JP4862210B2 - ディジタル画像表示方法 - Google Patents
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Description
本発明は、光学空間変調器がオン又はオフの2値で制御されるディジタル画像表示装置の、階調表現がオン又はオフの時間幅で制御される時間幅変調方式(パルス幅変調方式)のディジタル画像表示方法に関わるものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、画像表示装置は、表示する画像における画素の輝度に階調を出すためにさまざまな工夫がなされている。画像表示装置には、光源の光を変調する光学空間変調器を有するものがある。光学空間変調器を用いた画像表示装置において輝度に階調を持たせるときには、光学空間変調器による光のオン・オフの組み合わせによるパルス幅変調を行う。人間の目は残光特性を有しており、入射した光の光量を積分した結果を輝度として認識するので、このパルス幅変調を十分に高速で行えば、人間の目には輝度に階調があるように認識されることとなる。
【0003】
図36は、画像表示装置の表示出力としてのガンマカーブ61に対する人間の視覚応答特性62を示す図である。
例えば入力信号が画素当たり8ビットの画像表示装置では、9ビット以上の分解能を持たないと輝度レベルの低い領域で擬輪郭(Luminance Contouring)を生ずることが知られている。これは、人間の視覚特性が非線形であることによるものである。このため、線形な視覚輝度変化を与えるためには、図示のようなガンマカーブ62で表示出力することが必要となる。このガンマカーブ62は、例えばγ=2.2である。図36は、入力信号レベルが低いほど輝度が低く、入力信号レベルが高くなるにつれて輝度が高くなることを意味している。尚、「分解能」とは、輝度に階調を持たせる能力をいう。
【0004】
CRT(Cathode Ray Tube)やTN−LCD(Twisted NematicーLiquid Cryatal Display)のようなアナログ表示素子の表示特性は、このガンマカーブに近い非線形性を有する。このため、これらの表示装置は、8ビットの入力信号そのままで駆動することができる。しかし、ディジタル画像表示装置では、入力に対して線形な出力特性を持っているため、表示出力としてのガンマカーブ62に併せた出力変換が必要となる。
【0005】
図37(A)は、図36のガンマカーブ62及び視覚応答特性61の入力信号に合わせて8ビットで変換したときの入力出力変換特性を詳細に示した図である。図37(B)は、図37(A)のガンマカーブ62にて人間の目に認識される輝度変化の一例を示す図である。
図37(A)では、図36における出力信号レベルが50程度までの範囲を拡大して示している。視覚応答特性61は、低域ビットでの分解能が足りないため、出力信号レベルは、入力信号レベルが15になるまで0であり、この後入力信号レベルが25、32で1ずつ出力変化している。しかし、視覚的には、図37(A)に示すように第1の輝度領域67a、第2の輝度領域67b、第3の輝度領域67c、・・・のように複数の大きく輝度の異なる領域が連続し、大きな輝度変化となり、縞模様となって眼に見えることになる。この輝度変化点に生ずる縞模様が、擬輪郭と云われるものである。
【0006】
高品位の画像表示装置においては、縞模様の目立たないスムーズな輝度変化(階調表現)が望まれる。このため、画像表示装置では、例えば8ビットの入力信号レベル(8ビットの階調表現)には少なくとも9ビットの分解能が求められることとなる。また、画像表示装置は、画質を向上するために高速応答素子の使用する場合がある。
【0007】
高速応答素子の使用
通常のテレビジョン放送方式においては、1フレームは16.7ms(60H)であり、パルス幅変調(PWM:Pulse Width Modulation)方式で10ビットの階調表現をしようとすると、最小表示期間は約16μmとなる。すなわち、10ビット(1024分の1)の分解能を実現するには、16μs内に反転を完了する高速応答素子が必要となる。現在これに相当する性能を有する光変調素子には、例えばディジタルマイクロミラーデバイス(DMD:Digital Micromirror Device:商標名)がある。
【0008】
ディジタルマイクロミラーデバイスは、例えば16×16ミクロンの微小な鏡(ミラー)を数十万枚、ワンチップに集積した光スイッチである。ディジタルマイクロミラーデバイスは、鏡の一つひとつを±10度の角度に傾けることで光の反射方向を切り替える構成となっている。すなわち、鏡が一方に傾いているときだけスクリーンのランプの光を反射し(オン)、逆に傾いているときは反射しない(オフ)。このようにして、ディジタルマイクロミラーデバイスは、ディジタル信号のオン・オフ制御が可能となっている。
【0009】
ディジタルマイクロミラーデバイスによる階調の表現は、光を反射する時間をパルス幅変調方式(PWM)によって調節することで行っている。鏡が回転する速度は10マイクロ秒という高速であるため、表示される映像は明るく滑らかで非常に画質が細かいという画質特性を有する。また、ディジタルマイクロミラーデバイスの光の反射率は、入力100%に対して反射出力90%以上と非常に高く、超高輝度を実現することができる特徴を有する。ところが、ディジタルマイクロミラーデバイスは、その製造工程が複雑であるので製造コストが高く、ディジタルマイクロミラーデバイスを採用する画像表示装置は、高価なものとなっていた。
【0010】
サブピクセル方式
高速で光変調可能な他の液晶材料としては強誘電性液晶(FLC:Ferroelectric Liquid Cristal)が知られている。強誘電性液晶は、一般に環境温度により応答速度が大きく変化し、応答速度が速いもので完全反転率が数十μsから百数十μsとなる。強誘電性液晶は、低温領域で応答速度が遅くなり、応答速度の速いものでも9ビットの分解能に見合う応答速度が得られるのは40℃以上の高温領域のみである。従って、従来の画像表示装置では、広い温度帯域に渡り、9ビット以上の適正な分解能を実現することは困難であった。
