JP3869953B2

JP3869953B2 - ウォブリング技術を用いた表示方法

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Publication number: JP3869953B2
Application number: JP27008898A
Authority: JP
Inventors: 敏朗遠藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-09-24
Filing date: 1998-09-24
Publication date: 2007-01-17
Anticipated expiration: 2018-09-24
Also published as: JP2000098966A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶、プラズマ、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）等のように、離散的な表示位置に配置されたマトリクス状の画素を用いた画像表示方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ハイビジョンテレビ放送の普及、コンピュータの高性能化などの動きとともに、ディスプレイの高精細化の傾向が急速に高まってきている。しかし、液晶、プラズマ、ＥＬ等の表示装置は、モザイク状、ドット状等の離散的な画素配列を持つため、ＮＴＳＣ方式等で線順次走査の画像表示を行なう際、本来アナログ信号であるべき輝度信号が粗くサンプリングされて水平方向の位置情報が欠落してしまう問題がある。
【０００３】
また、表示装置が映像信号の走査線数だけ垂直方向に実装できない場合、走査線の情報を欠落するか、あるいは同一画素上に上書きするために、垂直方向の解像度を低下させていた。例えば、ＮＴＳＣ方式での１フレームの画像は、偶数本目の走査線と奇数本目の走査線からそれぞれ成る２つのフィールドで形成され、フレーム周波数は３０Ｈｚ（フィールド周波数は６０Ｈｚ）である。その画像をＴＦＴ液晶パネルで駆動する場合、現状では、ＮＴＳＣ方式の走査線数５２５本を実装できないため、奇数フィールドと偶数フィールドを同一画素に書き込む等の方法をとっている。このため、垂直解像度がＮＴＳＣ方式の原信号に対して低下することになる。
【０００４】
そこで、図１０に示すように、ウォブリング技術（画素ずらし）を採用して、奇数フィールドと偶数フィールドの画像を空間的にずらすことにより、画素数を見かけ上２倍にすることで垂直解像度を向上させる方法が提案されている。つまり、偶数フィールド画面の画素位置を水平走査線間の領域にシフト（１／２行分シフト）し、奇数フィールド画面の画素位置を水平走査線上にそのまま残しておけば、垂直解像度は２倍になる。
【０００５】
こうしたウォブリング素子としては、例えば特開平７−２０４３２号公報に挙げられるような液晶素子（位相制御素子）が用いられることが知られている。すなわち、この液晶素子を水晶板等の複屈折媒体（光学的異方体）と組み合わせて、ウォブリングされるべき表示素子等の光路中に配し、印加電圧の切り換えによって液晶素子への入射光の位相を変調して偏光面を回転させ、この回転の有無によって液晶素子からの出射光を複屈折媒体の複屈折効果で光軸を選択的に所定方向（ウォブリング方向）へずらすようにしている（図８（ａ））。
【０００６】
また、図８（ａ）は、ＦＬＣ異常光軸が表示素子の偏光方向と一致している場合であり、図８（ｂ）は、ＦＬＣ異常光軸が表示素子の偏光方向と４５度の角度をなしている場合を示している。
【０００７】
図８（ａ）、（ｂ）は、ウォブリング素子を組み込んだ光学装置の一例を概略的に示すものである。
【０００８】
この例は、同一光路中に光の進行方向に沿って順次配置された液晶表示素子（ＬＣＤ）２と、位相変調光学素子（位相制御素子）としての強誘電性液晶素子（ＦＬＣ）３と水晶板等の透明基板からなる複屈折媒体４との組み合わせによって構成されている。ここで、理解容易のために、各構成要素は、液晶表示素子ＬＣＤの１つの構成表示画素５に対応した区画について、それぞれ示されており、また、液晶配向膜等は、図示を省略している（以下、同様）。
【０００９】
上記ＬＣＤ２の画素５は、全体としてモザイク状等の離散的な画素配列からなっており、また、使用される液晶はＴＮ（ツイストネマチック）、ＳＴＮ（超ツイストネマチック）、ＳＨ（スーパーホメオトロピック）、更にはＦＬＣ等からなっている。このＬＣＤ２は、図示を省略したが、公知の如く、パネル自身に偏光板を有し、出力光６は、直線偏光を有している。
