JP2019101333A - 液晶駆動装置および液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ディスクリネーションによる暗線が目立つ等の画質の低下を軽減する。【解決手段】液晶駆動装置303は、入力フレーム画像データから表示用画像データを生成する画像データ生成手段411,412と、表示用画像データに基づいて、1フレーム期間に含まれる複数のサブフレーム期間のそれぞれにて液晶素子に対する所定電圧の印加/非印加を制御して階調を表示させる駆動手段415と、照明光の強度を制御する制御手段330とを有する。入力フレーム画像データに対して第1のゲインおよび該第1のゲインよりも低い第2のゲインをかけて第1の表示用画像データおよび第2の表示用画像データを生成し、第1および第2の表示用画像データをそれらの間に黒挿入用画像データを挿入して順次、駆動手段に出力する。液晶素子が第1の表示用画像データに基づいて駆動される際に第2の表示用画像データに基づいて駆動される際より照明光の強度を低くする。【選択図】図1
Description
本発明は、パルス幅変調(PWM)方式で液晶素子を駆動することで階調を表示させる液晶駆動装置に関する。
液晶素子には、TN(Twisted Nematic)素子等の透過型液晶素子や、VAN(Vertical Alignment Nematic)素子等の反射型液晶素子がある。これらの液晶素子の駆動方式には、階調に応じて、液晶層に印加する電圧を変化させることで明るさを制御するアナログ駆動方式と、液晶層に印加する電圧を2値化して電圧印加時間を変化させることで明るさを制御するデジタル駆動方式とがある。このデジタル駆動方式には、1フレーム期間を時間軸上で複数のサブフレーム期間に分割し、サブフレームごとに画素に対する所定電圧の印加(オン)と非印加(オフ)を制御することで該画素に階調を表示させるサブフレーム駆動方式がある。
ここで、一般的なサブフレーム駆動方式について説明する。図19には、1フレーム期間を複数のサブフレーム期間(ビット長)に分割する例を示している。各サブフレーム上に記載された数値は、そのサブフレームの1フレーム期間内での時間重みを示す。ここでは例として、64階調を表現する場合を示している。また、ここでの説明では、時間重み1+2+4+8+16の期間をAサブフレーム期間といい、時間重み32のサブフレーム期間をBサブフレーム期間という。さらに、上述した所定電圧をオンするサブフレーム期間をオン期間といい、所定電圧をオフするサブフレーム期間をオフ期間という。
図20には、図19に示したサブフレーム分割例に対応する全階調データを示す。縦軸は階調を、横軸は1フレーム期間を示す。また、図中の白いサブフレーム期間は画素が白表示状態となるオン期間を示し、黒いサブフレーム期間は画素が黒表示状態となるオフ期間を示す。この階調データによれば、液晶素子にて互いに隣接する2画素(以下、隣接画素という)に互いに隣接する2階調(以下、隣接階調という)、例えば32階調と33階調を表示させる場合は、Aサブフレーム期間を32階調ではオン期間、33階調ではオフ期間とする。また、Bサブフレーム期間を32階調ではオフ期間、33階調ではオン期間とする。
このように隣接画素にてオン期間とオフ期間が時間的に重なる、つまりは同じ期間で隣接画素の一方では所定電圧が印加され、他方では印加されていない状態が発生すると、いわゆるディスクリネーションが発生してオン期間側の画素の明るさが低下する。
図21にはディスクリネーションによる明るさ低下のイメージを示している。上下方向は階調を示し、濃淡は表示の明るさを示している。ディスクリネーションが無い場合は滑らかな濃淡が表現されるが、隣接画素においてオン期間とオフ期間が重なる時間が長い隣接階調(ここでは32階調と33階調)ではディスクリネーションの影響により明るさが低下して暗線が現れる。
特許文献1には、長いサブフレーム期間を、他の短いサブフレーム期間と等しい複数のサブフレーム期間に分割する駆動回路が開示されている。また、特許文献1の駆動回路では、隣接画素に対応する階調データの各ビットの位相が異なる場合には、階調を維持した上で、一方の画素に対応する階調データのビット配列に対して、他方の画素に対応する階調データのビット配列に近づける補正を行う。これにより、長いサブフレーム期間を分割しない場合に比べれば、隣接画素においてオン期間とオフ期間とが重なるサブフレーム期間(以下、オン/オフ隣接期間という)を短くすることが可能となる。
しかしながら、特許文献1にて開示された方法では、隣接画素でのオン/オフ隣接期間の最短時間が長いため、ディスクリネーションによる明るさの低下を無視することができない。また、隣接画素におけるオン/オフ隣接期間が長いため、液晶分子の応答速度に応じてディスクリネーションによる明るさの低下量が増大していく。
図22には、特許文献1にて開示された全96階調を表示するための階調データを示す。Aサブフレーム期間は時間重み1+2+4+8に相当し、Bサブフレーム期間はそれぞれ時間重み8に相当する複数の分割サブフレーム期間1SF(SFはサブフレーム)〜10SFに分割されている。1つの分割サブフレーム期間は0.69msである。この階調データでは、隣接画素におけるオン/オフ隣接期間の最短時間は2つの分割サブフレーム期間に相当する1.39msである。したがって、ディスクリネーションによる明るさの低下(つまりは暗線)が目立つ。
本発明は、ディスクリネーションによる暗線が目立つ等の画質の低下を軽減することができるようにした液晶駆動装置およびこれを用いた画像表示装置等を提供する。
本発明の一側面としての液晶駆動装置は、光源からの照明光が入射する液晶素子を駆動する。該液晶駆動装置は、連続して入力される入力フレーム画像データのそれぞれから表示用画像データを生成する画像データ生成手段と、表示用画像データに基づいて、1フレーム期間に含まれる複数のサブフレーム期間のそれぞれにおいて液晶素子の各画素に対する第1の電圧の印加と該第1の電圧より低い第2の電圧の印加を制御することで各画素に階調を表示させる駆動手段と、照明光の強度を制御する制御手段とを有する。画像データ生成手段は、互いに異なる又は同じ入力フレーム画像データに対して第1のゲインおよび該第1のゲインよりも低い第2のゲインをかけて第1の表示用画像データおよび第2の表示用画像データを生成し、第1および第2の表示用画像データをそれらの間に黒挿入用画像データを挿入して順次、駆動手段に出力する。制御手段は、液晶素子が第1の表示用画像データに基づいて駆動される際に第2の表示用画像データに基づいて駆動される際より照明光の強度を低くすることを特徴とする。
なお、上記液晶駆動装置と、液晶素子とを有する画像表示装置も、本発明の他の一側面を構成する。
さらに、本発明の他の一側面としての液晶駆動方法は、光源からの照明光が入射する液晶素子を駆動する際に用いられる。該液晶駆動方法は、連続して入力される入力フレーム画像データのそれぞれから表示用画像データを生成する画像データ生成ステップと、表示用画像データに基づいて、1フレーム期間に含まれる複数のサブフレーム期間のそれぞれにおいて液晶素子の各画素に対する第1の電圧の印加と該第1の電圧より低い第2の電圧の印加を制御することで各画素に階調を表示させる駆動ステップと、照明光の強度を制御する制御ステップとを有する。画像データ生成ステップにおいて、互いに異なる又は同じ入力フレーム画像データに対して第1のゲインおよび該第1のゲインよりも低い第2のゲインをかけて第1の表示用画像データおよび第2の表示用画像データを生成し、第1および第2の表示用画像データをそれらの間に黒挿入用画像データを挿入して順次、駆動ステップで液晶素子を駆動する。制御ステップにおいて、液晶素子が第1の表示用画像データに基づいて駆動される際に第2の表示用画像データに基づいて駆動される際より照明光の強度を低くすることを特徴とする。
