JP2009133956A - 画像表示システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、画像表示装置にオーバードライブ処理回路を備え、且つシステム全体でメモリコストを低減できる画像表示システムを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、画像データを生成する画像生成装置３と、画像生成装置３から出力された画像データに基づきオーバードライブ処理を行い、画像を表示させる画像表示装置１とを備える画像表示システムである。そして、本発明の画像生成装置３は、画像表示装置１に出力する画像データをフレーム毎に生成する描画回路５と、描画回路５で生成された画像データを、少なくとも２フレーム分保持するメモリ部４と、メモリ部４で保持された画像データのうち２フレーム分の画像データを、１フレーム期間内に画像表示装置１に転送する転送回路６とを備え、画像表示装置１は、転送回路６から転送された２フレーム分の画像データに基づきオーバードライブ処理を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像表示システムに係る発明であって、特に、オーバードライブ処理を行う画像表示装置を備える画像表示システムに関するものである。

従来の液晶表示装置は、動画を表示させた際、液晶分子の動きの要因や１フレーム期間同じ画像が表示され続ける駆動方式（ホールド型表示）の要因等により、動画ぼやけ現象が生じることが良く知られている。

この液晶分子の動きの要因には、大きく２つの原因があり、一つは液晶分子の粘性に起因して動きそのものが遅いことと、もう一つはＴＦＴ（薄膜トランジスタ）等を用いてアクティブ駆動する際、画素への充電時の液晶の向きと、しばらく時間が経過した後での液晶の向きが異なり、液晶の誘電率が変化して実効電圧が変化してしまうこととがある。この要因による現象を解決するために、従来の液晶表示装置では、オーバードライブ処理技術を採用している。

ここで、オーバードライブ処理とは、画素へ充電する時点の液晶状態の情報と次に表示すべき画像情報とから、充電してから次に充電されるまでの間の液晶の動きを最適な状態にするための電圧を印加する技術である。

一方、ホールド型表示の要因で生じる現象を解消するために、バックライトに消灯時間を設けたブリンキングバックライト方式や、黒表示をさせる期間を設ける黒挿入方式、また原画像のフレーム周波数よりも速い周波数で原画像フレーム間の画像を生成し表示させるフレーム補間高速駆動方式などの技術が採用されている。

動画ぼやけ現象の問題には関係していないが、別の液晶表示装置の駆動方式として、バックライトに赤、緑、青などの色を持たせて順次点灯させ、モノクロ表示の液晶表示装置を時分割によりカラー表示化するフィールドシーケンシャル駆動方式がある。また、バックライトに特別な指向性を持たせて特定方向を順次点灯させることで、液晶表示装置がそれに同期して時分割駆動することで見る方向によって異なる画像を映し出したり、立体視が可能となる指向性スキャンバックライト方式を採用している液晶表示装置がある。

上述のフレーム補間高速駆動方式、フィールドシーケンシャル駆動方式や指向性スキャンバックライト方式では、原画像のフレーム周期（通常は６０Ｈｚ程度）に対して高速で駆動することになる。すなわち、高速駆動することでフレーム期間が短くなり、当該フレーム期間内で液晶分子を所望の向きに動かさなければならない。そのため、高速駆動する上述の駆動方式では、オーバードライブ処理をあわせて採用されることが多い。

オーバードライブ処理を採用した画像表示装置としては、例えば特許文献１，２に記載されている。

特開２００４−３０４３９０号公報 特開２００３−１４３５５６号公報

オーバードライブ処理を適用しようとすると、画素へ充電する時点での液晶分子の状態を知る必要があり、少なくとも１フレーム前の画像データ情報若しくは１フレーム前の液晶分子の状態情報が必要となる。また、１フレームではなく複数フレーム期間にわたり情報を保持し、最適な駆動電圧を決定する方式もある。つまり、オーバードライブ処理を適用しようとする場合、少なくとも１フレーム前の情報が必要であり、フレームメモリを具備したフレーム遅延回路を画像表示装置側に組み込む必要がある。

例えば、入力された画像データは、フレーム遅延回路と、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）に入り、ＬＵＴでフレーム遅延回路出力と入力された画像データとにより予め決定されている印加電圧に相当の画像データに変換され出力される。なお、ＬＵＴは、テーブルではなく関数により計算される場合もあり、また環境温度により値を変化する場合もある。

オーバードライブ処理回路を備える画像表示装置と、画像データを生成し当該画像表示装置に転送する画像生成装置とを備える画像表示システムを考える。画像データを生成する画像生成装置には、グラフィックメモリが備えられており、当該グラフィックメモリが例えば図形、カメラやスキャナからの画像データ、受信した放送映像等を描画する際に利用されている。このような画像表示システムでは、メモリが画像生成装置（グラフィックメモリ）と、画像表示装置（フレームメモリ）とに存在することになり、システムとしてのコストアップ要因になっていた。

さらに、特許文献１，２に示す画像表示システムでは、画像生成装置にオーバードライブ処理機能を持たせ、トータルとしてのメモリコストを削減している。なお、特許文献１，２に示す画像表示システムでは、インターレース・プログレッシブ変換を行っている。

しかし、画像生成装置と画像表示装置とは、別のメーカーで製造することが多く、特許文献１，２に示す画像表示システムでは画像表示装置を別のメーカーに変更すると、オーバードライブ処理の設定値を調整する必要が生じる。また、温度によるオーバードライブ処理の設定値変更など、細かな調整を行うには、特許文献１，２とは異なりオーバードライブ処理機能が画像表示装置側に設けた画像表示システムの方が好ましい。