【0011】
このため、従来の画像表示装置には、画素を2つに分割して、例えば1/1、1/8の2つの表面積を選択的に駆動可能とするサブピクセル(Sub Pixel)方式が提案されている。この従来の画像表示装置は、輝度を小さくしたい場合には1/8の小さな画素を発光することで画素の発光時間を短くすることなく1/8の分解能を実現する。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、画素数が通常の画像表示装置における画素数2倍となってり、サブピクセル方式を採用する画像表示装置は、各画素の制御等において複雑なものとなっていた。また、強誘電性液晶は、元々温度依存性を有するので、通常使用される例えば外気温度が5〜35℃、その内部温度が20〜50℃程度の温度領域でも応答特性が変動する。従って、このような温度領域においても、強誘電性液晶の適切な動作を確保し、高品位の階調表現を確保する必要が生じていた。
【0013】
そこで本発明は上記課題を解消し、通常使用される温度領域に渡り、適切に輝度に階調を持たせ、高品位な階調表現を行うことができるディジタル画像表示方法を提供することを目的とする。
【0014】
上記課題を解決するために、本発明のディジタル画像表示方法は、外部から入力されるディジタル画像のフレームデータを構成する画素データを二進数のビット列に変換し、ビット列を時間軸上最先の位置から最終位置に向かって最下位ビットから最上位ビットの順に配置して階調表現ビット列を構成し、階調表現ビット列の後に、最下位ビットの数値より小さい数値を表現する一以上の階調幅表現ビットを配置するステップと、パルス幅変調方式にて階調表現ビット列を構成する各ビットの数値に相当する時間で強誘電性液晶パネルを駆動するステップと、階調表現ビットの最上位ビットの駆動時間の後、強誘電性液晶パネルの液晶状態が完全に変化する完全反転時間以上、駆動を停止するステップと、完全反転時間を経た後に階調幅表現ビットによる駆動を行うことで、階調表現ビットに対応した駆動時間よりも長い駆動時間で強誘電性液晶パネルを駆動するステップとを有する。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
以下の説明において「画素データ」とは、各画素の階調レベルをnビットの2値情報(20 ,21 ,・・・,2n-1 )で表現したものをいう。ただし、20 ,21 ,・・・,2n-1 は、各桁の重みを示す。また、「フレームデータ」とは、nビットの階調表現が可能な縦l、横m、総数l×m個の画素からなる1画像を構成する画素情報をいう。また、「ビットプレーン」とは、画素データの同一の重みのビット情報のみで構成されるn×m個の0や1のパターンからなる2値情報をいう。つまり、上記「フレームデータ」は、ビット0(20 )〜ビットn(2n-1 )のn枚のビットプレーンで構成される。また、「サブフィールド」とは、ビットプレーン毎に定義され、ビットの重みに対応した表示期間を有する。また、「フレーム(期間)」とは、n枚のビットプレーンに対応したサブフィールドで構成され、nビットに相当する階調を有する1画像分の最小表示単位をいう。
図1は、本発明の好ましい実施形態としてのディジタル画像表示装置1の構成例の概要を示すブロック図である。
ディジタル画像表示装置1は、テレビジョン受像機、コンピュータの表示装置、情報端末の表示部又は投射型表示装置等の画像表示装置である。
ディジタル画像表示装置1は、フレームメモリ9、読み出し書き込み制御コントローラ11(制御手段)、ライトバルブ7(光学空間変調器)、光学系3及び光源5を有し、アンテナ17を備えるチューナ15がA/D変換器13を介して接続されている。
【0022】
アンテナ17は、所定の放送波を受信するためのアンテナである。チューナ15は、A/D変換器13に接続されており、アンテナ17によって受信された放送波を電気信号(アナログデータAD)に変換する。A/D変換器13は、アナログデータADを2値のフレームデータFDに変換する。画像データは、例えば放送波の画像における一定時間毎のフレーム単位のフレームデータFDである。尚、ディジタル画像表示装置1に入力されるフレームデータFDは、図2に示すようにディジタル機器19が出力する2値のデータであってもよい。図1のフレームメモリ9は、第1のフレームメモリ9a及び第2のフレームメモリ9bを有する。このフレームデータFDは、読み出し書き込みコントローラ11の制御によって、第1のフレームメモリ9a及び第2のフレームメモリ9bに交互に記憶される。
【0023】
読み出し書き込み制御コントローラ11は、フレームメモリ9の第1のフレームメモリ9a及び第2のフレームメモリ9bにそれぞれ接続されている。読み出し書き込み制御コントローラ11は、ライトバルブ7にも接続されている。読み出し書き込み制御コントローラ11は、第1のフレームメモリ9a及び第2のフレームメモリ9bを制御し、それぞれ記憶されたフレームデータFDをライトバルブ7に所定の手順にて読み出す。
【0024】
ライトバルブ7は、強誘電性液晶の動作によって光源5の光を画素毎に変調する。ライトバルブ7は、例えば強誘電性液晶(FLC:Ferroelectric Liquid Cristal)パネルである。強誘電性液晶は、液晶状態を連続的に変化させることが困難であり、通常、2つの状態だけをとり得る。従って、この強誘電性液晶パネルは、光の変調を行うのにオン又はオフのみの2値の変調を取ることができ、2値の制御を行うことができる。
【0025】