本発明によれば、動画の視認性を改善するための黒挿入を行う場合の明るさ変動を抑制しつつ、ディスクリネーションによる画質の低下を軽減することができる。
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
図1(A)には、本発明の実施例1である画像表示装置としての液晶プロジェクタの光学構成を示している。なお、本実施例では液晶素子を用いた画像表示装置の例としてプロジェクタについて説明するが、画像表示装置には、直視型モニタ等、プロジェクタ以外の液晶素子を用いた画像表示装置も含まれる。
液晶ドライバ303は、液晶駆動装置を構成し、後述する液晶駆動処理(液晶駆動方法)を実行する。液晶ドライバ303は、不図示の外部機器からの入力映像信号(入力画像)を取得する映像入力部303aと、入力映像信号の階調(入力階調)に応じて後述する階調データに対応する画素駆動信号を生成する駆動回路部303bとを有する。画素駆動信号は、レッド、グリーンおよびブルーの色ごとに生成され、それぞれの色用の画素駆動信号がレッド用液晶素子3R、グリーン用液晶素子3Gおよびブルー用液晶素子3Bに入力される。これにより、レッド用液晶素子3R、グリーン用液晶素子3Gおよびブルー用液晶素子3Bが互いに独立に駆動される。なお、レッド用液晶素子3R、グリーン用液晶素子3Gおよびブルー用液晶素子3Bは、垂直配向モードの反射型液晶素子である。液晶ドライバ303は、後述する光源制御部330も含む。
照明光学系301は、光源部320からの照明光である白色光をその偏光方向を揃えてダイクロイックミラー305に入射させる。
図1(B)には、光源部320の詳細な構成を示している。光源部320は、第1の光源ユニットAaおよび第2の光源ユニットAbを含む複数の光源ユニットAと、合成プリズム11(光路合成素子)を含む光路合成系Bと、照明光学系Cとを備えている。
各光源ユニットは、光源1(第1の固体光源1a、第2の固体光源1b)、コリメータレンズ2(2a、2b)、放物ミラーアレイ3(3a、3b)、平面ミラー4(4a、4b)、凹レンズ5(5a、5b)を備えている。また、後述の蛍光体9上(拡散素子上)のスポットの光強度分布を均一化するためのインテグレータ光学系として第1のレンズ面アレイ61(61a、61b)、第2のレンズ面アレイ62(62a、62b)を備えている。さらに、ダイクロイックミラー7(7a、7b)、集光レンズユニット8(8a、8b)および蛍光体9(第1の拡散素子9a、第2の拡散素子9b)を備えている。 そして、蛍光体9が反射した蛍光光(変換光)を集光レンズユニット8が取り込んで平行光化して射出するように構成されている。実施例ではこの光源ユニットを2つ有し、第1の光源ユニットAaおよび第2の光源ユニットAbから射出された平行光は、凸レンズ10、合成プリズム11、平行化レンズ12を備える光路合成系Bに入射する。
光源1(固体光源)は青色LDであり、光源1から射出された発散光束は直後に配置されたコリメータレンズ2によって平行光束となる。コリメータレンズ2は光源1つに対して1つ配置されており、光源1と同数設けられている。コリメータレンズ2からのレーザ光束はZ方向に向けて進行したのち放物面ミラーアレイ3によって反射及び集光される。
放物面ミラーアレイ(ミラーアレイ)3が有する複数のミラーは、互いに形状の異なる放物面の一部になっており、放物面ミラーアレイ3によって反射されたレーザ光束は集光しながら平面ミラー4によって反射され、凹レンズ5に入射する。凹レンズ5の焦点位置と放物面ミラーアレイ3が備える各ミラーの焦点位置とを一致させているため、凹レンズ5は平行光束を射出する。このような構成により、1枚の放物面鏡を用いる場合と比較してより小型な照明装置を実現することができる。
凹レンズ5を射出した平行光束は、第1のレンズ面アレイ61に入射して分割光束にされた後、第2のレンズ面アレイ62に入射する。第2のレンズ面アレイ62を射出した分割光束は、ダイクロイックミラー7により反射されて集光レンズユニット8に向かう。
ダイクロイックミラー7は第2のレンズ面アレイ62からの光束を反射するのに必要な最小限の大きさを有する。そして、その表面には光源1からの光束は反射するが、蛍光体9からの蛍光光は透過する特性の誘電体多層膜がコーティングされている。
集光レンズユニット8はダイクロミラー7で反射された光束を集光および重畳して蛍光体9上にスポットを形成する。
蛍光体(拡散素子、波長変換素子)9は第2のレンズ面アレイ62と集光レンズユニット8について第1のレンズ面アレイ61が備える複数のレンズ面と略共役になる位置に配置されている。凹レンズ5によって平行光化された光束は第1のレンズ面アレイ61に入射した時点ではムラのある光密度分布である。しかしながら、上記の経路により分割および重畳されることによって、蛍光体9上では第1のレンズ面アレイ61のレンズ面形状と相似形の均一な光密度分布のスポットが形成される。すなわち個々のレンズ面を物体とし、これらの像が重畳された像を蛍光体9上に形成している。したがって、蛍光体9上においてレーザ光が1点に集中して居所的に光密度が高い分布になって輝度飽和現象による光変換効率の低下を抑制することができる。
蛍光体9に入射した光束の一部は、赤および緑色のスペクトルを主とする蛍光光に変換されて反射され、残りは波長が変換されずに青色光のまま反射される。反射された赤、緑、青の3原色で構成される白色光束は、再び集光レンズユニット8によって平行光化され、光路合成系Bに向かう。この白色光束はダイクロイックミラー7を経由するが、前述のとおりダイクロイックミラー7は蛍光光を透過させるが、レーザ光束と同じ波長である青色光は反射する。つまり、白色光束のうちダイクロイックミラー7を通過する光束に含まれる青色光は光源1側へ戻ってしまって光の利用効率が低下してしまう。
このような光の利用効率の低下を抑制するためには、ダイクロイックミラー7の面積をできるだけ小さくする必要がある。具体的には、ダイクロイックミラー7の法線と集光レンズユニット8の光軸とを含む断面での集光レンズユニット8の光軸と直交する方向において、ダイクロイックミラー7の幅は集光レンズユニット8の幅よりも狭いことが好ましい。このような構成によって、小型かつ軽量であるとともに、光利用効率の低下を抑制することが可能な光源ユニットを実現できる。
蛍光体9からの蛍光光は、集光レンズユニット8によって集光および平行化され、光路合成系Bに入射する。光路合成系Bでは、各光源ユニットからの平行光が、凸レンズ10によって合成プリズム11の頂点近傍に集光される。合成プリズム11の頂点近傍は、集光レンズユニット8と凸レンズ10について蛍光体9と略共役の位置に配置されている。したがって、合成プリズム11の頂点近傍には蛍光体9上に形成されるスポットと相似形状の光源像が形成される。なお、2つの光源ユニットの光源像は合成プリズム11の頂点近傍において近接配置されており、近接配置された2つの光源ユニットからの光源像を合わせて1つの光源像として考えることもできる。
合成プリズム11の反射面によって反射された光は、平行化レンズ12によって平行光化され照明光学系Cに入射する。
照明光学系Cに入射した光が第1のフライアイレンズ13によって分割光束にされることで、第2のフライアイレンズ14近傍に再び光源像が形成される。第2のフライアイレンズ14は、平行化レンズ12と第1のフライアイレンズ13について光路合成系Bの合成プリズム11の頂点近傍と略共役の位置に配置されている。このため、第2のフライアイレンズ14の近傍に形成される光源像は、合成プリズム11の頂点近傍に形成される光源像と相似形状を有する。