そこで、本発明は、画像表示装置にオーバードライブ処理回路を備え、且つシステム全体でメモリコストを低減できる画像表示システムを提供することを目的とする。

本発明に係る解決手段は、画像データを生成する画像生成装置と、画像生成装置から出力された画像データに基づきオーバードライブ処理を行い、画像を表示させる画像表示装置とを備える画像表示システムであって、画像生成装置は、画像表示装置に出力する画像データをフレーム毎に生成する描画回路と、描画回路で生成された画像データを、少なくとも２フレーム分保持するメモリ部と、メモリ部で保持された画像データのうち２フレーム分の画像データを、１フレーム期間内に画像表示装置に転送する転送回路とを備え、画像表示装置は、転送回路から転送された２フレーム分の画像データに基づきオーバードライブ処理を行う。

本発明に記載の画像表示システムは、画像生成装置が、描画回路と、少なくとも２フレーム分保持するメモリ部と、２フレーム分の画像データを１フレーム期間内に画像表示装置に転送する転送回路とを備え、画像表示装置が、転送回路から転送された２フレーム分の画像データに基づきオーバードライブ処理を行うので、表示品位を維持しつつ、画像表示システム全体でのメモリコストを低減できる。

（実施の形態１）
図１に、本実施の形態に係る画像表示システムのブロック図を示す。図１に示すブロック図では画像表示装置として液晶表示装置１を用いて説明しているが、本発明はこれに限られず、オーバードライブ処理機能を有する画像表示装置であれば他の画像表示装置でも良い。液晶表示装置１は、６４０×４８０の解像度を持ち、１画素がＲＧＢ各８Ｂｉｔ（合計２４Ｂｉｔ）のデータで構成されている。そして、液晶表示装置１は、オーバードライブ処理回路２を備え、画素に印加する電圧を調整している。また、図１に示す画像生成装置３は、グラフィックメモリ４を備え、生成した画像データを液晶表示装置１に転送する。

ここで、従来の画像表示システムのブロック図を図２１に示す。図２１に示す画像表示システムでは、液晶表示装置１０１にオーバードライブ処理回路１０２を備え、画像生成装置１０３にグラフィックメモリ１０４を備え、さらにオーバードライブ処理回路１０２にフレーム遅延回路１０５を備えている。

オーバードライブ処理回路１０２について、図２２の模式図を用いてより詳しく説明する。まず、オーバードライブ処理回路１０２は、ＬＵＴ１０６とフレーム遅延回路１０５とを備え、入力画像はＬＵＴ１０６とフレーム遅延回路１０５とに入力される。ＬＵＴ１０６は、入力画像とフレーム遅延回路１０５を経た入力画像とに基づいて、画素に印加する電圧に相当する出力画像を出力する。

また、画像生成装置１０３の画像生成手段と画像転送手段とを図２３に示す模式図を用いて説明する。グラフィックメモリ１０４は、通常２つの領域に分けられ、それぞれフロントバッファ１０４ａとバックバッファ１０４ｂとなる。フロンドバッファ１０４ａは画像転送に用いられ、液晶表示装置への画像伝送タイミングに従い、転送回路１０７にて順次画像データを読み出して転送が行われる。この際、アナログ出力の場合は転送の際にＤ／Ａ変換を行ってから出力される。また、画像データの転送の際、差動シリアル信号のデジタル信号に変換して転送される場合もある。

画像データの転送の最中に、フロントバッファ１０４ａに画像データの書き込みを行ってしまうと、そのタイミングと書き込む場所によっては前フレーム画像と新しいフレーム画像とが混在して表示されてしまう。そこで、画像データの書き込みは、描画回路１０８からバックバッファ１０４ｂに行われる。バックバッファ１０４ｂへの書き込みが終了すると、次のフレームより元のバックバッファ１０４ｂが次のフレームでのフロントバッファ１０４ａに、元のフロントバッファ１０４ａが次のフレームのバックバッファ１０４ｂに切り替えられる（フリップ）。このフリップは、実際の記憶領域の画像データが移動するのではなく、描画回路１０８及び転送回路１０７が制御対象とするメモリアドレスが交換されるだけである。もし、上記前フレーム画像と新フレーム画像との混在が起きない場合は、フロントバッファ１０４ａに書込みを行い、バックバッファ１０４ｂは不要となる。

もし、バックバッファ１０４ｂへの書き換えが１フレームで終了しない場合や、書き換える必要がないフレームの場合はフリップが行われず、次のフレームでも同じ画像データが転送されることになる。また、バックバッファ１０４ｂを複数もち、描画回路１０８に余裕のあるときは、複数のバックバッファ１０４ｂに描画しておき、順次フロントバッファへ切り替えても良い。通常、フロントバッファ１０４ａとバックバッファ１０４ｂのサイズは、液晶表示装置の６４０×４８０画素分と同じ領域を持っている。

これに対し、本実施の形態に係る画像生成装置の画像生成手段と画像転送手段の構成を、図２の模式図に示す。図２に示すグラフィックメモリ４は、図２３に示すフロントバッファ１０４ａ及びバックバッファ１０４ｂのように最初から区別せず、それぞれ６４０×４８０画素分のメモリブロックを３つ有している。図２では、それぞれの領域を識別するためにＡ，Ｂ，Ｃと記載している。まず、フレーム１では、描画回路５は、Ａブロック（バックバッファ）に対して書き込みを行う。なお、ブロックに記載している数字は、そのブロックに書き込まれた画像データの順番を表す。すなわち、フレーム１の時点で、Ｂブロックにある画像データはフレーム１の一つ前に書き込まれた画像データであり、ブロックＣにある画像データはさらに一つ前のフレームに書き込まれた画像データである。

フレーム１では、転送回路６がブロックＢ，Ｃ（フロントバッファ）の画像データを液晶表示装置１に出力する。ここで、ＰＢ，ＰＣと頭にＰが付随しているブロックは、転送回路６が指し示しているメモリアドレスを表し、メモリの実体は前述のブロックＢ，Ｃに存在する。

