態の液晶表示装置においては、入力画像フレームに対して所定数のサブフレームを内挿して、液晶表示パネルを高速駆動することにより、インパルス型駆動の表示状態に近づけることで動きぼけを防止する際、入力画像信号の１フレーム前後における階調遷移に応じて表示駆動速度（フレーム周波数変換率）を制御しているので、動きぼけの発生を防止するとともに、尾引き等の残像の発生を防止することが可能となり、表示画像の画質向上を実現することができる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の液晶表示装置は、上記のような構成としているので、入力画像信号の１垂直期間前後における階調遷移に応じて、フレーム周波数変換率を適切に自動切換することにより、液晶が完全に応答して目標輝度に到達した後に、次の画像表示を行うことが可能となり、画像内容に応じて動きぼけとともに残像の発生を抑制した高画質の動画像表示を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶表示装置の一実施形態における要部概略構成を示す機能ブロック図である。
【図２】本発明の液晶表示装置の一実施形態におけるフレーム周波数変換部の動作を示すタイミングチャートである。
【図３】本発明の液晶表示装置の一実施形態におけるフレーム周波数変換部の動作を説明するための概略説明図である。
【図４】本発明の液晶表示装置の一実施形態において用いる液晶表示パネルの光学応答特性を示す説明図である。
【図５】本発明の液晶表示装置の一実施形態における基本動作原理を示すフローチャートである。
【図６】本発明の液晶表示装置の一実施形態における基本動作原理を説明するための説明図である。
【図７】従来の液晶表示装置（高速駆動型）における要部概略構成を示す機能ブロック図である。
【図８】液晶表示パネルの光学応答特性例を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 動きベクトル検出部
３ 電極駆動部
４ 液晶表示パネル
５ フレームメモリ（ＦＭ）
６ 制御ＣＰＵ
１２ フレーム周波数変換部

Claims (1)

1. 入力画像フレームに対して所定数のサブフレームを内挿することにより、液晶表示パネルに供給する画像信号のフレーム周波数を変換するフレーム周波数変換手段を備えた液晶表示装置であって、
   入力画像信号の１垂直期間前後における階調遷移を検出する階調遷移検出手段と、
   前記検出された階調遷移に基づいて、前記フレーム周波数変換手段によるフレーム周波数変換率を可変制御する制御手段とを備えたことを特徴とする液晶表示装置。

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