光学系3は、例えばPBS(Polarized Beam Spliter)と呼ばれる偏光子及びレンズであり、ライトバルブ7からの反射光を検波拡大等する。従って、光源5からの光がライトバルブ7によって変調され、人間の目Eには変調された光が光学系3を経由して入射する。光源5は、例えば一定輝度で点灯している。光源5の一例としては、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ若しくはキセノンランプ等の各種ランプや発光ダイオード等を採用することができる。カラー画像を表示する際には、光源5として、光の3原色に対応した赤色パルス光、緑色パルス光及び青色パルス光をそれぞれ出射することが可能な光源を用い、赤色パルス光、緑色パルス光及び青色パルス光による画像表示タイミングを時分割駆動で切り替える。もしくは、光源5からの光をフィルターにより、赤、緑、青に分離して光源とし、3組のライトバルブからの反射光が合成される構成としても良い。
【0026】
図3は、図1のライトバルブ7の構成例を示す断面図である。
ライトバルブ7は、例えばシリコンを材料とする配線盤(バックプレーン)としての基板33の上に画素毎のミラー31、強誘電性液晶29、ガラス35が形成されている。ライトバルブ7には、1画素が例えば10〜15μmのアルミニウム等を材質とするミラー31が平面状に配列されている。画素を構成するミラー31の下層の半導体(基板33)内には、画素毎に画素駆動回路27等が組み込まれている。尚、ミラー31は、これ自身が動作して光を変調するDMD(Digital Micromirror Device:商標名)もあるが、ここでは強誘電性液晶29を駆動するものを例にとって説明する。
【0027】
ライトバルブ7は、ミラー31の配列に沿って、例えば画素25a〜25e(画素群25)が形成されている。強誘電性液晶29は、画素駆動回路27によるミラー31への電圧によって2値の変調を高速で行うことができる。ライトバルブ7は、ガラス35から入射した光が強誘電性液晶29を通過し、ミラー31にて反射される。ミラー31にて反射された光は、再び強誘電性液晶29及びガラス35を通過し光学系3に導かれる。この間画素単位で駆動される強誘電性液晶29の液晶状態に応じて、偏光状態が制御され、光学系3内の偏光子により検波され発光したり発光しないようにすることができる。ライトバルブ7は、このような反射型のものに限られず、透過型のものであってもよいことはいうまでもない。透過型のライトバルブ8でも同様に、強誘電性液晶29の変調状態によって透過光の偏光状態が制御され、偏光子によって検波されて、各画素毎に発光したり発光しないように(黒色表示)する。
【0028】
図4は、図1のライトバルブ7の電気的な構成例を示すブロック図である。
ライトバルブ7は、例えば1920×1080個の画素25aの集合体である画素群25、強誘電性液晶29、ラインアドレスデコーダドライバ41、ラインデータラッチ39及びシフトレジスタ37を有する。
ラインアドレスデコーダドライバ41は、複数の画素25aがマトリクス状に配列した画素群25におけるラインアドレス0〜1079を指定する。シフトレジスタ37は、16ビットのシフトレジスタが120個配列した構成となっている。画像は、複数のフレームが瞬時に表示されることで人間の眼に構成されるものであり、画素単位の画素データに基づいて表示される。
【0029】
シフトレジスタ37は、入力されるフレームデータの1ライン(1920ビット)分を120個に分割した画素データを、16(1920/120)ビットずつ取り込めるようになっている。ラインデータラッチ39は、シフトレジスタ37に記憶された1ライン毎の画素データを格納している。従って、ライトバルブ7は、図1の読み出し書き込み制御コントローラ11の制御によって、フレームデータFDを1ライン分の複数の画素データ毎に処理している。
【0030】
図5は、順次書き込み方式を採用したライトバルブ7における1画素の電気的な構成例を示すブロック図である。
このディジタル画像表示装置1における1画素25aには、画像データを記憶する1つのメモリM及び画素駆動回路27が設けられている。順次書き込み方式では、例えばキャパシタ及びトランジスタをそれぞれ1つずつ有する極めて簡単な構成にて、メモリM及び画素駆動回路27を構成することができる。画素駆動回路27は、メモリMに格納された画素データに基づいて強誘電性液晶29を変調する。強誘電性液晶29の変調により光源5の光が変調され、画像における画素が表示される。尚、メモリMは、例えば記録用メモリ及び表示用メモリのように複数に分けて設けられている構成でも良い。
【0031】
図6は、図4の画素群25の構成例を示す図であり、図7は、ビットプレーンB0〜B7の構成例を示す図である。
画像表示装置1は、例えばHD(High Definition)方式を採用するライトバルブ7を有しているものとする。ライトバルブ7は、例えば横1920×縦1080個の画素25aで構成される画素群25を有する。この画像表示装置1は、1画素を例えば8ビットで256階調を表現するものとする。画面を構成する画像データ(フレームデータ)は、図7に示すビットプレーンB0(LSB)〜B7(MSB)で階調表現することができる。各ビットプレーンB0〜B7は、それぞれ横1920×縦1080個の画素データで構成されている。ビットプレーンB0〜B7は、それぞれ同じ重み付けされた複数の2値の画素データ(「0」又は「1」)を有する。ビットプレーンB0〜B7は、それぞれ上記重み付けとしての表示期間(画素の発光時間)を示すサブフィールドSF0〜SF7が割り付けられている。
【0032】
256階調表示がなされる画像を表示する際は、ビットプレーンB0がサブフィールドSF0の期間表示される。続いて、ビットプレーンB1がサブフィールドSF1の期間表示される。以下同様にして、ビットプレーンB2〜B7までがそれぞれサブフィールドSF2〜SF7の期間表示される。そして、ビットプレーンB7まで表示された後は、再び、次の画像のビットプレーンが順次表示される。
従って、画像は、1画素当たり複数ビットの画素データで構成される。つまり、画像は、1画素当たり異なるビットプレーンB0〜B7それぞれにおける同じ位置に位置する複数の画素データで階調表現されることになる。
【0033】