次のフレーム２では、描画回路５がブロックＣに対して画像データ（３）の書き込みを行い、転送回路６がブロックＡ，Ｂの画像データを液晶表示装置１に出力する。フレーム３では、描画回路５がブロックＢに対して画像データ（４）の書き込みを行い、転送回路６がブロックＣ，Ａの画像データを液晶表示装置１に出力する。さらに、フレーム４では、フレーム１と同じ動作を行う。

しかし、フレーム３でブロックＢに対して描画が行われなかった若しくは描画が当該フレーム期間中に終了しなかった場合は、図中の最右側で示したフレーム４のように転送回路６のメモリアドレスを表す左ブロックに、フレーム１のようにブロックＢを選択するのではなく、ブロックＣを選択するように制御する。すなわち、シーケンスとしては、転送回路６の左ブロックがフリップ動作が行われた時だけブロックローテーション動作し、右側ブロックが一つ前のフレームで左フロックが選択していたブロックを選択する動作を行う。

次に、具体的な転送回路６の出力信号を図３に示す。図３に示すクロック信号は、データ等のタイミング基準信号であり、１クロックサイクルで１組のデータが転送される。図３に示すＤＥ信号はデータの有効期間を示し、当該ＤＥ信号がローの期間は水平ブランキング期間又は垂直ブランキング期間である。すなわち、ＤＥ信号が、一旦ハイ状態になってローに落ちるまでの間に１行分の画像データが転送されることになる。本実施の形態での例では、１回のハイ期間は６４０クロックサイクルである。また、１フレーム期間にハイになる回数が行数を表すので、本実施の形態での例では４８０行となる。

通常、ＤＥ信号に加え、垂直及び水平同期信号が入力されたり、水平及び垂直同期信号のみ入力の場合もあったりするが、本発明では、当該構成は直接関係しないため詳細な説明は省略する。

ＤＥ信号の次の赤，緑，青データα（それぞれ８Ｂｉｔ、合計２４Ｂｉｔ）は、画像データであり、図２に示す転送回路６の左側のブロックが選択している内容である。図３に示す画像データ中に記載している文字は、Ｒ，Ｇ，Ｂが赤，縁，青をそれぞれ示し、その次に記載されている数字が図２に示すグラフィックメモリ４のブロック内に記載している番号である。また、図３に示す画像データ中のかっこ内の数字は、表示上の画素のアドレスを示しており、（列，行）となっている。赤，緑，青データαの次の３行は赤，緑，青データβであり、図２に示す転送回路６の右側のブロックが選択している内容である。合計６行の赤，緑，青データα，βは、α，βで転送回路６が選択しているグラフィックメモリ４内のブロックのアドレスが異なるだけで、表示上の画素のアドレスは同じものである。

次に、液晶表示装置１は、図３に示す画素データを受信した後、以下に示す処理を行う。まず、図４に、液晶表示装置１のオーバードライブ処理回路２における処理を模式化した図を示す。図４では、赤データαと赤データβがＬＵＴ７に入力され、当該ＬＵＴ７でアドレッシングされたデータが新たな赤データとして出力される。ＬＵＴ７には、赤データβに相当する液晶の充電時の状態に赤データαに相当する新たな電圧を印加した際における１フレーム期間の液晶の動きを測定した結果から、最良の表示結果が得られるような印加電圧に相当する赤データが記録されている。通常、当該印加電圧は、充電時の液晶が暗い状態から次に明るい状態へ変化する時にはより明るい電圧が、充電時の液晶が明るい状態から次に暗い状態へ変化する時にはより暗い電圧が印加されるようなデータが設定される。緑，青データについても同様である。一般的には、赤，青，緑データのＬＵＴ７は同じ値で良いが、液晶の動きの過程で色シフトが生じることがあり、その場合はそれぞれのＬＵＴ７に別の値を設定することもできる。

また、簡単のために、図４に示す例では各色毎に８Ｂｉｔ出力×８Ｂｉｔ入力（データα）×８Ｂｉｔ入力（データβ）＝１６ＭｂｉｔのサイズのＬＵＴ７として説明したが、本発明はこれに限られずＬＵＴ７の容量を減少させるために、各ビットを間引いたＬＵＴを用意し、線形補間等の手法で出力データを算出しても良い。さらに、ＬＵＴ７のデータを出力データそのものではなく、次に表示すべき各色データαに加減算する値として格納しておき、当該値と各色データαとを加減算した値を出力データとして算出しても良い。また、ＬＵＴ７ではなく、幾つかのパラメーターを保持しておき、そのパラメーターと係数とをデータα，βの変数とした多項式で算出する構成でも良い。さらに、液晶の動きは温度によって大きく変化するので、温度検出手段を別途設け、その検出値によりＬＵＴ７の値を変更し、最適な動作条件に設定する構成でも良い。また、フレーム周波数が変わると、１フレーム後の液晶の到達点が変わってしまうので、フレームレート検出手段を別途設け、その検出値によりＬＵＴ７の値を変更し、最適な動作条件に設定する構成でも良い。さらに、本実施の形態では図３のような信号で液晶表示装置１に転送されると説明したが、本発明はこれに限られず、ＬＶＤＳ（Low voltage differential signaling）等の高速差動信号にシリアル変換してから液晶表示装置１に転送しても良い。つまり、図３に示した信号を、高速差動信号へ変換する前の信号状態とし、液晶表示装置１へ転送する際には、どのような信号転送手法を用いても良い。

図４に示したオーバードライブ処理後の画像データが、行列の各駆動回路の制御タイミングを生成するタイミングコントローラ回路を経由して、液晶表示装置１を駆動することになる。本実施の形態に係る液晶表示装置１では、上述したオーバードライブ処理回路２以外の構成以外について従来の液晶表示装置の構成と同様であるので詳細な説明を省略する。