【００１０】
そして、この直線偏光６に対し、上記のＦＬＣ３と複屈折媒体４とで構成されるウォブリング素子（絵素ずらし素子）７によって平行方向又は垂直方向に絵素ずらしが行なわれる。
【００１１】
このためには、ＦＬＣ素子３の一つの異常光軸８を表示画素５の偏光面９と平行あるいは垂直となるように配置し、更に、等価的に一軸性の光学軸（一軸的な光学異方性）を有する透明基板４の異常光軸１０のＸ−Ｙ面（入射側）への射影成分を偏光面９に対し、平行（Ｙ方向）あるいは垂直（Ｘ方向）に配置している。
【００１２】
ＦＬＣ素子３に用いる液晶は、ビデオレートで高速スイッチング可能なものであって、カイラルスメクチック液晶等が挙げられ、また、複屈折媒体４には、水晶板等が使用可能である。ただし、ＦＬＣに代えて反強誘電性液晶（ＡＦＬＣ）や、電傾効果を示すスメクチック液晶（例えば、スメクチックＡ）も有効であり、また、水晶板以外の複屈折素子も勿論使用可能である。
【００１３】
次に、この表示装置におけるウォブリング動作を概略的に説明する。
【００１４】
まず、図８（ａ）のように、強誘電性液晶素子３のスイッチ状態が状態１の場合、表示素子２側から照射される光６の偏光面９と強誘電性液晶素子３の異常光軸８が平行なため、透過光１１は、偏光面を維持したまま複屈折を有する水晶板４に照射される。水晶板４では、入射偏光面内に水晶の異常光軸１０を含むため、Ｙ軸方向に偏光している光は、水晶板４の異常光軸１０の傾いている方向へ屈折し、再び空気層へ出射光１２として出るとき光軸と平行になり、入射光の光軸とのずれがＹ方向に生じる。
【００１５】
一方、図８（ｂ）のように、強誘電性液晶素子３のスイッチ状態が状態２の場合、偏光面９と異常光軸８が約４５度の角を成しているため、透過光１１は異常光軸の向きに回転し、直線偏光（Ｙ軸方向）→楕円偏光→円偏光→楕円偏光→直線偏光（Ｘ軸方向）と強誘電性液晶素子３内を変化し、偏光面は初期状態から９０度回転し、水晶板４に照射される。水晶板４では、入射偏光面に水晶の異常光軸１０を含まないため、光１１は屈折しないでそのままの光軸を維持し、再び空気層へ出射光１２として出る。
【００１６】
このように、ＦＬＣ３のスイッチ状態、即ち、状態１と状態２での水晶板４による屈折の有無で光軸をずらし、この光軸のずれを絵素ずらしの動作原理として用いることができる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、微細化技術が日々進歩している現在、表示装置が映像信号の走査線数と同等あるいはそれ以上の水平走査線を有すると、垂直解像度の向上という効果はなくなり、また水平解像度はなんら変わらないという解決すべき課題がある。
【００１８】
また、マトリックス状に配置された画素を用いた表示方法において、より動画に対応し滑らかな映像表示を可能とする方法が求められている。
【００１９】
また更に、フリッカを目立たなくする表示方法も、求められている。
【００２０】
［発明の目的］
本発明の目的は、マトリックス状に配置された画素を用いた表示方法において、解像度を向上し、より動画に対応し滑らかな映像表示を可能とし、更にフリッカを目立たなくする表示方法を提供することにある。
【００２１】
すなわち、本発明の目的は、映像信号の走査線数に対してもはや十分な垂直解像度を有する表示装置において、表示画素をウォブリングするシフト量を画素の列方向に行間隔分とすることにより、水平解像度を向上することにある。
【００２２】
さらに、フレームメモリ、倍速駆動を用いることにより、２つの表示画面で１フィールドの映像を形成することで、より動画に対応し滑らかな映像表示を行なうことにある。
【００２３】
また、前記のウォブリングによる表示方法を液晶表示装置に適用する場合、液晶にＤＣ成分がかかることを防ぐため、表示画面を切り替えるごとに映像信号の極性を反転して駆動するが、画素にかかる電圧が、正転側と反転側とで異なると、ウォブリングしたフィールド間で輝度差が生じ、例えば３０Ｈｚのフリッカ（ちらつき）が目立つようになる。そこで、２つの表示画面で１フィールドの映像を形成することで、フリッカの周期を２倍（例えば６０Ｈｚ）にすることにより、フリッカを目立たなくすることにある。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述した課題を解決するための手段として、マトリックス状に配置された表示画素を用いた画像の表示方法において、映像信号に同期して表示画素をシフトするウォブリング技術、フレームメモリ及び倍速駆動を用いて、あるフィールドの映像信号を表示している画素の位置に対して、次のフィールドの映像信号を表示するときの画素を、該画素の隣接する行あるいは列の間隔だけシフトしてウォブリングし、前記あるフィールドの映像信号を表示した奇数フィールドαの表示画面と前記次のフィールドの映像信号をウォブリングして表示した奇数フィールドβの表示画面を合成して、１奇数フィールドの画像を形成して表示することを特徴とするウォブリング技術を用いた表示方法を提供するものである。