なお、これまでの各素子の共役関係を整理すると第2のフライアイレンズ14が配置される位置は、合成プリズム11の頂点近傍を介して蛍光体9および第1のレンズ面アレイ61とも略共役関係である。したがって、第2のフライアイレンズ14の近傍に形成される光源像の形状は、第1のレンズ面アレイ61の各レンズ面と相似形状を有する。
第1のフライアイレンズ13からの分割光束は、第2のフライアイレンズ14およびコンデンサレンズ16、後述のダイクロイックミラー305等を介して液晶素子3上に集光および重畳される。
光源ユニットからの蛍光光は非偏光光であるので、光の利用効率を高めるために偏光変換素子15を第2のフライアイレンズ14の直後に配置している。偏光変換素子15は、第2のフライアイレンズ14を構成するレンズセルの約半分の幅を有する細長の偏光ビームスプリッタを複数並べ、偏光ビームスプリッタの射出面に1つおきに半波長板を配した構造を有する。なお、偏光変換素子15の構成は、前述の半波長板とはずれた位置に遮光部を1つおきに設けた構成であってもよい。
コンデンサレンズ16からの照明光は、光制御素子331に入射する。光制御素子331は、液晶素子等により構成され、光源部320から液晶素子3に向かう照明光の強度を変化させることが可能な素子である。光制御素子331により強度が制御された照明光は、ダイクロイックミラー305に向かう。なお、光制御素子331を設けずに、光源1の発光強度を変化させることで液晶素子3に向かう照明光の強度を変化させてもよい。
ダイクロイックミラー305は、マゼンタ光を反射してグリーン光を透過する。ダイクロイックミラー305により反射されたマゼンタ光はブルークロスカラー偏光子311に入射し、ここでブルー光にのみ半波長のリタデーションが与えられることで互いに偏光方向が直交するブルー光とレッド光が生成される。ブルー光とレッド光は偏光ビームスプリッタ310に入射し、ブルー光は偏光ビームスプリッタ310の偏光分離膜を透過してブルー用液晶素子3Bに導かれる。また、レッド色成分は偏光分離膜で反射されてレッド用液晶素子3Rに導かれる。
一方、ダイクロイックミラー305を透過したグリーン光は、光路長を補正するためのダミーガラス306を通過して偏光ビームスプリッタ307に入射し、その偏光分離膜で反射されてグリーン用液晶素子3Gに導かれる。
各液晶素子(3R,3G,3B)は、各画素の変調状態に応じて入射した光を変調するとともに反射する。レッド用液晶素子3Rにて変調されたレッド光は、偏光ビームスプリッタ310の偏光分離膜を透過してレッドクロスカラー偏光子312に入射し、ここで半波長のリタデーションが与えられる。そして、このレッド光は、偏光ビームスプリッタ308に入射し、その偏光分離膜で反射されて投影光学系304に向かう。
また、ブルー用液晶素子3Bによって変調されたブルー光は、偏光ビームスプリッタ310の偏光分離膜で反射され、レッドクロスカラー偏光子312をそのまま通過し、偏光ビームスプリッタ308に入射してその偏光分離膜で反射されて投影光学系304に向かう。グリーン用液晶素子3Gにより変調されたグリーン光は、偏光ビームスプリッタ307の偏光分離膜を透過し、光路長を補正するためのダミーガラス309を通過し、偏光ビームスプリッタ308に入射してその偏光分離膜を透過して投影光学系304に向かう。こうして投射光学系304には色合成されたレッド光、グリーン光およびブルー光が入射する。そして、色合成されたカラー光は、投影光学系304によってスクリーン等の被投射面313に拡大投射される。
なお、本実施例では、反射型液晶素子を用いる場合について説明するが、透過型液晶素子を用いてもよい。
図2には、反射型液晶素子(3R,3G,3B)の断面構造を示している。101はARコート膜、102はガラス基板、103は共通電極、104は配向膜、105は液晶層、106は配向膜、107は画素電極、108はSi基板である。
図1に示す液晶ドライバ303は、上述したサブフレーム駆動方式で各画素を駆動する。すなわち、1フレーム期間を時間軸上で複数のサブフレーム期間に分割し、階調データに応じてサブフレーム期間ごとに画素に対する所定電圧のオン(印加)とオフ(非印加)を制御することで該画素に階調を形成(表示)させる。1フレーム期間は、液晶素子に1フレーム画像が表示される期間である。本実施例では液晶素子を120Hzで駆動するものとして、1フレーム期間を8.33msとする。所定電圧のオンとオフは、第1の電圧(所定電圧)の印加と該第1の電圧より低い第2の電圧の印加と言い換えることもできる。
以下、液晶ドライバ303におけるサブフレーム期間の設定と階調データについて説明する。液晶ドライバ303をコンピュータにより構成し、コンピュータプログラムとしての液晶駆動プログラムに従って以下のサブフレーム期間の設定とサブフレーム期間ごとの所定電圧のオン/オフを制御するようにしてもよい。
図3には、本実施例における1フレーム期間の複数のサブフレーム期間(ビット長)への分割を示している。各サブフレーム上に記載された数値は、そのサブフレームの1フレーム期間内での時間重みを示す。本実施例では、96階調を表現する。また、ここでの説明では、時間重み1+2+4+8の期間をAサブフレーム期間(第1の期間)といい、Aサブフレーム期間にてバイナリ表現された階調を示すビットを下位ビットという。また、時間重み8の10個のサブフレーム期間をまとめてBサブフレーム期間(第2期間)といい、Bサブフレーム期間にてバイナリ表現された階調を示すビットを上位ビットという。時間重み1は0.087msに相当し、時間重み8は0.69msに相当する。
さらに、上述した所定電圧をオン(第1の電圧を印加)するサブフレーム期間をオン期間といい、所定電圧をオフする(第2の電圧を印加する)サブフレーム期間をオフ期間という。
図4には、図3に示したAサブフレーム期間の階調データを示す。縦軸は階調を、横軸は1フレーム期間を示す。Aサブフレーム期間では、16階調を表現する。図中の白いサブフレーム期間は画素が白表示状態となるように上述した所定電圧が印加されたオン期間を示し、黒いサブフレーム期間は画素が黒表示状態となるように所定電圧がオフされたオフ期間を示す。
図5には、本実施例におけるAおよびBサブフレーム期間(下位および上位ビット)の階調データを示している。この階調データは、全階調として96階調を表現するための階調データである。この階調データにおいて、1フレーム期間の時間中心にはAサブフレーム期間(下位ビット)が配置され、その前後にBサブフレーム期間(上位ビット)が1SF〜5SFと6SF〜10SFとに分割されて配置されている。つまり、Bサブフレーム期間が2つに分割され、それぞれのBサブフレーム期間に2つ以上のサブフレーム期間が含まれる。
この階調データによれば、液晶素子における互いに隣接する2画素である隣接画素に互いに隣接する2階調である隣接階調、例えば48階調と49階調を表示させる場合には、Aサブフレーム期間を48階調ではオン期間、49階調ではオフ期間とする。また、48階調では、Bサブフレーム期間のうち1SF,4SF,5SF,6SF,7SF,10SFをオフ期間とし、2SF,3SF,8SF,9SFをオン期間とする。一方、49階調では、Bサブフレーム期間のうち1SF,5SF,6SF,10SFをオフ期間とし、2SF,3SF,4SF,7SF,8SF,9SFをオン期間とする。そして、このような隣接階調を隣接画素に表示される際には、隣接画素においてオン期間とオフ期間とが重なるオン/オフ隣接期間が生ずる。具体的には、隣接画素に48階調と49階調を表示させる場合には、Bサブフレーム期間のうち4SFと7SFとがオン/オフ隣接期間となる。