次に、画像生成装置３から液晶表示装置１への画像データの転送について変形例も含めて説明する。まず、画素データは赤，緑，青の各８Ｂｉｔの計２4Ｂｉｔであるが、本実施の形態に係る画像表示システムでは２フレーム分の画像データを転送する必要があるので、バス幅は２フレーム分の画像データに対応する４８Ｂｉｔが必要である。

なお、４８Ｂｉｔのバス幅を確保するためには、配線数が多くする必要がある。そのため、バス幅を低減する方法として、以下のような変形例が考えられる。各色のデータβは表示するフレームの前の状態を示すデータであるので、当該データβが表示に影響を与えるのは前後のフレームで画像が切り替わった時である。通常、人間の目は変化する画像に対してそれ程精度が高くないので、各色のデータβは多少ビット数を減らしても表示に影響を与えない。そのため、配線数を低減したいのであれば、データβの下位ビットを数ビット落とす構成を採用することができる。

次に、画像生成装置３の転送回路６は、出力クロックと同じ周波数でフロントバッファを読み出す場合、読み出しバス幅が４８Ｂｉｔ以上のグラフィックメモリ４を一つ、若しくは読み出しバス幅が２４Ｂｉｔ以上のグラフィックメモリ４を２つ必要となる。もし、読み出しバス幅が２４Ｂｉｔ以上４８Ｂｉｔ未満のグラフィックメモリ４が一つの場合、出クロックよりも速いクロックで読み出す必要がある。

また、グラフィックメモリ４には、通常ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）が用いられるので、自由自在にランダムリードができるわけではなく、逆にバーストリードが得意である。そのような場合、図２の１フレームにおいて、最初のラインで転送する転送回路６の左側ブロック（例えば、図２のフレーム１のＰＢ）を読み出し、続いて右側ブロック（例えば、図２のフレーム１のＰＣ）を読み出すことを繰り返す方法がある。

具体的に、当該方法にて転送されるデータを、図５に示す。わかりやすいように図３のようなタイミングチャートではなく、行列方向の画像データフォーマットで図示している。図５の横方向は水平方向のデータであり、有効画像エリアは１２８０画素になっている。また、図５に示すＨＢは、水平ブランク期間を示す。図５の縦方向は、垂直方向のデータであり、４８０ラインになっている。また、図５に示すＶＢは、垂直ブランキング期間を示す。

図５に示すデータの転送順は、フレーム１の（水平，垂直）＝（１，１）の画素から（２，１）・・・（１２８０，１）の順で、その後１ライン目のＨＢ期間を経て（１，２），（２，２）・・・の順となる。各フレームにおいて、有効画像エリアを左右に２分割し、左側に図２の転送回路６の左側ブロックが選択しているグラフィックメモリ４の内容が水平方向に順次転送され、右側に図２の転送回路６の右側ブロックが選択しているグラフィックメモリ４の内容が水平方向に順次転送される。

図３との対比では、フレーム１において図３に示す赤，緑，青のデータαが、図５に示す左側の画像１に相当し、図３に示す赤，緑，青のデータβが、図５に示す右側の画像０に相当する。なお、画像の次に記載している数字（例えば、「画像１」の「１」）は、図２に示すグラフィックメモリ４のブロック内の数字である。

上述した例では、有効画像エリアの左方向に新しいデータ、右方向に１フレーム前のデータを転送する構成であったが、予め画像生成装置３と液晶表示装置１との間で取り決めをしておけば、左右エリアが逆、若しくは１フレーム毎に左右エリアが反転する等の構成であっても良い。

図５に示す画像データフォーマットを画像生成装置２から受信した液晶表示装置１は、以下のような処理を行う。図６に液晶表示装置１の内部処理を模式化した図を示す。図６では、赤の画像データの処理についてのみ記載しているが、他の色（緑，青）も同様に処理できるため記載を省略している。また、図６に示す構成は、図４に示す構成に対して６４０画素判定回路１０、デマルチプレクサ１１、６４０画素遅延回路１２が追加されている。６４０画素判定回路１０は、図３に示したＤＥ信号がハイの時クロックのカウントを始め、図５に示す有効画像エリアの右側なのか左側なのかを判定する。デマルチプレクサ１１は、６４０画素判定回路１０の信号を受け、もし左側のエリアなら６４０画素遅延回路１２へ、右側ならＬＵＴへと赤データを分別する。

デマルチプレクサ１１の分別により、ＬＵＴ７には６４０画素遅延回路１２を経た赤データαと、赤データβとが同じ画素に相当する赤データとして同時に入力されることになり、図４に示したＬＵＴ７と同様の動作をする。この時、出力赤データは、図５の右半分の期間のみで行われるので、当該クロック周波数は、１フレーム期間が同じであるとすると図３に示すクロック周波数の概ね２倍となる。もし、当該クロック周波数が、ＬＵＴ７以降の処理、特に列駆動回路において高すぎる場合、出力赤データ後にＦＩＦＯなどの遅延手段を設け、半分のクロック周波数にすることもできる。また、図６の６４０画素遅延回路１２を赤データβ側にも設け、赤データαと赤データβを半分のクロック周波数で同時に読み出す構成でも良い。

以上のように、本実施の形態に係る画像表示システムでは、図２１に示す液晶表示装置１０１のようにフレーム遅延回路１０５を必要とせず、液晶表示装置１に画像生成装置３のグラフィックメモリ４のようなメモリサイズの大きいメモリ部を備える必要がないのでメモリコストを低減できる。画像生成装置３側には、フレーム遅延回路としてグラフィックメモリ４を有しているが、通常グラフィックメモリ４は、フロントバッファやバックバッファ以外に例えばテクスチャなどの描画データ等の保存にも使用されるため、その容量は大きくメモリコストへの影響はほとんどない。