ここで、各サブフィールドの時間比は、SF0:SF1:SF2:SF3:SF4:SF5:SF6:SF7=1:2:4:8:16:32:64:128とする。これにより、ビットプレーンB0は、人間の目に認識される輝度が1の画像表示となる。ビットプレーンB1は、人間の目に認識される輝度が2の画像表示となる。以下同様にして、ビットプレーンB2〜B7は、それぞれ人間の目に認識される輝度が4〜128の画像表示となる。そして、ディジタル画像表示装置1は、これら各ビットプレーンB0〜B7の重ね合わせにより、256階調表示が可能となる。すなわち、画像表示装置1は、これら8つのビットプレーンB0〜B7を連続して表示することで、残像効果より、人間の目には256階調表示がなされた画像が認識されることとなる。
【0034】
ディジタル画像表示装置1は、合計255の1フレーム全時間発光(オン)が最高輝度(輝度255)であり、合計0の1フレーム全時間非発光(オフ)が最低輝度(輝度0)である。一般のテレビジョン方式では、1フィールド時間が16.667ms(60Hz)であり、輝度1を階調表現するためのサブフィールドSF0は、パルス幅変調方式によって65.4μs(16.6ms/255)という時間幅となる。
【0035】
パルス幅変調方式による表示原理
ここで、パルス幅変調方式(PWM:Pulse Width Modulation)の表示原理について説明する。
図8(A)は、1画素当たり5ビットの画素データをパルス幅変調方式による階調表現方法によって表示する一例を示す図であり、図8(B)は、その具体例である。
図8(A)及び図8(B)では、横軸は時間を、縦軸は輝度レベルを示している。また、各ビットプレーンB0〜B4の矩形の大きさ(面積)は「時間×輝度レベル」で光量を表現している。
1画素当たり5ビットの画素データは、ビットプレーンB0〜B4にて1画素を階調表現するためのデータである。一般にテレビジョン放送等では、1フィールドが60Hz(16.67ms)で画像画面が更新されている。パルス幅変調方式では、図8(A)に示すビットプレーンB4が16、ビットプレーンB3が8、ビットプレーンB2が4、ビットプレーンB1が2、ビットプレーンB0が1となるように重み付けられている。つまり、重みの合計は31となる。
【0036】
従って、パルス幅変調方式では、これらの値によって1〜16に対応して発光時間を制御することで階調を得ている。すなわち、重み「1」の最下位ビットプレーンB0には、1フレーム時間Tfの1/31の時間が割り当てられ、この時間が最小発光時間幅Tminとなっている。最小発光時間幅Tminは、1フレーム時間Tf/階調数で示され、この場合16.6ms/31=537μsとされている。各ビットプレーンB1〜B4には、重みに応じた時間幅(サブフィールド)が割り当てられる。
【0037】
サブフィールド(発光予定時間)の長さは、ビットプレーンB1=2×最小発光時間幅Tminであり、ビットプレーンB2=4×最小発光時間幅Tminであり、ビットプレーンB3=8×最小発光時間幅Tminであり、ビットプレーンB4=16×最小発光時間幅Tminである。すなわち、1フレーム時間Tfの合計31Tminは、重みに応じて、各ビットプレーンB0〜B4に、サブフィールドSF0〜SF4の長さとして割り当てられている。これにより、階調は、この重みの組み合わせで1〜31まで表現可能である。例えば重みが21(「10101」)とするには、図8(B)に示すようにビットプレーンB0、B2、B4に対応するサブフィールドSF0、SF2、SF4の時間幅、合計21×最小発光時間幅Tminの期間オン(発光)とし、所定の輝度が得られることとなる。
【0038】
図9は、図8のサブフィールドSF0における応答特性の一例を示す図である。
各ビットプレーンB0〜B4の矩形は、輝度レベルが瞬時に0%から100%に立ち上がり、100%から0%に立ち下がることを前提とした形状である。一般的に光変調素子のスイッチングは、時間遅れを伴い、矩形とはならない。この応答遅れが立ち上がり、立ち下がりで時間対称である場合には、実質的に矩形と同等の光量が得られる。立ち上がりの遅れτ及び立ち下がりの遅れτが同じで最小発光時間Tminの時間幅内でオン・オフ反転が完了する場合には、立ち上がり時の遅れに伴い失う光量面積S1(光量)と、立ち下がり時の遅れに伴い発光が持続する光量面積S2(光量)は等しい。従って、得られる総光量は、最小発光時間Tminを底辺とする矩形の面積に相当することがわかる。
【0039】
図10は、サブフィールドSF0、SF1における応答特性の一例を示す図である。図11は、サブフィールドSF4の次にオフタイムBKを設けた一例を示す図である。
サブフィールドSF0に隣接するサブフィールドSF1が引き続きオンの場合には、サブフィールドSF1の終了時の遅れに伴う光量面積S2と光量面積S1が等しく、互いに相殺してサブフィールドSF0、SF1を底辺とする矩形に等しい光量が得られることとなる。すなわち、ディジタル画像表示装置1は、ライトバルブ7の光変調素子に応答遅れがあっても、図11に示すようにサブフィールドSF1の最後尾ビットに遅れ時間τ(反転時間)より長いオフタイムBK(ブラックタイム)を設けることにより正しく階調表現が可能となる。ただし、この応答遅れが、図8(A)に示す最小表示期間Tmin内に応答が完了する遅れτである(遅れ時間τ≦最小発光時間Tmin)ことを要する。
ここで、オフタイムとは、画像の輝度に階調を持たせるために黒色を表示する期間をいう。尚、最小表示期間Tminは、サブフィールドSF0に相当しており、ビットプレーンB0の画素データを表示する時間である。
【0040】
強誘電性液晶の応答特性
図12は、図3の強誘電性液晶29の立ち上がり応答特性の一例を示す図である。