【００２５】
また、本発明は、マトリックス状に配置された表示画素を用いた画像の表示方法において、映像信号に同期して表示画素をシフトするウォブリング技術、フレームメモリ及び倍速駆動を用いて、あるフィールドの映像信号を表示している画素の位置に対して、次のフィールドの映像信号を表示するときの画素を、該画素の隣接する行あるいは列の間隔だけシフトしてウォブリングし、前記あるフィールドの映像信号を表示した偶数フィールドαの表示画面と前記次のフィールドの映像信号をウォブリングして表示した偶数フィールドβの表示画面を合成して、１偶数フィールドの画像を形成して表示することを特徴とするウォブリング技術を用いた表示方法を提供するものである。
【００２６】
また、インターレース信号の画面走査線を用い、映像走査線１本分の信号を表示装置の画素２行にわたって書き込んで、まず、偶数フィールド画面を表示し、次に、奇数フィールドに対応した画像を表示する際、ウォブリングにより、列方向に、画素の行間隔分シフトする、ことを特徴とするウォブリング技術を用いた表示方法でもある。
【００２７】
また、上記ウォブリングにより、行方向に、画素の列間隔分シフトする、ことを特徴とするウォブリング技術を用いた表示方法でもある。
【００２８】
また、フレームメモリ、倍速駆動を用いることにより、２つの表示画面で上記１フィールドの画像を形成する、ことを特徴とするウォブリング技術を用いた表示方法でもある。
【００２９】
また、奇数フィールドαの画面と、ウォブリングした奇数フィールドβの画面を合成することにより、１奇数フィールドを表す、ことを特徴とするウォブリング技術を用いた表示方法でもある。
【００３０】
また、前記奇数フィールドが偶数フィールドであることを特徴とする請求項６記載のウォブリング技術を用いた表示方法でもある。
【００３１】
また、液晶表示装置において、表示画面を切り替えるごとに映像信号の極性を反転して駆動する際に、２つの表示画面で上記１フィールドの映像を形成することで、フリッカの周期を２倍にする、ことを特徴とするウォブリング技術を用いた表示方法でもある。
【００３２】
また、１フレームの間に２回ウォブリングする倍速駆動を行う、ことを特徴とするウォブリング技術を用いた表示方法でもある。
【００３３】
また、ノンインタレース信号の画面走査線のサンプリングを、液晶表示装置の水平走査線に順に割り当てて、その表示画面をフィールドαとし、次に、該画面走査線のサンプリングを１本ずらして該液晶表示装置の水平走査線に信号を割り当ててウォブリングし、その表示画面をフィールドβとし、該フィールドαとβとを合成して１つのフィールドの映像を表示する、ことを特徴とするウォブリング技術を用いた表示方法でもある。
【００３４】
［作用］
本発明によれば、映像信号に同期して表示画素をシフトするウォブリング技術（画素ずらし）において、あるフィールドの映像信号を表示している画素の位置に対して、次のフィールドの映像信号を表示するときの画素を、隣接する行あるいは列の間隔だけシフトして表示することにより、水平解像度、あるいは垂直解像度を向上することができる。
【００３５】
また、ウォブリングによる表示方法において、フレームメモリ、倍速駆動を用いることにより、２つの表示画面で１フィールドの映像を形成することで、動画に対応した滑らかな映像表示を行なうことができる。
【００３６】
さらに、液晶表示装置に適用する場合、表示画面を切り替えるごとに映像信号の極性を反転して駆動する場合に、倍速駆動において反転することにより、フリッカを抑えることができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
［実施形態１］
図１は、本実施形態の画素表示方法を説明するための模式図であり、左側にＮＴＳＣ方式の、水平走査線５２５本を有する映像信号を示し、この映像信号を、右側に示す、垂直方向画素ピッチ１０μｍ、水平方向画素ピッチ２０μｍの画素１を有する液晶表示装置で表示する場合を示す図である。
【００３８】
図９は、このような液晶表示装置として、ノーマリホワイトのＴＮ液晶表示素子を用いた場合の原理構成図である。
【００３９】
図９において、ウォブリング素子は、強誘電性液晶素子３と、複屈折媒体４との組み合わせであり、この素子を制御することにより、表示画素を、見かけ上、任意の方向にシフトすることができる。