図６に示す６４０画素遅延回路１２のように、液晶表示装置１側にもメモリが必要になる場合もあるが、一般にＤＲＡＭが用いられるフレーム遅延回路に比べるとその容量は非常に小さく、通常のロジック回路（ＡＳＩＣ等）に作成することができ、メモリコストへの影響は小さい。

なお、本実施の形態に係る画像表示システムでは、図５で示した画像データフォーマットに限らず、例えば図２の転送回路６が左側と右側を選択切り替えする際に時間がかかるようであれば、その期間にブランキング期間を設け、図７に示すような画像データフォーマットで出力しても良い。さらに、本発明では、図８や図９のような数多くの画像データフォーマットで画像生成装置３から液晶表示装置１へ、画像データを出力しても良い。ここで、図８に示す画像データフォーマットは、画素毎にフレームの異なる画像データを切り替えて転送する構成を示している。また、図９に示す画像データフォーマットは、２行毎にフレームの異なる画像データを切り替えて転送する構成を示している。なお、本発明は、図９に示す画像データフォーマットのように２行毎に限られず、複数行であれば良い。

本実施の形態に係る画像表示システムでは、図４の赤データα（その他の色も同じ）が液晶表示装置１に入力されるタイミングと、それと同じ表示画素座標の赤データβが入力されるタイミングとの時間間隔が短く、液晶表示装置１での遅延回路の遅延量がフレーム遅延回路より小さくできることを特徴としている。そのため、当該特徴を実現させるための画像生成装置３の構成であれば上述の例以外の方法であっても良く、本発明は上述の例に限定されない。

（実施の形態２）
実施の形態１に係る液晶表示装置１は、赤，緑，青の画像データに対応する画素を設けてカラー化する構成であったが、本実施の形態に係る液晶表示装置１はモノクロの液晶パネルをフィールドシーケンシャル駆動することでカラー化する構成である。ここで、フィールドシーケンシャル駆動とは、一般的に赤，緑，青の発光色のバックライトを、各色毎に順次点灯させ、それに同期してモノクロ液晶パネルの画像を書き換え、カラー画像として表示させる駆動方式である。

具体的には、図１０のタイミングチャートのように駆動する。つまり、赤のバックライトが点灯する前に、ある画素は赤の入力信号データに応じた透過率になるような電圧が印加される。液晶は印加された電圧に応じて透過率が変化するが、矩形波的に変化しないため、概ね液晶が安定したタイミングで赤のバックライトを点灯させている。同様に、緑の信号に応じた透過率になるような電圧が液晶に印加され、所望の透過率に変化した後に緑バックライトが点灯する。青についても同様である。この３組のサブフレーム単位を１フレーム（通常６０Ｈｚ程度）として、一つの画像が構成される。

ここで、液晶表示装置の画素は、画面全て同時に書き込まれるのではなく、一般的に上から行単位で順次書き込まれる。一方、バックライトは最も簡単な構成であれば全画面一括で発光する構成であるが、光学的構成によって幾つかのエリアに分割して上の方から順次発光させることも可能である。つまり、液晶パネルのように１行毎にエリアを分割することは困難であり、可能であるとしても相当複雑な構成となり現実的ではないので、複数行分を一つのエリアとして発光する構成が一般的である。

本実施の形態では、説明を簡単にするため全画面一括で発光するバックライトを例に説明する。まず、液晶の書き込みが１サブフレーム期間にわたり順次行われたとすると、図１１に示すタイミングチャートのように、画面の上方で書き込まれる画素（上方画素）は、バックライトが点灯するまでに所望の透過率にまで達しているが、画面の下方で書き込まれる画素（下方画素）はまだ書き込みさえ行われていない。なお、図１１では、簡略化のためバックライトは１フレームの最初のサブフレーム（赤に対応）のみ点灯している例を示している。

図１１のタイミングチャートのような上方画素と下方画素との書き込みタイミングのずれを回避するため、図１２に示すタイミングチャートのように、液晶の書き込み速度を上げて１サブフレーム内において全画面で所望の透過率に達する期間（液晶応答の安定期間）を設ける駆動方法を採用する必要がある。しかし、図１２のタイミングチャートでは、図１０に示すタイミングチャートに比べてバックライト点灯時間が短くなる。つまり、液晶表示装置１において同じ平均輝度を必要とするならば、バックライト点灯時間に瞬間的に大きな輝度が必要となり、バックライトの光源の数を増やす等の改良が必要となる。逆に、バックライト点灯時間を長くとるには、液晶の書き込み速度をより速くするか、液晶の応答速度を上げてやる必要がある。

そのため、本実施の形態に係る画像表示システムのようにフィールドシーケンシャル駆動する場合も、液晶の応答速度を上げるためにオーバードライブ処理が採用されている。当該オーバードライブ処理についても、実施の形態１で述べた方法を適用することができる。なお、本実施の形態に係る画像表示システムの構成も、基本的に図１，２と同じであるので、詳細な説明は省略する。

本実施の形態に係る画像表示システムにおいて、画像生成装置３から液晶表示装置１へ転送される画像データフォーマットを図１４に示す。図１４に対応する実施の形態１の構成は図５であるが、フィールドシーケンシャル駆動を採用するため１フレーム期間が３つのサブフレーム期間に分割される点が異なる。それぞれのサブフレーム期間は、図５に示す１フレーム期間と同様、左右の２つに分けられ、それぞれに対応する画像データが書き込まれる。具体的には、最初のサブフレーム期間の左側（１〜６４０画素）には赤の画像１が書き込まれ、右側（６４１〜１２８０画素）には画像１の前に液晶に書き込まれた赤の画像０が書き込まれている。