強誘電性液晶29は、立ち上がり、立ち下がりの応答特性がほぼ対称になるような駆動がなされるものとする。一般に、強誘電性液晶29は、応答の始めと終りの変化が緩やかな為、応答速度は反転レベル(輝度レベル)が10%から90%までの時間で表現する。この説明において、「反転レベル」とは、強誘電性液晶29の液晶状態がどのレベルまで反転しているかを示しており、例えば反転レベルが10%から90%に変化する時間を「τ10−90」と表現する。また、液晶状態が0%から100%に完全に変化する時間を完全反転時間τ100という。立ち上がり応答時間τ10−90は、強誘電性液晶29の場合、完全反転時間τ100のほぼ1/2である。以下の説明では、立ち上がり時の完全反転時間τ100を完全反転時間τ100aと示し、立ち下がり時の完全反転時間τ100を完全反転時間τ100bと示す。
【0041】
図13は、高速な強誘電性液晶29の応答特性の一例を示す図である。
図13において縦軸は応答時間τ10−90を示しており、横軸はパネル温度Tp及び外気温Toを示している。図の右側に付した「7ビット120μs/2」等は、ディジタル画像表示装置1が1画素を7ビットで階調表現し、応答時間τ10−90が「120μs/2」である応答時間特性を示している。
パネル温度Tpは、強誘電性液晶29がディジタル画像表示装置1の筐体に表示ディバイスとして組み込まれた状態での液晶の温度を示している。また、外気温Toは、強誘電性液晶29が組み込まれているディジタル画像表示装置1の置かれている環境温度である。この例では、パネル温度Tpと外気温Toとの差が15℃である。つまり、ディジタル画像表示装置1の筐体内は、外気温Toに比べて15℃温度上昇があることを想定している。強誘電性液晶29の応答速度は、高温時に30μs(τ10−90=15)、低温時には100μs(τ10−90=50)以上になることがわかる。
【0042】
輝度レベルと応答速度
1画素を5ビット(31階調)で階調表現する場合には、サブフィールドSF0に相当する最小表示時間Tmin=537μsであり、低温時に於いても十分応答可能であることがわかる。しかし、1画素を10ビット(1023階調)で階調表現する場合では、最小表示時間Tmin≒16μs(16.67ms/1023)となる。この場合においては、高温時でも強誘電性液晶29の応答時間τ10−90は最小表示時間Tminの2倍近いこととなる。最小表示時間Tminは、1画素を9ビットで階調表現する場合にはほぼ30μsであり、図14に示す1画素を8ビットで階調表現する場合にはほぼ60μsとなる。
【0043】
強誘電性液晶29の応答速度は、応答時間τ10−90≦最小表示時間Tmin/2を満たす必要がある。ここで、図13における強誘電性液晶29の応答速度と照らし合わせてみる。1画素を8ビットで階調表現する場合にはパネル温度Tp=15℃まで表現可能である。1画素を9ビットで階調表現できるのは、パネル温度Tp≒40℃(外気温25℃)までである。1画素を10ビットで階調表現することは、全温度範囲で表現することができていない。つまり、この場合は、応答時間τ10−90≦最小表示時間Tmin/2を満たすことができていないことが分かる。
【0044】
強誘電性液晶の応答と輝度レベル
強誘電性液晶は、2値制御型の光変調素子として使用され、閾値以上の、正/負同じ大きさの電界を印加して、オン(光の透過又は反射)、オフ(光の非透過又は非反射)状態を制御する。この時、電界ゼロ状態を中心に対称な駆動がなされ、オンからオフ、オフからオンヘの変化はほぼ線対称となる。
図14〜図16は、それぞれ強誘電性液晶29の応答特性の一例を示す図である。図14〜図16では、それぞれ縦軸は輝度レベル[%]を示しており、横軸は完全反転時間τ100に対する強誘電性液晶29が応答した時間の割合X(FLC駆動時間割合)を示している。ここで、輝度レベルとは、ある時点における、本来の光の透過量に対する実際の光の透過量の割合又は、本来の光の反射量に対する実際の光の反射量の割合をいう。
【0045】
上述のように、輝度レベルが10%〜90%まで変化するに要する応答時間τ10−90は、完全反転時間τ100の約半分である。また、立ち上がり付近の応答特性と輝度レベルが100%に到達する付近の応答特性は、ほぼ点対称となっている。
従って、図15に示すように、強誘電性液晶を駆動する時間τx(以下、FLC駆動時間という)が完全反転時間τ100より長い場合には立ち上がり遅れにより欠落する光量面積S1と、立ち下がり遅れにより発光が持続する部分S2が等しく、FLC駆動時間割合Xを底辺とする矩型の完全光量面積Sxと同じ光量が得られることになることは前述の通りである。
【0046】
一方、FLC駆動時間τx(駆動時間)が完全反転時間τ100より短い場合を考えてみる。図16に示すように、強誘電性液晶29の応答が時間Xまでの立ち上がり応答(カーブA)と、立ち下がり応答(カーブB)によって得られる光量は、実光量面積S(=実光量面積S1+実光量面積S2)に相当する。強誘電性液晶29の応答特性は、カーブAとカーブBとは線対称であり、得られる実光量面積S1,S2も等量となる。
【0047】
FLC駆動時間τxが完全反転時間τ100に満たない場合は、完全光量面積Sx≧実光量面積Sとなる。FLC駆動時間τxで完全反転したとき得られる光量を示す完全光量面積Sxに対する比率は、(実光量面積S/完全光量面積Sx)×100%となる。
【0048】
図17は、図14の強誘電性液晶29の応答特性を簡素化のため直線で近似した一例を示す図である。
図17では、縦軸は輝度レベルを表しており、横軸は強誘電性液晶の液晶状態の反転率X[%]を示している。実光量面積S及び光量面積S(X)は、それぞれ次式で計算することができる。
0≦FLC駆動時間割合X≦25の場合においては、
S=2×S(X)
S(X)=X(X/25)×0.05
X=25[%];実光量面積S=2.5
となる。
【0049】
25≦FLC駆動時間割合X≦75の場合においては、
S=2×S(X)+2.5
S(X)=(X−25)2 ×0.4/50+(X−25)×0.1
X=75[%];実光量面積S=53.5
となる。
【0050】
75≦FLC駆動時間割合X≦100の場合においては、
S=2×S(X)+53.5
S(X)=(X−75)2 ×0.05/25+(X−75)×0.9
となる。
【0051】
図18は、FLC駆動時間τxにおける光量Sxに対する面積比の一例を示す図である。