【００４０】
図９に示すノーマリーホワイトのＴＮ液晶表示素子の場合、ＴＮ液晶に電界が印加されない状態で光源からの光が透過するものである。ここでは、バックライト１７−偏光板１８−ＴＮ液晶２−偏光板１９の組み合わせ、或は、反射板−偏光板１８−ＴＮ液晶２−偏光板１９の組み合わせが従来と同様のＴＮ液晶ＴＮ液晶表示素子を示す。そして、ＴＮ液晶素子２、強誘電性液晶素子３には、それぞれ、透明電極がその両面に配置してあるのは言うまでもない。
【００４１】
この場合、電界強度が増大するにつれてＴＮ液晶２のねじれが解除され、徐々に偏光板を通して光がもれ、諧調表示が実現されるが、いずれの透過光も強誘電性液晶素子３の前で偏光板１９により同一の直線偏光になるため、上述した動作原理に従って、絵素ずらしを行なうことができる。
【００４２】
本実施形態では、図１（ａ）のように、奇数フィールドの走査線数２６２本に対して液晶表示装置の画素１は十分な水平走査線を有するので、映像走査線１本分の信号を表示装置の画素２行にわたって書き込み、奇数フィールド画面を表示している。
【００４３】
そして、図１（ｂ）のように、偶数フィールドに対応した画像を表示する際、ウォブリングにより、画素１’のように、列方向（下方向）に、行間隔分Ｐ_V ＝１０μｍ、シフトする。
【００４４】
このように、ウォブリングの列方向のシフト量を、隣接する行間隔Ｐｖ＝１０μｍとすることにより、画素間の空間を埋めることになり、見かけ上、水平方向の画素間隔がＰ_H ／２＝１０μｍとなる（図１（ｃ））。つまり列間隔が狭まって水平解像度が２倍になる。ただし、図１では、奇数あるいは偶数フィールドでは、デルタ配列を想定している。
【００４５】
また、本実施形態では、列方向にウォブリングした場合で説明したが、行方向にシフトしてウォブリングする場合でも同様に実施可能であり、その場合、見かけ上、水平方向の画素間隔Ｐ_H が１／２となり、列間隔が狭まって水平解像度が２倍になる。
【００４６】
図１１は、偶数フィールドの表示画素を行方向に列間隔分シフトして（図１１（ｂ）、ウォブリングした場合を示す図であり、図１１（ｃ）に示すように、水平解像度が２倍になっている。
【００４７】
また、図１２は、従来例の図１０において、従来の列方向に１／２行シフトするのではなく、本発明のように、１行シフトした場合を示す図であるが、水平解像度が２倍となっている。
【００４８】
［実施形態２］
実施形態１あるいは従来例では、奇数フィールド、偶数フィールドを表示する際にウォブリングしたが、本実施形態２では、図２に示すように、奇数（偶数）フィールドαの画面と、ウォブリングした奇数（偶数）フィールドβの画面を合成することにより、１奇数（偶数）フィールドを表す。つまり２つの表示画面で１フィールドを形成する。
【００４９】
図３に、映像信号とウォブリングするタイミングを示す。実施形態１あるいは従来例では、図３（ａ）のように、映像信号が奇数フィールド、偶数フィールドと切り替わるごとに、１フレームで１回ウォブリングしていた。
【００５０】
これに対し、図３（ｂ）のように、実施形態２では、１フレームの間に２回ウォブリングする。これは、フレームメモリを用いて、従来に比べて倍速駆動を行うことで、実現できる。
【００５１】
本実施形態２によれば、２つの表示画面で１フィールドの映像信号を表現するので、解像度の向上はもちろんのこと、動画にも対応した滑らかな画像を得ることができる。
【００５２】
なお、本実施形態１，２では、ＮＴＳＣ方式のインタレース信号について説明したが、ノンインタレース信号についても同様に成り立つ。図４にノンインタレース信号を表示する場合を示す。まずノンインタレース信号の画面走査線に対応して液晶表示装置の水平走査線に順に割り当てて、その表示画面をフィールドαとする（図４（ａ））。次に、画面走査線のサンプリングを１本ずらして表示装置の走査線に信号を割り当ててウォブリングし、その表示画面をフィールドβとする（図４（ｂ））。
【００５３】
その結果、フィールドαとβの合成として１つのフィールドの映像を表示することができる。この画像は、ウォブリング無しのときの画像に比べて、水平解像度が２倍になる。
【００５４】
［実施形態３］
本実施形態では、液晶表示装置に適用する場合、画素にかかる映像信号の極性反転駆動に関する。通常、液晶表示装置を駆動するとき、液晶にＤＣ成分がかかることを防ぐため、表示画面を切り替えるごとに映像信号の極性を反転して駆動する。
【００５５】