ここで、本実施例の階調データを図22に示した従来(特許文献1)の階調データと比較する。図22の階調データではAサブレーム期間の後にBサブフレーム期間が1まとまりで継続しているが、図5に示す本実施例の階調データではAサブレーム期間の前後にBサブフレーム期間が分割して配置されている。例えば48階調と49階調に注目すると、図22ではBサブフレーム期間のうち5SFと6SFがオン/オフ隣接期間になっており、時間重みとして16のオン/オフ隣接期間が継続している。このことは、他の隣接階調である16階調と17階調、32階調と33階調、64階調と65階調、80階調と81階調等についても同じである。これに対して、図5に示す本実施例では、上記のいずれの隣接階調においても、Bサブフレーム期間においてオン/オフ隣接期間が継続するのは時間重みとてして8の1サブフレーム期間(=0.69ms)となっている。そして、この1サブフレーム期間であるオン/オフ隣接期間がAサブレーム期間を挟んで互いに離れて複数(2つ)存在する。
次に、本実施例のようにオン/オフ隣接期間が分散配置されることにより得られる効果について説明する。
まず、図6に示すようにマトリックス状に配置された画素が、全白表示状態から1画素ラインごとに白と黒が交互に表示される白黒表示状態に切り替わるときと、全黒表示状態から白黒表示状態に切り替わるときの液晶の応答特性について説明する。図6に示す4×4個の画素は、8μmの画素ピッチでマトリクス状に配置されている。全白表示状態では図6中のA画素ラインの画素およびB画素ラインの画素のいずれもが白を表示する。白黒表示状態では、A画素ラインの画素が白表示状態から黒表示状態に切り替わり、B画素ラインの画素が白表示状態のまま維持される。
図7には、液晶の応答特性を示している。横軸は画素の位置を、縦軸は各画素における明るさ(ただし、白を1としたときの比率)を示している。横軸の0〜8μmは図6に示したA画素ラインの画素を、8μm〜16μmはB画素ラインの画素を示している。複数の曲線は、全白表示状態から白黒表示状態への切り替え時点を0msとしたときの経過時間(0.3ms,0.6ms,1.0ms,1.3ms)ごとの明るさを示す。
上述したようにA画素ラインの画素が白表示状態から黒表示状態に切り替わるが、液晶におけるプレチルト角度の向きの関係からA画素ラインの画素はディスクリネーションの影響を受けずに比較的均一に明るさが変化していく(暗くなっていく)。一方、B画素ラインの画素では、全白表示状態ではディスクリネーションは発生していない。しかし、白黒表示状態になった後からディスクリネーションの影響を受けて時間の経過とともに徐々に明るさ曲線がいびつな形になり、特に12μm〜16μm付近で暗くなる(暗線が現れる)。
一般に、入力階調に対する液晶素子の駆動階調を決めるガンマ曲線(ガンマ特性)はディスクリネーションが発生しない液晶素子全面に同じ階調を表示させながらその階調を変化させた場合の応答特性を前提として作成される。このため、そのようなガンマ曲線を用いて液晶素子を駆動すると、白黒表示状態にてディスクリネーションが発生し、そのガンマ曲線に応じた本来の明るさよりも低い明るさしか得ることができない。
図8には、液晶素子を全白表示状態から白黒表示状態に切り替えたときのディスクリネーションの有無による明るさの変化を示している。横軸は切り替え時点からの経過時間を、縦軸はAおよびB画素ラインの画素のトータルな明るさの積分値(以下、単に明るさという)の変化を示す。明るさは、全白表示状態を1としたときの比率で示している。ディスクリネーションが発生する(「ディスクリネーション有り」の)場合には、A画素ラインの画素の明るさは図7の1〜6μm付近に示す応答特性に近い特性で変化し、B画素ラインの画素の明るさは全域100%の明るさで白が表示された状態となる。そして、この後の時間経過に伴い、ディスクリネーションが発生した場合の明るさの低下量はディスクリネーションが発生しない(「ディスクリネーション無し」の)場合の明るさの低下量に比べて大きくなっていく。
一方、全黒表示状態から白黒表示に切り替えるときには、図6に示したA画素ラインの画素よびB画素ラインの画素がともに黒表示状態から、A画素ラインの画素を黒表示状態としたままB画素ラインの画素を白表示状態とする。図9には、このときの液晶の応答特性を示している。横軸は画素の位置を、縦軸は各画素における明るさ(ただし、白を1としたときの比率)を示している。横軸の0〜8μmは図6に示したA画素ラインの画素を、8μm〜16μmはB画素ラインの画素を示している。複数の曲線は、全黒表示状態から白黒表示状態への切り替え時点を0msとしたときの経過時間(0.3ms,0.6ms,1.0ms,1.3ms)ごとの明るさを示す。
上述したようにB画素ラインの画素が黒表示状態から白表示状態に切り替わるが、B画素ラインの画素では、白表示状態になった後からディスクリネーションの影響を受けて時間の経過とともに徐々に明るさ曲線がいびつな形になる。そして、特に12μm〜16μm付近で暗くなる(暗線が現れる)。また、時間経過に伴って明るさ曲線のいびつな形が顕著になっていく。
先にも説明したように、一般に入力階調に対する液晶素子の駆動階調を決めるガンマ曲線(ガンマ特性)はディスクリネーションが発生しない液晶素子全面に同じ階調を表示させながらその階調を変化させた場合の応答特性を前提として作成される。このため、そのようなガンマ曲線を用いて液晶素子を駆動すると、白黒表示状態にてディスクリネーションが発生し、そのガンマ曲線に応じた本来の明るさよりも低い明るさしか得ることができない。
図10には、液晶素子を全黒表示状態から白黒表示状態に切り替えたときのディスクリネーションの有無による明るさの変化を示している。横軸は切り替え時点からの経過時間を、縦軸はAおよびB画素ラインの画素のトータルな明るさの積分値(以下、単に明るさといい、全白表示状態を1としたときの比率で示す)を示す。ディスクリネーションが発生しない(「ディスクリネーション無し」の)場合の明るさとしては、A画素ラインの画素は常に黒表示状態であり、B画素ラインの画素が黒表示状態から白表示状態に切り替わっていくときの明るさの変化を示している。一方、ディスクリネーションが発生する(「ディスクリネーション有り」の)場合は、図9に示したA画素ラインの画素とB画素ラインの画素の明るさの和の積分値の変化を示している。
図10において、ディスクリネーションが発生する場合は、ディスクリネーションが発生しない場合に比べて、時間経過に伴う明るさの増加量が少ない。すなわち、全黒表示状態から白黒表示状態に切り替わった後にディスクリネーションが発生する時間が長いほど、ディスクリネーションが発生しない場合に対してより暗くなる。
次に、図22に示した従来の階調データによってA画素ラインの画素に48階調を表示させ、B画素ラインの画素に49階調を表示させる場合について説明する。この階調データを用いる場合にディスクリネーションが発生する期間は、A画素ラインの画素が黒表示状態でB画素ラインの画素が白表示状態というディスクリネーション発生表示状態となるBサブフレーム期間における5SFと6SFである。5SFの前の4SFはA画素ラインの画素およびB画素ライン画素のいずれも白表示状態であり、ディスクリネーションは発生しない期間である。