図18では、完全光量面積SxはFLC駆動時間τx=X%を一辺とする矩形の面積を示しており、光量面積S100はFLC駆動時間τx=100%(完全反転時間τ100)を一辺とする矩形の面積を示しており、実光量面積Sは図においてハッチングを付した領域を示している。図18では、強誘電性液晶29が駆動され、応答が立ち上がり、FLC駆動時間割合X[%]まで到達すると立ち下がるようになっている。従って、上記ハッチングを付した面積Sは、画素の発光量を示している。また、以下の説明では、例えば任意のFLC駆動時間τxを示すa%を底辺とする矩形の面積を光量面積Saと表現する。
【0052】
具体的に光量は、0≦FLC駆動時間割合X<25の場合には、実光量面積S=X(X/25)×0.1である。25≦FLC駆動時間割合X<75の場合には、実光量面積S=(X−25)2 ×0.8/50+(X−25)×0.2+2.5である。75≦FLC駆動時間割合X≦100の場合には、実光量面積S=(X−75)2 ×0.1/25+(X−75)×1.8+53.5によって計算される。
【0053】
図18では、FLC駆動時間τxで強誘電性液晶29の液晶状態が完全に反転したとき得られる完全光量面積Sxに対する面積比率を、FLC駆動時間割合X=0〜100%に渡り算出している。つまり、図18は、強誘電性液晶29の液晶状態が完全に反転するのに必要な時間(完全反転時間τ100)のX%において、強誘電性液晶29の駆動を打ち切った場合に得られる光量の特性を表している。
【0054】
図19(A)は、強誘電性液晶29の応答特性の一例を示す図であり、図19(B)は、図19(A)における応答特性により増減する光量の一例を示す図である。図19(A)は、横軸が応答時間を示しており、縦軸が輝度レベルを示している。
具体例に当てはめてみると、パネル温度Tp=25℃での完全反転時間τ100は、図13に示すように応答時間τ10−90=22μsであることから、44μsとなる。また、ビットプレーンB0の応答時間τb0は15μsである。このとき、ビットプレーンB0によって本来得られるべき光量を示す光量面積Sb0は、図19(A)に示すように反転時間τb0を底辺とし、輝度レベル100%を高さとする矩形の面積である。
【0055】
FLC駆動時間割合X%は、ビットプレーンB0の反転時間τb0/完全反転時間τ100であるから、(15/44)×100=34%となる。となると、従って、本来得られるべき光量を示す面積Sb0に対する実際に得られる光量Sの面積比S/Sxは、S/Sb0=16.4%が得られる。即ち、パネル温度Tp=25℃では、図19(B)に示すようにビットプレーンB0における本来の輝度レベルHb0の16.4%の輝度レベルしか得られないことを意味する。
【0056】
図20(A)は、強誘電性液晶29の応答特性の一例を示す図であり、図20(B)は、図20(A)における応答特性により増減する光量の一例を示す図である。
図19(A)及び図19(B)と同様に、パネル温度Tp=25℃での完全反転時間τ100は、図20(A)に示すように44μsとなる。また、ビットプレーンB1の応答時間τb1は30μsである。このとき、ビットプレーンB1によって本来得られるべき光量を示す光量面積Sb1は、図示のように反転時間τb1を底辺とし、輝度レベル100%を高さとする矩形の面積である。FLC駆動時間割合X%は、ビットプレーンB1の反転時間τb1/完全反転時間τ100であるから、(30/44)×100=68%となる。従って、本来得られるべき光量を示す面積Sb1に対する実際に得られる光量Sの面積比S/Sxは、S/Sb1=60%が得られる。即ち、パネル温度Tp=25℃では、図20(B)に示すようにビットプレーンB1における本来の輝度レベルHb1(=2×Hb1)の60%の輝度レベルが得られることを意味する。
【0057】
輝度レベルと分解能
図21及び図22は、それぞれ輝度の階調幅の一例を示す図である。
図21及び図22では、それぞれ縦軸が輝度を示し、横軸がビットプレーンB0〜B3を示している。尚、図21では、縦軸における数値は、左側が1画素を9ビットで階調(9ビット分解能)表現した場合の値であり、右側が1画素を10ビットで階調(10ビットの分解能)表現をした場合の値である。図22では、縦軸における数値は、1画素を9ビットで階調(9ビット分解能)表現した場合の値である。
【0058】
図21では、各ビットプレーンB0〜B3とも完全に輝度が表現できたものとし、輝度が1段階毎に変化すると、それらの階調幅は互いに均等となる。1画素を10ビットで階調表現する場合には、階調幅Hb0となり1024段階である。1画素を9ビットで階調表現する場合には、階調幅Hb1(=2Hb0)となり512段階である。即ち、最大階調幅は、1画素を10ビットで階調表現する場合には階調幅Hb0となり、1画素を9ビットで階調表現する場合には階調幅Hb1(=2Hb0)となる。言い替えれば、輝度が1段階毎に変化する時の最大階調幅が階調幅Hb1以下であれば、1画素を9ビット相当で階調表現する分解能を有すると云える。以下、1画素を9ビット相当で階調表現する分解能を「9ビット相当の分解能」という。
【0059】
上述のように、1画素を9ビットで階調表現する場合においてパネル温度Tpが25℃であるときには、輝度レベルが60%(0.6Hb1)であった。従って、ビットプレーンB0がなくビットプレーンB1までの9ビット表現の場合には、図22に示すように輝度レベルが1段階毎に変化するときの最大階調幅は輝度1と輝度2の階調幅1.4Hb1となり、9ビット相当の分解能(Hb1)を持たないこととなる。
【0060】
次に、パネル温度Tpが同じ25℃である場合における1画素を10ビットで階調表現するときの最大階調幅Hmaxを考えてみる。つまり、ビットプレーンB0、ビットプレーンB1において輝度レベルが100%に満たなく、光量が本来あるべき光量以下であるときの最大階調幅Hmaxを考えて見ることとする。
図23は、輝度の階調幅の一例を示す図である。