ここで、図５では１画素を構成する画像デーダビットが２４Ｂｉｔであったのに対し、図１４では１画素を構成する画像デーダビットがそれぞれ単色の８Ｂｉｔである。また、液晶の書き込みタイミングにあわせて行単位の転送速度を上げて、且つ垂直ブランキング期間を増加させている。

本実施の形態に係る画像生成装置３の構成は、実施の形態１と同じであり、描画回路５は全く同じ動作をし、転送回路６は単色毎に図１４に示すタイミングで画像データを転送するだけである。一方、液晶表示装置１側は、図６に示す動作と同じであるが、１画素を構成するデータが８Ｂｉｔしかないので、図４に示すように３色分の回路を備える必要はなく、１回路のみで良い。以上の構成により、フィールドシーケンシャル駆動する本実施の形態に係る画像表示システムでも、液晶表示装置１側にフレーム遅延回路を設ける必要がなく、トータルとしてのメモリコストを低減できる。

また、液晶の応答が遅い場合、図１２に示すバックライト点灯タイミングでは、下方画素が応答しきれないためバックライト点灯タイミングをさらに短くする必要がある。そのため、液晶の応答を速めるには、オーバードライブ処理によりさらに高い過電圧をかける必要がある。しかし、高い過電圧をかけすぎると逆に上方画素が所望の透過率をオーバーしてしまい、同一輝度を出そうとしても上下の画素で輝度差が大きくなる。そこで、１サブフレームをさらに２つに分割して、図１３に示すようなタイミングチャートで駆動する。

図１３に示すタイミングチャートは、図１２に示す１サブフレーム期間をさらに分割し（図１３ではサブサブフレームと呼ぶ）、それぞれの期間で図１２の１サブフレーム期間と同じ画素書き込みを行う。まず、１回目のサブサブフレームで強めのオーバードライブ電圧を印加する。そして、２回目のサブサブフレームで目標透過率に近い電圧を印加する。もし、１回目のオーバードライブ処理で電圧が印加しきれない場合は２回目も目標透過率以上の電圧を印加することもできる。図１３に示すタイミングチャートで駆動することで、１回目のサブサブフレームに強めの過電圧をかけて液晶の応答を速くさせ、２回目のサブサブフレームで目標透過率相当の電圧をかけて液晶状態を安定させて上下の画素で輝度差を小さくすることができる。

当該駆動を行うには、液晶表示装置１に図１５に示す画像データフォーマットで転送する。基本的には、図１４に示した画像データフォーマットと同じであるが、１サブフレーム期間を２つのサブサブフレーム期間に分け、２回目のサブサブフレーム期間で１回目のサブサブフレーム期間と同じ画像データが転送される。本実施の形態に係る画像生成装置３の転送回路５は、図１３及び図１５のような順序及びタイミングで転送を行うが、描画回路５は実施の形態１と何ら変更はない。

次に、図１５に示す画像データフォーマットの画像データを受けた液晶表示装置１の動作を図１６に示す模式図を用いて説明する。まず、図１６に示す構成が図６に示す構成と異なっている点は、ＬＵＴが２つ（第１ＬＵＴ７ａ，第２ＬＵＴ７ｂ）あることである。さらに、図１６の構成では、第１ＬＵＴ７ａ及び第２ＬＵＴ７ｂの後の出力がマルチプレクサ２０に入力されるが、フレーム判定回路２１により１回目のサブサブフレーム期間か、２回目のサブサブフレーム期間であるかが判定され、当該判定結果により第１ＬＵＴ７ａ又は第２ＬＵＴ７ｂのいずれか一方の結果が出力データとして出力される。

例えば、１回目のサブサブフレームのとき第１ＬＵＴ７ａが選択され、２回目のサブサブフレームのとき第２ＬＵＴ７ｂが選択される。なお、第１ＬＵＴ７ａには、強めのオーバードライブ処理を行う値が格納されており、第２ＬＵＴ７ｂには目標とする階調若しくは弱めのオーバードライブ処理を行う値が格納されている。また、フレーム判定回路２１は、今のサブサブフレームが１回目か２回目かを検出する回路であるが、図１５に示す画像データフォーマットを利用する場合、どちらのサブサブフレームも対称的であるので検出できない。そこで、フレーム判定回路２１は、例えば垂直同期信号又は水平同期信号の極性を変更する方法、ブランキング期間の長さを変える方法や、別の識別信号を設ける方法などを用いてサブサブフレームを識別する。

上述の構成を採用することで、液晶表示装置１は図１３に示したタイミングで駆動が可能となり、結果として当該液晶表示装置１はフレームメモリを備える必要がなく、画像表示システムトータルとしてメモリコストを低減でき、且つ良質なオーバードライブ駆動が可能となる。もちろん、実施の形態１と同様、画像生成装置３から液晶表示装置１に転送される画像データのフォーマットは、図１４や図１５に限られず、実施の形態１で説明したようにビット幅を倍にして同時に転送する方法等を選択することができる。

また、フィールドシーケンシャル方式では、動画を表示した際、動いている物体を目で追うと色われと呼ばれる表示不良が生じてしまうことが知られいるが、これを解決するために１フレーム（６０Ｈｚ程度）を３つのサブフレームに分割するのではなくさらに多くのサブフレームに分割する方式もある。このような方式に対しても、画像生成装置３の転送回路６が液晶表示装置１を駆動する各サブフレームのタイミングに、本実施の形態に係る画像データの転送手法を適用することで、液晶表示装置１のフレーム遅延回路が不要となり、画像表示システムトータルとしてメモリコストを低減できる。