5SFから6SFまでの液晶の応答特性は図8における「ディスクリネーション有り」に相当する特性となる。4SFでは全白表示状態であるため明るさは100%出力されており、5SFの開始時から6SFの終了時までの1.39msの間にディスクリネーションが発生するため、5SFの開始時が図8における0msに相当し、6SFの終了時が1.39msに相当する。このとき、明るさは、ディスクリネーションが発生しない場合の0.5に対して0.27まで低下する。前述したように全面同一階調を前提として作成されるガンマ特性を基準とすると、ディスクリネーションが発生する5SFから6SFまでに比率において54%(=0.27/0.5)と暗くなる。
一方、本実施例において、図5に示した階調データによってA画素ラインの画素(第2の画素)に48階調を表示させ、B画素ラインの画素(第1の画素)に49階調を表示させる場合について説明する。この階調データを用いる場合にディスクリネーションが発生する期間は、A画素ラインの画素とB画素ラインの画素が上記ディスクリネーション発生表示状態となるBサブフレーム期間における4SFと7SFである。4SFの前の3SFはA画素ラインの画素およびB画素ラインの画素がともに白表示状態であり、ディスクリネーションは発生しない期間である。
4SFでの液晶の応答特性は、図8における「ディスクリネーション有り」に相当する特性となる。3SFでは全白表示状態であるため明るさは100%出力されており、4SFの0.69msの間にディスクリネーションが発生するため、4SFの開始時が図8の0msに相当し、4SFの終了時が0.69msに相当する。このとき、明るさは、ディスクリネーションが発生しない場合の0.7に対して0.65までしか低下しない。
また、もう1つのディスクリネーションが発生するサブフレーム期間である7SFでの液晶の応答特性は、図10における「ディスクリネーション有り」に相当する特性となる。6SFでは全黒表示状態であるため明るさは0%であり、7SFの0.69msの間にディスクリネーションが発生するため、7SFの開始時が図10の0msに相当し、7SFの終了時が0.69msに相当する。このとき、明るさは、ディスクリネーションが発生しない場合の0.25に対して0.18までしか低下しない。
そして、4SFと7SFでディスクリネーションが発生しない場合の明るさの和は0.95(=0.70+0.25)となるのに対して、ディスクリネーションが発生する場合の明るさの和は0.83(=0.65+0.18)となる。全面同一階調を前提として作成されるガンマ特性を基準とすると、ディスクリネーション発生表示状態では比率で87%(=0.83/0.95)までしか暗くならない。すなわち、本実施例によれば、明るさの低下を抑制することができる。
次に、他の隣接階調を表示する場合について説明する。まず図22に示した従来の階調データによって図6に示したA画素ラインの画素に16階調を表示させ、B画素ラインの画素に17階調を表示させる場合について説明する。この階調データを用いる場合にディスクリネーションが発生する期間は、A画素ラインの画素が黒表示状態でB画素ラインの画素が白表示状態というディスクリネーション発生表示状態となるBサブフレーム期間における1SFと2SFである。
1SFから2SFまでの液晶の応答特性は、図10における「ディスクリネーション有り」に相当する特性となる。1SFの開始時から2SFの終了時までの1.39msの間にディスクリネーションが発生する。このため、1SFの開始時が図10における0msに相当し、2SFの終了時が1.39msに相当する。このとき、明るさは、ディスクリネーションが発生しない場合の0.5に対して0.27まで低下する。実施例1で述べたように全面同一階調を前提として作成されるガンマ特性を基準とすると、ディスクリネーションが発生する1SFから2SFまでに比率で54%(=0.27/0.5)と暗くなる。
一方、本実施例において、図5に示した階調データによってA画素ラインの画素(第2の画素)に16階調を表示させ、B画素ラインの画素(第1の画素)に17階調を表示させる場合について説明する。この階調データを用いる場合にディスクリネーションが発生する期間は、A画素ラインの画素とB画素ラインの画素が上記ディスクリネーション発生表示状態となるBサブフレーム期間における3SFと8SFである。3SFの前の2SFではA画素ラインの画素およびB画素ラインの画素のいずれも黒表示状態であり、ディスクリネーションは発生しない期間である。3SFでの液晶の応答特性は、図10における「ディスクリネーション有り」に相当する特性となる。2SFでは全黒表示状態であるため明るさは0%であり、3SFの0.69msの間にディスクリネーションが発生するため、3SFの開始時が図10の0msに相当し、3SFの終了時が0.69msに相当する。このとき、明るさは、ディスクリネーションが発生しない場合の0.25に対して0.18までしか低下しない。
また、もう1つのディスクリネーションが発生するサブフレーム期間である8SFでの液晶の応答特性も図10における「ディスクリネーション有り」に相当する特性となる。7SFでは全黒表示状態であるため明るさは0%であり、8SFの0.69msの間にディスクリネーションが発生するため、8SFの開始時が図10の0msに相当し、8SFの終了時が0.69msに相当する。このとき、明るさは、ディスクリネーションが発生しない場合の0.25に対して0.18までしか低下しない。
そして、3SFと8SFでディスクリネーションが発生しない場合の明るさの和は0.50(=0.25+0.25)となるのに対して、ディスクリネーションが発生する場合の明るさの和は0.36(=0.18+0.18)となる。全面同一階調を前提として作成されるガンマ特性を基準とすると、ディスクリネーション発生表示状態では比率で72%(=0.36/0.50)までしか暗くならない。すなわち、本実施例によれば、明るさの低下を抑制することができる。
このように、本実施例では、隣接階調を表示する際にディスクリネーション発生表示状態となるオン/オフ隣接期間を1フレーム期間内で複数互いに離して(分散させて)設けることで1つの連続したオン/オフ隣接期間を短くしている。すなわち、ディスクリネーションによる明るさ低下が大きくなる前に隣接画素でのディスクリネーション発生表示状態を他の表示状態に移行させる。これにより、ディスクリネーションを原因とした明るさ低下を抑制して暗線が目立たないようにすることができ、良好な画質の画像を表示することができる。
以上説明した液晶素子の駆動方法(以下、第1の駆動方法という)によってディスクリネーションの発生を抑制することが可能である。しかし、よりディスクリネーションによる暗線を目立たなくするために、本実施例では以下のような駆動方法(以下、第2の駆動方法という)も併せ用いる。また、本実施例では、動画の視認性を向上させるために動画を表示するためのフレーム(またはサブフレーム)間に、黒表示を行うフレーム(またはサブフレーム)を挿入する、いわゆる黒挿入を行う。
図11には、液晶ドライバ303の内部構成を示す。スケーラ400は、図1に示した映像入力部303aに相当し、DVIやHDMI(登録商標)等の不図示のレシーバーICを介して入力映像信号を取り込む。スケーラ400は、そのスケーリング機能により入力映像信号をダウンコンバートまたはアップコンバートして所定の画像フォーマットの入力画像データを出力する。動画データとしての入力画像データは、連続する複数の入力フレーム画像データにより構成されている。
駆動回路部303bはスケーラ400からの入力フレーム画像データを順次受け取り、液晶素子3(図1に示した3つの液晶素子3R,3G,3B)のそれぞれの各画素を駆動する、すなわち各画素に階調を表示させるための画素駆動信号を生成する。駆動回路部303bは、倍速回路411、ゲイン回路412、VTγ回路413、色ムラ回路414およびPWM回路415を含む。