図23では、また、図23では、輝度0と輝度1の階調幅を階調幅H0とし、輝度1と輝度2の階調幅を階調幅H1とし、輝度2と輝度3の階調幅を階調幅H2とし、輝度3と輝度4の階調幅を階調幅H3としている。輝度4と輝度5の階調幅は、再び階調幅H0となる。以下階調幅H0〜H3は、この繰り返しとなる。従って、階調幅H0〜階調幅H3の階調幅の大きさを調べれば、分解能が分かることとなる。
【0061】
図19から階調幅H0〜階調幅H3の各階調幅は、次の様に算出でき、図23にはこれを図示している。
階調幅H0=0.164×Hb0=0.082×Hb1
階調幅H1=0.6×Hb1−0.082Hb1=0.518Hb1
階調幅H2=H0=0.082Hb1
階調幅H3=2Hb1−(0.6+0.082)Hb1=1.32Hb1
【0062】
即ち、パネル温度Tpが25℃での最大階調幅は、輝度3と輝度4の間、つまり階調幅H3であり、その大きさは1.32Hb1となる。これは、図22に示す1画素を9ビットで階調表現するときの最大階調幅が1.4Hb1であったのに比べ、10ビット目を持つことにより改善されたことがわかる。しかし、10ビット目を持つことでも、依然として図21に示す1画素を9ビット相当で階調表現した際の最大階調幅Hb1より大きく、9ビット相当の分解能には達していない。
【0063】
図24は、階調幅を全温度帯域について算出した結果を示す図である。
図24では、縦軸が分解能(及び最大階調幅Hmax)を示しており、横軸がパネル温度Tp及び外気温Toを示している。
フレームデータは、例えば図35(B)に示すように画素の輝度を階調表現するための9ビット分のビットプレーンB2〜B9(階調表現ビット)に加えて、9ビット目のビットプレーンB1(階調表現ビット,階調幅制御ビット)及び10ビット目のビットプレーンB0(階調幅制御ビット)を有している。つまり、画素データは、ビットプレーンB2〜B9における8ビット目〜1ビット目の階調表現ビットに加えて、ビットプレーンB1における9ビット目の階調幅制御ビット(階調表現ビットでもある)及び、ビットプレーンB0における10ビット目の階調幅制御ビットを有している。また、少なくともビットプレーンB1及びビットプレーンB0は、それぞれ本来割り当てられた画素の発光予定時間よりも、これらのビットプレーンB1及びビットプレーンB0それぞれに応じたライトバルブ7の駆動時間が長くなるように制御されている。
これにより、図24に示すようにパネル温度Tpが33度程度以上の高温領域では、最大階調幅Hmaxは階調幅Hb1より小さく、9ビット相当以上の分解能を有する。しかし、パネル温度Tpが30℃(外気温To=15℃)程度以下では、9ビット相当の階調表現ができていない。また、1画素を9ビットで階調表現する場合には最大階調幅Hmaxが階調幅Hb1より小さくなることはありえないが、10ビット目を持つことで最大階調幅Hmaxが階調幅Hb1以下となっていることが分かる。
【0064】
従って、ディジタル画像表示装置1は、例えば上述の10ビット目等のような少なくとも1ビットを、上述の画素データに設けることで、使用温度範囲全域(外気温To=5〜35℃、パネル温度Tp=20〜50℃)に渡り、9ビット相当以上の分解能を実現することができる。従って、9ビット目と追加の10ビット目の合計2ビットからなる階調幅制御ビットは、画素の輝度を階調表現する階調表現ビットの機能に加えて、階調表現ビットによって階調表現される画素の輝度の階調幅を制御する機能を有している。
【0065】
FLC駆動時間τxの検討
図25(A)及び図25(B)は、強誘電性液晶29の応答特性の一例を示す図である。
ここでは、FLC駆動時間τxが反転時間τb0(=15μs)より長い、例えば23μsとした時の輝度レベルについて検討してみる。
FLC駆動時間τxを23μsまで駆動時間を延ばしたとき、面積比S/S100=19.9%であり、面積比S/Sxは38%となる。面積比S/Sxは、FLC駆動時間τxを底辺とする矩型の完全光量面積Sxに対する光量面積Sの割合である。反転時間τb0を底辺とする矩型の光量面積Sb0に対する光量面積Sの割合としての面積比S/Sb0=(S/Sx)×(Sx/Sb0)=38×(23/15)=58.4%となる。つまり、駆動時間τb0を図19(A)に示す15μsから、図25に示す23μsに延ばすことで、面積比S/Sxは、図19(B)に示した16.4%から、図25(B)に示した58.4%に改善されたことになる。
【0066】
ここで、同様にパネル温度Tpが25℃におけるビットプレーンB1についても考えてみる。
図26(A)及び図26(B)は、強誘電性液晶29の応答特性の一例を示す図である。
FLC駆動時間をτb1(30μs)からτx(40μs)にすると、面積比S/S100は83%であり、面積比S/Sxは91.3%となる。FLC駆動時間τb1を底辺とする光量面積Sb1に対する光量面積Sとしての面積比S/Sb1は、(S/Sx)×(Sx/Sb1)=91.3×(40/30)から図26(B)に示すように122%となり、光量面積Sb1の面積を越える結果となる。
【0067】
図27(A)及び図27(B)は、輝度の階調幅の一例を示す図である。
ここで、FLC駆動時間τx=15:30は、ビットプレーンB0,B1の駆動時間がそれぞれ15μs,30μsであることを示す。
図27(A)は、FLC駆動時間τx=15:30(オリジナルケース)の場合の輝度の階調幅を示している。また、図27(B)は、FLC駆動時間τx=30:40の場合の輝度の階調幅を示している。
この時の最大階調幅Hmaxは、図27(B)に示すように階調幅H1で0.93Hb1となる。これにより、図27(A)に示すようにFLC駆動時間τx=15:30(オリジナルケース)の場合は最大階調幅Hmaxが1.32Hb1であったのが、図27(B)に示すようにFLC駆動時間τx=23:40の場合は最大階調幅HmaxがHb1(9ビット相当の分解能)以下の0.93Hb1に改善された。従って、パネル温度Tpが25℃においても、9ビット相当の分解能が確保された。
【0068】
高温での分解能の検証