図５（ａ）は、この動作を示す図であり、映像信号が、周期的（例えば１フィールドごと）に対向電極の電位Ｖ_LCを中心に正転、反転している。図５（ｂ）は、液晶にかかるその状態を等価的に示す図であり、対向電極の電位Ｖ_LCを映像信号の電位差で白黒階調表示を行なうことができる。この時、Ｖ_LCを信号中心に合わせて、反転駆動している映像信号の正転側とＶ_LCの電位差と反転側とＶ_LCの電位差を等しくなるようにすることで液晶にかかるＤＣ成分を無くすようにしている。
【００５６】
従って、Ｖ_LCが信号中心からずれてしまうと映像信号の正転側と反転側のＶ_LCに対する電位差が異なり、白黒階調表示差、つまり、輝度差が生じることになる。
【００５７】
これをウォブリングした画面で表すと、一般にフィールド反転と言われているものは、図６（ａ）と（ｂ）のようになる。このとき信号のずれなどにより、画素にかかる電圧が正転側と反転側とで異なるとウォブリングしたフィールド間で輝度差が生じ、ＮＴＳＣ方式の映像信号の場合、図６（ｃ）のように、輝度変化が３０Ｈｚのフリッカ（ちらつき）として目立つようになる。
【００５８】
そこで、実施形態２で説明したタイミングで、２つの表示画面で１フィールドの映像を形成することで、図７（ａ）、（ｂ）のように表示画素の極性を表すことができる。このとき輝度変化は、図７（ｃ）のように表せ、フリッカの周期が２倍（６０Ｈｚ）になり、目立たなくなる。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の表示方法によれば、映像信号に同期して表示画素をシフトするウォブリングにおいて、あるフィールドの映像信号を表示している画素の位置に対して、次のフィールドの映像信号を表示するときの画素を、隣接する行の間隔又は列の間隔だけシフトして表示することにより、水平解像度又は垂直解像度を２倍に向上することができる。
【００６０】
また、前記のウォブリングによる表示方法において、フレームメモリ、倍速駆動を用いて、２つの表示画面で１フィールドの映像を形成することで、動画に対応した滑らかな映像表示を行なうことができる。
【００６１】
さらに、液晶表示装置に適用する場合、表示画面を切り替えるごとに映像信号の極性を反転して駆動する際に、倍速駆動において反転することにより、フリッカを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の画素表示方法を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態２の画素表示方法を示す模式図である。
【図３】映像信号とウォブリングするタイミングを説明する図である。
【図４】本発明においてノンインタレース信号の映像表示の実施形態を示す模式図である。
【図５】液晶にかかる映像信号の極性反転を示す図である。
【図６】画素にかかる映像信号の極性を説明する図である。
【図７】倍速駆動における画素にかかる映像信号の極性を説明する図である。
【図８】ウォブリング素子の一例を示す模式図である。
【図９】ノーマリーホワイトＴＮ液晶表示素子の構成を示す模式図である。
【図１０】従来例の画素表示方法を示す模式図である。
【図１１】本発明の実施形態１において、行方向にシフトした場合の模式図である。
【図１２】本発明を、従来例の図１０に適用した場合を示す模式図である。
【符号の説明】
１画素
１’ ウォブリングされてシフトした画素

Claims

マトリックス状に配置された表示画素を用いた画像の表示方法において、
映像信号に同期して表示画素をシフトするウォブリング技術、フレームメモリ及び倍速駆動を用いて、あるフィールドの映像信号を表示している画素の位置に対して、次のフィールドの映像信号を表示するときの画素を、該画素の隣接する行あるいは列の間隔だけシフトしてウォブリングし、前記あるフィールドの映像信号を表示した奇数フィールドαの表示画面と前記次のフィールドの映像信号をウォブリングして表示した奇数フィールドβの表示画面を合成して、１奇数フィールドの画像を形成して表示することを特徴とするウォブリング技術を用いた表示方法。
マトリックス状に配置された表示画素を用いた画像の表示方法において、
映像信号に同期して表示画素をシフトするウォブリング技術、フレームメモリ及び倍速駆動を用いて、あるフィールドの映像信号を表示している画素の位置に対して、次のフィールドの映像信号を表示するときの画素を、該画素の隣接する行あるいは列の間隔だけシフトしてウォブリングし、前記あるフィールドの映像信号を表示した偶数フィールドαの表示画面と前記次のフィールドの映像信号をウォブリングして表示した偶数フィールドβの表示画面を合成して、１偶数フィールドの画像を形成して表示することを特徴とするウォブリング技術を用いた表示方法。