倍速回路411は、各入力フレーム画像データをフレームメモリ(DDR)420に書き込み、倍速化した複数のフレーム画像データ(以下、倍速フレーム画像データという)を生成する。例えば、入力フレーム画像データの入力周波数が60Hzである場合に、120Hzで2つの倍速フレーム画像データを生成したり、240Hzで4つの倍速フレーム画像データを生成したりする。
ゲイン回路412は、倍速回路411からの倍速フレーム画像データに対してゲインをかける(ゲイン係数を乗じる)。ゲイン回路412は、倍速フレーム画像データごとにゲインを変化させることができる。倍速回路411とゲイン回路412は、画像データ生成手段を構成する。
VTγ回路413は、ゲイン回路412からの出力フレーム画像データに対して、液晶素子3の液晶の応答特性によって変化する階調特性に応じて必要な光学特性が得られるようにγ補正を行う。
色ムラ回路414は、VTγ回路413からのγ補正後の出力フレーム画像データに対して、液晶パネル3を含むプロジェクタの光学系において発生する色ムラの補正を行う。
PWM回路(駆動手段)415は、色ムラ補正回路414からの出力フレーム画像データに基づいて、液晶素子3を前述したサブフレーム駆動方式で駆動する。
ゲイン回路412の動作について具体的に説明する。例えば、液晶素子3における隣接画素に互いに隣接する階調である48階調と49階調を表示させる場合について説明する。ゲイン回路412に順次入力される倍速フレーム画像データのそれぞれにおいて上記隣接画素に対応する2つの隣接画素位置の画素データは48と49の階調を有する。以下の説明において、上記隣接画素位置の画素データを、隣接画素データという。
ゲイン回路412は、倍速回路411から120Hz(つまりは2倍速)で順次入力される倍速フレーム画像データにかけるゲインを、倍速フレーム画像データごとに図16(A)に示すように変化させる。すなわち、ゲインを、100%(第1のゲイン)→0%(黒挿入用ゲイン)→90%(第1のゲインより低い第2のゲイン)→0%(黒挿入用ゲイン)と循環的に変化させる。これにより、Nフレームにおいて、100%ゲインの第1の表示用画像データとしての出力フレーム画像データ(1st)が生成され、次に0%ゲインの黒挿入用画像データとしての出力フレーム画像データ(2nd)が生成される。また、次のN+1フレームにおいて、90%ゲインの第2の表示用画像データとしての出力フレーム画像データ(1st)が生成され、次に0%ゲインの黒挿入用画像データである出力フレーム画像データ(2nd)が生成される。
100%ゲインの出力フレーム画像データ(以下、明出力フレーム画像データという)における隣接画素データの階調は48と49となる。一方、90%ゲインの出力フレーム画像データ(以下、暗出力フレーム画像データという)における隣接画素データの階調は43と44となる(小数点以下は四捨五入した)。このように明出力フレーム画像データと黒挿入用ではない暗出力フレーム画像データとを交互に供給して液晶素子3を駆動することを、明暗駆動という。この明暗駆動により、以下に詳しく説明するように、ディスクリネーションによって生じた暗線を表示画像(投射画像)においてより目立ちにくくすることができる。なお、ゲイン回路412は、N+2フレーム以降のフレームにおける第1および第2のゲインの和を、NおよびN+1フレームにおける第1および第2のゲインの和(100%+90%=190%)と同じに維持する。
図13(A)には、明出力フレーム画像データと黒挿入用の出力フレーム画像データ(以下、黒挿入フレーム画像データという)のみに基づいて液晶素子3を駆動した場合のNおよびN+1フレームの表示画像(以下、明表示画像という)と黒挿入画像を示す。図13(C)には、本来表示されるべき表示画像を示している。図13(A)において、NおよびN+1フレームの明表示画像はともに上端から下端までの間に0〜64階調を有している。図の最も右側には、NおよびN+1フレームを連続して観察する観察者によって視認される画像(以下、視認画像という)を示している。この図では、NおよびN+1フレームの明表示画像において互いに対応する画素位置の画素は互いに同じ階調を有する。この結果、NフレームおよびN+1フレームのいずれの明表示画像にも、16−17階調、32−33階調および48−49階調等の位置にディスクリネーションによる暗線が現れている。なお、図では分かり易くするために暗線を濃く示しているが、実際には前述した第1の駆動方法で液晶素子3を駆動しているので、薄く暗線が現れているにすぎない。しかし、観察者は暗線として視認可能である。
図13(B)には、明出力フレーム画像データおよび黒挿入フレーム画像データに対応する明表示画像および黒挿入画像に加えて、暗出力フレーム画像データに基づいて液晶素子3を駆動した場合の表示画像(以下、暗表示画像という)を示す。Nフレームの明表示画像は、100%ゲインに対応する0〜64階調を上端から下端まで間に有する。これに対して、N+1フレームの暗表示画像は、90%ゲインに対応する0〜58階調を上端から下端までの間に有する。これにより、Nフレームでのディスクリネーションによる暗線の位置とN+1フレームでの暗線の位置とが互いに異なる(ずれる)ことになる。例えば、Nフレームでの暗線の位置(48−49階調の位置)aと、N+1フレームでの暗線の位置bとがずれる。したがって、図の最も右側に示す視認画像においては、NフレームとN+1フレームとで暗線の濃さが平均化されることで、暗線が各フレームの約1/2の濃さとなる。この結果、第1の駆動方法で液晶素子3を駆動するだけの場合よりも暗線をより目立ちにくくすることができる。
図14(A),(B)には、具体的な表示画像の例を示している。図14(C)には、本来表示されるべき表示画像を示している。図14(A)は、図13(A)で説明したようにNフレームおよびN+1フレームにおいて表示される明表示画像を示す。また、図の最も右側には、視認画像を示している。NフレームとN+1フレームにおけるディスクリネーションによる暗線の位置が同じであるので、視認画像においても暗線がある程度目立つ。
これに対して、図14(B)には、図13(B)で説明したようにNフレームおよびN+1フレームのそれぞれにおいて表示される明表示画像および暗表示画像を示す。また、図の最も右側には、視認画像を示している。各表示画像において外側の最も明るい階調は、Nフレームの明表示画像における64に対して、Nフレームの暗表示画像では58となっており、Nフレームでのディスクリネーションによる暗線の位置とN+1フレームでの暗線の位置とは互いにずれている。このため、図の最も左側に示す視認画像では、NフレームとN+1フレームとで暗線の濃さが平均化されることで、暗線がほぼ目立たなくなっている。
このように第2の駆動方法では、明および暗出力フレーム画像データを互いに対応する画素位置の画素データ同士が互いに異なる階調を有するように生成し、NおよびN+1フレームにおいてこれら明および暗出力フレーム画像データにより液晶素子3を駆動する。これにより、NおよびN+1フレームでの暗線の位置を互いにずらして、視認画像において暗線を目立たなくすることができる。