（実施の形態３）
次に、本実施の形態に係る液晶表示装置１では、指向性スキャンバックライト方式を採用している。この指向性スキャンバックライト方式は、少なくとも２つの光源を備え、一方の光源を点灯させると、表示面に対してある特定の方向が発光し、他方の光源を点灯させると、別の方向が発光するバックライトである。具体的に、指向性スキャンバックライト方式のバックライトの構成を図１７に示す。図１７に示すバックライトでは、光源１のみを光らせた場合は、方向１すなわち左方向（反射方向）に強い指向性をもつ光が出射されるが、方向２にはほとんど光は出射されない。また、光源２のみを光らせた場合は、方向２すなわち右方向（反射方向）に強い指向性をもつ光が出射されるが、方向１にはほとんど光は出射されない。

本実施の形態に係る液晶表示装置１では、図１７に示すバックライトの上に液晶パネルを設置し、光源１，２を交互に点灯させ、それに同期して液晶パネルの透過率を制御することで左右方向（方向１，２）で異なった絵を表示させることができる。また、本実施の形態に係る液晶表示装置の画面中央を正面方向から観察すると、右目と左目とに対して視差を変えた画像を表示させることができ、立体映像が観測できる。

図１８に、本実施の形態に係る液晶表示装置１のある画素の透過率と光源の点灯のタイミングを示す。図１８に示すタイミングチャートでは、液晶に方向１用の画像が書き込まれ、所望の透過率に至った時に方向１を照射する光源１を点灯させる。また、液晶に方向２用の画像が書き込まれ、所望の透過率に至った時に方向２を照射する光源２を点灯させる。これにより、本実施の形態に係る液晶表示装置１は、方向１と方向２で異なった画像を映し出すことができる。

ここで、本実施の形態に係る液晶表示装置１でも、実施の形態２と同じように、液晶の書き込み行方向に対してバックライトが全画面一括で点灯する場合を考えると、画面の上下方向で液晶の書き込まれる時間差と液晶の応答特性との関係により所望の画像が得られない問題が生じる。

そこで、本実施の形態に係る液晶表示装置１でも、実施の形態２同様、図１２に示すように液晶の書き込みを高速に行うか、図１３に示すように１サブフレームをさらに分割してサブサブフレーム期間毎に書き込みを行う方法を適用できる。ここで、実施の形態２の構成と本実施の形態の構成との相違点として、実施の形態２が赤，緑，青用の３つのサブフレームで構成されているが、本実施の形態がバックライトの方向１，２用の２つサブフレームで構成されている点がある。なお、本実施の形態でも、指向性の方向を３つにすれば実施の形態２と同じ構成となる。

本実施の形態に係る画像表示システムにおいて液晶表示装置１に転送される画像データフォーマットを図２０に示す。図２０に示す画像データフォーマットでは、左側（１〜６４０画素）で転送される画像データが図１７における方向２（左方向）に表示される画像で、右側（６４１〜１２８０画素）で転送される画像データが図１７における方向１（右方向）に表示される画像である。図２０に示す１回目のフレーム期間における１回目のサブフレーム期間の前半（上段のサブサブフレーム）では、左画像が更新され「左画像１」に、右画像は前のサブフレームで表示されていた「右画像０」になる。そして、図２０に示す１回目のフレーム期間における１回目のサブフレーム期間の後半（下段のサブサブフレーム）では、前半（上段のサブサブフレーム）と同じ画像データとなる。

次に、図２０に示す１回目のフレーム期間における２回目のサブフレーム期間の前半（上段のサブサブフレーム）では、左画像は前のサブフレームで表示されていた「左画像１」に、右画像は更新されて「右画像１」になる。そして、図２０に示す１回目のフレーム期間における２回目のサブフレーム期間の後半（下段のサブサブフレーム）では、前半（上段のサブサブフレーム）と同じ画像データとなる。図２０に示す２回目以降のフレーム期間も同様に順序で更新される。

図２０に示す画像データフォーマットの画像データを受けた液晶表示装置１の動作を図１９に示す模式図を用いて説明する。まず、図１９に示す構成が図１６に示す構成と異なっている点は、フレーム判定回路２１の出力結果が、６４０画素遅延回路１２の出力とデマルチプレクサ１１の出力とを交換する交換回路３０に入力されている点である。図２０に示す画像データフォーマットでは、左画像が常に水平方向の前半に位置しているので、その前のサブフレームで表示していた画像は、水平方向の前半と後半とを入れ替えることが必要になる。例えば、図１６に示す構成を採用すると、１回目のサブフレームの水平方向の前半で表示していた「左画像１」が、２回目のサブフレームでは水平方向の後半で表示されることになる。しかし、図２０に示す画像表データフォーマットでは、左画像が常に水平方向の前半に位置させるので、２回目のサブフレーム（図中の２段目のサブフレーム）の水平方向の前半に「左画像１」を表示させるために水平方向の前半と後半とを入れ替える。

そこで、フレーム判定回路２１は、サブフレームを検出して交換回路３０を制御し、水平方向の前半と後半とを入れ替えている。それ以降の処理は、図１６で示した構成と同じであるため、フレーム判定回路２１がサブサブフレームを検出し、サブサブフレームの前半か後半かによって２つのＬＵＴ７ａ，７ｂのいずれか一方の出力を選択する。なお、図２０のように常に水平方向の前半に左画像を出力するのではなく、前のサブフレームに表示していた画像を出力するようにすれば、図１９に示す交換回路３０を設ける必要はない。また、実施の形態２の図１２に相当するように１サブフレーム中に高速で１回書き込むような方式も、図１４に示す画像データフォーマットで１フレーム期間を２つ目サブフレーム期間に分けて同様の転送を行うようにすることも可能である。

以上のように、本実施の形態に係る画像表示システムは、指向性スキャンバックライト方式を採用しているが上述の構成を採用しているため、液晶表示装置１側にフレーム遅延回路を設ける必要がなく、画像表示システムトータルとしてのメモリコストを低減できる。