ここまでは、ゲイン回路412が倍速回路411から2倍速で順次入力される倍速フレーム画像データにかけるゲインを倍速フレーム画像データごとに変化させる場合について説明したが、倍速値はこれに限らない。例えば、倍速回路411から240Hz(つまりは4倍速)で順次入力される倍速フレーム画像データにかけるゲインを倍速フレーム画像データごとに変化させてもよい。この場合、例えば、図12(B)に示すようにNフレームの1st倍速フレーム画像データにかけるゲインを100%とし、2nd倍速フレーム画像データにかけるゲインを黒挿入用の0%とする。さらに同じNフレームの3rd倍速フレーム画像データにかけるゲインを90%とし、4th倍速フレーム画像データにかけるゲインを黒挿入用の0%とする。1st倍速フレーム画像データと3rd倍速フレーム画像データは、同じ入力フレーム画像データから生成された画像データであり、互いに同じ画像データである。同様に、N+1フレームの1st、2nd、3rdおよび4th倍速フレーム画像データにかけるゲインをそれぞれ、100%、0%、90%および0%とする。
また、図12(A),(B)の例では、明および暗出力フレーム画像データの生成に用いるゲインを100%と90%で繰り返し変化させる場合について説明した。しかし、明出力および暗出力フレーム画像データを生成するごとにこれらに対するゲインのうち少なくとも一方を変更してもよい。例えば、図12(A)の例において、Nフレームでのゲインを100%、N+1フレームでのゲインを90%、N+2フレームでのゲインを97.5%、N+3フレームでのゲインを92.5%としてもよい。これにより、ディスクリネーションの発生位置が連続した4つのフレームにおいて互いに異なり、視認画像における暗線の濃さを各フレームでの濃さの約1/4とすることができる。この場合、明出力および暗出力フレーム画像データに対するゲインの変更前の和と変更後の和が同じになるようにこれらゲインを変更することが望ましい。これにより、ゲインの変化に伴う表示画像の明るさの変動を目立ちにくくすることができる。
なお、明出力フレーム画像データに対するゲインと暗出力フレーム画像データに対するゲインの差は、明出力フレーム画像データに対するゲインの2%以上、20%以下であることが望ましい。
また、上記は黒挿入の説明を行ったが、明暗駆動でも同様の効果が得られる。明暗駆動の場合は、明暗駆動の明るいフレームは黒挿入の場合の表示フレーム(黒挿入では無いフレーム)と同様なゲイン設定を行うことで効果を得ることができる。また、明暗駆動の暗いフレーム(例えば、黒挿入時の0%ゲインよりも高いゲインとする)も同様なゲイン設定をフレーム毎に変更することである程度の効果を得ることができる。したがって、明暗駆動の明るいフレームと暗いフレーム共に、本実施例の黒挿入で行ったようにフレーム毎にゲインを変更することで、ディスクリネーションを低減する効果を得ることができる。
なお、黒挿入用ゲインは、0%以上80%未満であって、上述した第1および第2のゲインよりも低いゲインであればよい。また、黒挿入フレーム画像データに基づいて液晶素子3が駆動されている場合は、明出力フレーム画像データに基づいて液晶素子3が駆動されている場合よりも液晶素子3に入射する照明光の強度を低くしてもよい。例えば、黒挿入フレーム画像データに基づいて液晶素子3が駆動されているときは、上記照明光の強度を0%としてもよい。この際の暗出力フレーム画像データに対するゲインは、その直前の明出力フレーム画像データに対するゲインと同じでもよいし、黒挿入用ゲインである0%以上80%未満のゲインとしてもよい。
また、本実施例では、明出力フレーム画像データと暗出力フレーム画像データとの間に黒挿入フレーム画像データを挿入して黒挿入を行うことで、動画の視認性を向上させることができる。ただし、明暗駆動と黒挿入とを組み合わせて行うことで、投射画像においてフレーム周期のフリッカ(明暗のちらつき)が目立ちやすくなる。図15は、図12(A)に示した2倍速駆動によって切り替わる明表示画像、黒挿入画像、暗表示画像および黒挿入画像を示す。明表示画像が30Hzで表示され、その間に黒挿入画像、暗表示画像が表示されることで、30Hzのフリッカが視認されやすくなる。
このため、光源制御部(制御手段)330は、液晶素子3に入射する照明光の強度(光量)がフレームごとに変化するように光源部320の発光強度(明るさ)をフレームごとに変化させる。具体的には、液晶素子3が明出力フレーム画像データおよび黒挿入フレーム画像データにより駆動されるNフレームでは、暗出力フレーム画像データおよび黒挿入フレーム画像データにより駆動されるN+1フレームよりも光源部320の発光強度を低くする。これにより、明表示画像の明るさを暗表示画像に近づけて、フリッカを目立ちにくくする。なお、図12(B)に示した4倍速駆動では、各フレームのうち明出力および黒挿入フレーム画像データにより駆動される1/2フレームで、暗出力および黒挿入フレーム画像データにより駆動される1/2フレームよりも光源部320の発光強度を低くする。光源部320の発光強度を変えるために、本実施例では、例えば、図12(B)の最初の1stゲイン100%と2ndゲイン0%のときに光源を暗くし、3rdゲイン90%と4thゲイン0%のときに光源を明るくする。
ただし、液晶素子3が線順次駆動方式で駆動される場合には、以下のように光源部320の発光強度を制御する必要がある。図16(A),(B)を用いて、線順次駆動方式で液晶素子3が駆動される場合における液晶素子3の表示画素行(以下、表示エリアという)ごとの光源部320の明るさの制御について説明する。線順次駆動方式では、液晶素子3の上側の表示エリアから順次、画像が表示される。図16(A)には、代表的な表示エリアとして上側の1st表示エリア、中央の2nd表示エリアおよび下側の3rd表示エリアを示す。1st表示エリア→2nd表示エリア→3rd表示エリアの順で画像が表示される。
Nフレームの明表示画像および黒挿入画像とN+1フレームの暗表示画像および黒挿入画像はそれぞれ120Hzで表示され、それぞれの表示に8.3msを要する。図16(B)は、横軸を時間として、各表示エリアの表示タイミングを示している。各画像において1st、2ndおよび3rd表示エリアに表示される画像部分(画像ライン)をそれぞれ、1st、2ndおよび3rd画像エリアという。液晶素子3の1st表示エリアにNフレームの明表示画像の1st画像エリアが表示されると、そこから8.3msの約半分の時間が経過した時点で2nd表示エリアに明表示画像の2nd画像エリアが表示される。さらにそこから8.3msの約半分の時間が経過した時点で、3rd表示エリアに明表示画像の3rd画像エリアが表示される。Nフレームの黒挿入画像とN+1フレームの暗表示画像および黒挿入画像のそれぞれの1st、2ndエリアおよび3rd画像エリアも同様にして、液晶素子3の1st、2ndおよび3rd表示エリアに順次表示される。以降のフレームでも同様である。
この場合の光源部320の明るさ変化を図17に示す。光源制御部330は、Nフレームでは光源部320の明るさを90%とし、N+1フレームでは光源部320の明るさを100%とする。以降のフレームでも、この光源部320の明るさ変化を繰り返す。
図18(A)に示すように、各フレームでは光源部320の明るさと液晶素子3の各表示エリアの明るさ(ゲイン)との積に相当する明るさの画像が表示される。
Nフレームの明表示画像を表示するために、液晶素子3の明るさ(ゲイン)100%を3rd表示エリアでの表示時間が終了するNフレームの最後(16.6ms)付近まで維持する必要がある。これに対して、光源部320の明るさはNフレームの間は90%に維持されるため、図18(B)に示すように、明表示画像の明るさは90%となる。また、N+1フレームの暗表示画像を表示するために、液晶素子3の明るさ(ゲイン)90%を3rd表示エリアでの表示時間が終了するN+1フレームの最後(16.6ms)付近まで維持する必要がある。これに対して、光源部320の明るさはN+1フレームの間は100%に維持されるため、暗表示画像の明るさも90%となる。
すなわち、照明光の強度を、液晶素子3が明出力および暗出力フレーム画像データのそれぞれの最初の画像ラインに基づいて駆動される際に変更する。言い換えれば、液晶素子3が明出力または暗出力フレーム画像データとこれに続く黒挿入フレーム画像データに基づいて駆動される間は照明光の強度を変更しない。この結果、Nフレームの明表示画像の明るさが、N+1フレームの暗表示画像の明るさに近づき(等しくなり)、フリッカが目立たなくなる。
図23のフローチャートには、コンピュータとしての光源制御部330がコンピュータプログラムに従って行う上述した光源制御の処理を示す。ここでは、図17に示すようにフレームごとに光源部320の明るさを変化させる場合について説明する。
ステップS1においてユーザによる操作等によって画像投射開始の指示がなされると、ステップS2において光源制御部330はゲイン回路410が設定したNフレームでのゲイン(100%)とN+1フレームでのゲイン(90%)を読み込む。
次にステップS3では、光源制御部330は、次に液晶素子3に表示されるフレームがNフレームかN+1フレームかを判定する。Nフレームである場合はステップS4に進み、N+1フレームである場合はステップS5に進む。
ステップS4では、光源制御部330は、液晶素子3にNフレームが表示されるのに同期して光源部320を90%の明るさで駆動する。一方、ステップS5では、光源制御部330は、液晶素子3にN+1フレームが表示されるのに同期して光源部320を100%の明るさで駆動する。
そして、光源制御部330は、ステップS6において画像投射停止の指示がなされたか否かを判定し、指示がなされていない場合はステップS3に戻って光源部320の明るさ制御を継続し、指示がなされた場合は本処理を終了する。
以上説明したように、本実施例では、ディスクリネーションによる画質低下を抑えるための明暗駆動と動画視認性を向上させるための黒挿入とを組み合わせて行う場合に、フリッカも目立たせることなく良好な表示画像を提示することができる。
(その他の実施例)
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
(その他の実施例)
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。
3 液晶素子
303 液晶ドライバ
320 光源
330 光源制御部
303 液晶ドライバ
320 光源
330 光源制御部
Claims (14)
- 光源からの照明光が入射する液晶素子を駆動する液晶駆動装置であって、
連続して入力される入力フレーム画像データのそれぞれから表示用画像データを生成する画像データ生成手段と、
前記表示用画像データに基づいて、1フレーム期間に含まれる複数のサブフレーム期間のそれぞれにおいて前記液晶素子の各画素に対する第1の電圧の印加と該第1の電圧より低い第2の電圧の印加を制御することで前記各画素に階調を表示させる駆動手段と、
前記照明光の強度を制御する制御手段とを有し、
前記画像データ生成手段は、互いに異なる又は同じ前記入力フレーム画像データに対して第1のゲインおよび該第1のゲインよりも低い第2のゲインをかけて第1の表示用画像データおよび第2の表示用画像データを生成し、前記第1および第2の表示用画像データをそれらの間に黒挿入用画像データを挿入して順次、前記駆動手段に出力し、
前記制御手段は、前記液晶素子が前記第1の表示用画像データに基づいて駆動される際に前記第2の表示用画像データに基づいて駆動される際より前記照明光の強度を低くすることを特徴とする液晶駆動装置。 - 前記制御手段は、前記光源の発光強度を低くすることで前記照明光の強度を低くすることを特徴とする請求項1に記載の液晶駆動装置。
- 前記光源と前記液晶素子との間に、前記照明光の強度を変化させる光制御素子を有し、
前記制御手段は、前記光制御素子を制御して前記前記照明光の強度を低くすることを特徴とする請求項1に記載の液晶駆動装置。 - 前記画像データ生成手段は、前記第1および第2の表示用画像データを生成するごとに前記第1および第2のゲインのうち少なくとも一方を変更することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の液晶駆動装置。
- 前記画像データ生成手段は、前記第1および第2のゲインの変更前の和と変更後の和が同じになるように前記第1および第2のゲインを変更することを特徴とする請求項4に記載の液晶駆動装置。
- 前記第1および第2のゲインは、前記第1のゲインの2%以上、20%以下の差を有することを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の液晶駆動装置。
- 前記黒挿入用画像データのゲインは、0%以上80%未満であって、前記第1および第2のゲインよりも低いことを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の液晶駆動装置。
- 前記制御手段は、前記液晶素子が前記黒挿入用画像データに基づいて駆動されているときに、前記第1の表示用画像データに基づいて駆動されているときよりも前記照明光の強度を低くすることを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の液晶駆動装置。
- 前記制御手段は、前記液晶素子が前記黒挿入用画像データに基づいて駆動されているときに、前記照明光の強度を0%とすることを特徴とする請求項8に記載の液晶駆動装置。
- 前記駆動手段は、前記液晶素子を線順次駆動方式で駆動し、
前記制御手段は、前記照明光の強度を、前記液晶素子が前記第1および第2の表示用画像データのそれぞれの最初の画像ラインに基づいて駆動される際に変更することを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載の液晶駆動装置。 - 前記制御手段は、前記液晶素子が前記第1または第2の表示用画像データとこれに続く前記黒挿入用画像データに基づいて駆動される間は前記照明光の強度を変更しないことを特徴とする請求項10に記載の液晶駆動装置。
- 前記光源は、固体光源であることを特徴とする請求項1から11のいずれか一項に記載の液晶駆動装置。
- 請求項1から12のいずれか一項に記載の液晶駆動装置と、
前記液晶素子とを有することを特徴とする画像表示装置。 - 光源からの照明光が入射する液晶素子を駆動する方法であって、
連続して入力される入力フレーム画像データのそれぞれから表示用画像データを生成する画像データ生成ステップと、
前記表示用画像データに基づいて、1フレーム期間に含まれる複数のサブフレーム期間のそれぞれにおいて前記液晶素子の各画素に対する第1の電圧の印加と該第1の電圧より低い第2の電圧の印加を制御することで前記各画素に階調を表示させる駆動ステップと、
前記照明光の強度を制御する制御ステップとを有し、
前記画像データ生成ステップにおいて、互いに異なる又は同じ前記入力フレーム画像データに対して第1のゲインおよび該第1のゲインよりも低い第2のゲインをかけて第1の表示用画像データおよび第2の表示用画像データを生成し、前記第1および第2の表示用画像データをそれらの間に黒挿入用画像データを挿入して順次、前記駆動ステップで前記液晶素子を駆動し、
前記制御ステップにおいて、前記液晶素子が前記第1の表示用画像データに基づいて駆動される際に前記第2の表示用画像データに基づいて駆動される際より前記照明光の強度を低くすることを特徴とする液晶駆動方法。
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