また、図１３において、１サブフレームを１フレーム、１サブサブフレームを１サブフレームと置き換え、バックライトを通常のものとすれば、動画ぼやけを解決するブリンキングバックライト方式として応用することもできる。すなわち、１フレームが複数のサブフレームに分割されて駆動されるどのような方式においても、画像生成装置３から液晶表示装置１へ転送する画像データの順序・タイミングを工夫することにより液晶表示装置１側にフレーム遅延回路を不要とし、画像表示システムトータルとしてのメモリコストを低減できる。

本発明の実施の形態１に係る画像表示システムのブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る画像生成装置のブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る画像データのタイミングチャートである。 本発明の実施の形態１に係るオーバードライブ処理回路のブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る画像データフォーマットを説明するための図である。 本発明の実施の形態１に係る別のオーバードライブ処理回路のブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る別の画像データフォーマットを説明するための図である。 本発明の実施の形態１に係る別の画像データフォーマットを説明するための図である。 本発明の実施の形態１に係る別の画像データフォーマットを説明するための図である。 本発明の実施の形態２に係る画素の透過率とバックライト点灯とのタイミングを説明するための図である。 本発明の実施の形態２に係る画素の透過率とバックライト点灯とのタイミングを説明するための図である。 本発明の実施の形態２に係る画素の透過率とバックライト点灯とのタイミングを説明するための図である。 本発明の実施の形態２に係る画素の透過率とバックライト点灯とのタイミングを説明するための図である。 本発明の実施の形態２に係る画像データフォーマットを説明するための図である。 本発明の実施の形態２に係る別の画像データフォーマットを説明するための図である。 本発明の実施の形態２に係るオーバードライブ処理回路のブロック図である。 本発明の実施の形態３に係るバックライトの構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態３に係る画素の透過率と光源の点灯とのタイミングを説明するための図である。 本発明の実施の形態３に係るオーバードライブ処理回路のブロック図である。 本発明の実施の形態３に係る画像データフォーマットを説明するための図である。 本発明の前提となる画像表示システムのブロック図である。 本発明の前提となるオーバードライブ処理回路のブロック図である。 本発明の前提となる画像生成装置のブロック図である。

符号の説明

１ 液晶表示装置、２ オーバードライブ処理回路、３ 画像生成装置、４ グラフィックメモリ、５ 描画回路、６ 転送回路、７ ＬＵＴ、１０ ６４０画素判定回路、１１ デマルチプレクサ、１２ ６４０画素遅延回路、２０ マルチプレクサ、２１ フレーム判定回路、３０ 交換回路、１０１ 液晶表示装置、１０２ オーバードライブ処理回路、１０３ 画像生成装置、１０４ グラフィックメモリ、１０４ａ フロンドバッファ、１０４ｂ バックバッファ、１０５ フレーム遅延回路、１０６ ＬＵＴ、１０７ 転送回路、１０８ 描画回路。

Claims (10)

1. 画像データを生成する画像生成装置と、
   前記画像生成装置から出力された前記画像データに基づきオーバードライブ処理を行い、画像を表示させる画像表示装置とを備える画像表示システムであって、
   前記画像生成装置は、
   前記画像表示装置に出力する前記画像データをフレーム毎に生成する描画回路と、
   前記描画回路で生成された前記画像データを、少なくとも２フレーム分保持するメモリ部と、
   前記メモリ部で保持された前記画像データのうち２フレーム分の前記画像データを、１フレーム期間内に前記画像表示装置に転送する転送回路とを備え、
   前記画像表示装置は、前記転送回路から転送された２フレーム分の前記画像データに基づきオーバードライブ処理を行うことを特徴とする画像表示システム。
2. 請求項１に記載の画像表示システムであって、
   前記画像生成装置のメモリ部は、前記画像表示装置に設けられているメモリサイズより大きいことを特徴とする画像表示システム。
3. 請求項１又は請求項２に記載の画像表示システムであって、
   前記転送回路は、第１フレームの前記画像データと、前記１フレームより以前の第２フレームの前記画像データを転送する際に、前記第２フレームの前記画像データのビット数を前記第１フレームの前記画像データより少なくすることを特徴とする画像表示システム。
4. 請求項１又は請求項２に記載の画像表示システムであって、
   前記転送回路は、２フレーム分の前記画像データを転送できるバス幅を確保していることを特徴とする画像表示システム。
5. 請求項１又は請求項２に記載の画像表示システムであって、
   前記転送回路は、第１フレームの前記画像データと、前記１フレームより以前の第２フレームの前記画像データとを１又は複数の画素毎に切り替えて転送することを特徴とする画像表示システム。
6. 請求項１又は請求項２に記載の画像表示システムであって、
   前記転送回路は、第１フレームの前記画像データと、前記１フレームより以前の第２フレームの前記画像データとを１又は複数の行毎に切り替えて転送することを特徴とする画像表示システム。
7. 請求項１又は請求項２に記載の画像表示システムであって、
   前記転送回路は、２フレーム分の前記画像データをまとめて行毎に転送することを特徴とする画像表示システム。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれか１つに記載の画像表示システムであって、
   前記フレームを複数のサブクレームに分割し、前記サブクレームのそれぞれに対して請求項１乃至請求項７のいずれか１つに記載の前記フレームに対する処理を行うことを特徴とする画像表示システム。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれか１つに記載の画像表示システムであって、
   前記画像表示装置は、フィールドシーケンシャル駆動を採用していることを特徴とする画像表示システム。
10. 請求項１乃至請求項８のいずれか１つに記載の画像表示システムであって、
    前記画像表示装置は、指向性スキャンバックライト方式を採用していることを特徴とする画像表示システム。

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