パネル温度Tpが25℃においてもビットプレーンB1では面積比率が100%を越えており、パネル温度Tpが50℃での分解能が懸念される。そこで、以下の説明では、パネル温度Tpが50℃での最大階調幅Hmaxを検証してみる。
図28(A)及び図28(B)並びに図29(A)及び図29(B)は、それぞれ強誘電性液晶29の応答特性の一例を示す図である。
ビットプレーンB0では、パネル温度Tpが50℃での完全反転時間τ100は28μsである。FLC駆動時間τxが反転時間τb0(15μs)のオリジナルケースでは、面積比S/S100は21.3%であり、図28(B)に示すように面積比S/Sb0は39.8%である。
【0069】
一方、図29(A)に示すようにFLC駆動時間τxを23μsにしたときは、面積比S/S100は66.6%であり、面積比S/Sxは81%である。従って、光量面積Sb0に対する光量面積Sは、面積比S/Sb0=(S/Sx)×(Sx/Sb0)=81×(23/15)から、図29(B)に示すように面積比S/Sb0が124%となる。尚、光量面積Sは、ハッチングを付した部分の面積を示している。
【0070】
ビットプレーンB1について考えてみると、オリジナルケースに於いても、図30(A)に示すようにFLC駆動時間τx=τb1(30μs)で、すでに完全反転時間τ100(=28μs)より長く、図30(B)に示すように、面積比S/Sb1は100%である。
【0071】
FLC駆動時間τxをさらに長く、例えば図31(A)に示すように40μsにしたときには、FLC駆動時間τx≧完全反転時間τ100aであり、実光量面積S=完全光量面積Sxである。従って、光量Sは、面積比S/Sb1=Sx/Sb1=40/30から、図31(B)に示すように光量面積Sb1に対して133%となる。
【0072】
このときの最大階調幅Hmaxは、図32(B)に示すように階調幅H1であり、1.33Hb1−1.24Hb0=1.33Hb1−0.62Hb1=0.7Hb1となる。従って、パネル温度Tp=50℃においても、9ビット相当の分解能を発揮し、図32(A)に示すオリジナルケース(0.8Hb1)よりも分解能が落ちることもない結果が得られた。
【0073】
図33は、全温度領域について輝度の最大階調幅Hmaxを計算した結果の一例を示す図である。
図33では、縦軸が分解能(及び最大階調幅Hmax)を示しており、横軸がパネル温度Tp及び外気温Toを示している。図33では、例えばビットプレーンB0、B1のFLC駆動時間τxをそれぞれ23μs、40μsとした場合の最大階調幅Hmaxの特性を「23:40特性」と表現している。図33から、FLC駆動時間τx=23:40で、外気温Toが5〜35℃、パネル温度Tpが20〜50℃の全領域に渡って最大階調幅がHb1以下であることが分かる。
全温度領域で9ビット相当の分解能をクリアできるのは、FLC駆動時間τx=23:40の組み合わせに限らず、FLC駆動時間τx=21:38についても達成可能である。また、FLC駆動時間τx=23:38、FLC駆動時間τx=23:40の両ケースとも、それぞれ全温度領域でオリジナルケースに比べ分解能が改善されており、有効性を示している。
【0074】
画素データにおいて9ビット相当以上の分解能が確保できたのは、10ビット目との組み合わせによるものである。従って、画素データに10ビット目がなければ、1画素を9ビットのみで階調表現しようとして強誘電性液晶29の駆動時間を如何に変えようとしても、最大階調幅HmaxをHb1以下にすることはできない。
【0075】
すなわち、本発明において特徴的なことは、画素データは、達成したい分解能を実現するのに必要な複数の階調表現ビットに、少なくとも1ビット(階調幅制御ビット)付加していることである。具体的には、達成したい分解能が9ビットであれば、10ビット以上の画素データとすることである。実際には、ビットプレーンが、上記複数の階調表現ビットをそれぞれ有する複数のビットプレーンに加えて、階調幅制御ビットを有するビットプレーンによって構成されていることになる。さらに、強誘電性液晶29の駆動時間は、複数の階調表現ビットそれぞれによる画素の発光期間より長くなるようにされている。
【0076】
強誘電性液晶29のFLC駆動時間τx(駆動時間幅)は、強誘電性液晶の駆動特性に基づいて、画素データを構成する複数ビット毎に設定することができる。従って、ディジタル画像表示装置1は、通常使用される広い温度領域においても、温度依存性のある強誘電性液晶29自体に工夫を施すことなく、画素データにおける画素の輝度の階調を出すための複数のビットに対して一定のビットを加えれば実現することができる。このため、ディジタル画像表示装置1は、強誘電性液晶29を駆動するのに、温度に応じて強誘電性液晶29に対して特別な処理を行う必要がなく、単に駆動時間の設定値を変えるだけで実現可能であり、制御が簡単である。
【0077】
駆動パルスの配置
発光時間τbxが完全反転時間τ100より長いときには、図11に示すように最後尾(ビットプレーンB4)に、ビットプレーンB0の完全反転時間τ100より長いオフタイムBKを設けることにより、正しく階調表現できる。このとき、各ビットプレーンB0〜B4は隣接して配置可能であり、長い発光時間を有するビットプレーンB0〜B4については完全反転時間τ100以上の長さの範囲で分割可能、さらに各ビットプレーンB0〜B4の順序についても自由に配列できることが知られている。即ち、完全反転時間τ100より長い発光時間τbxをもつビット(本例ではビットプレーンB9〜B2)については連続し、一体化して取り扱うことができる。
【0078】
完全反転時間τ100より短い駆動時間を有するビットプレーンB1、ビットプレーンB0を隣接して配置した場合にも不都合が生じないように、ディジタル画像表示装置1は以下に示す特徴を有する。
図34(A)〜図34(C)は、それぞれ強誘電性液晶29の応答特性の一例を示す図である。
図34(A)は、完全反転時間τ100aより長い発光時間τbxを実現するための、画素データのビット列の最後尾ビットを示している。上述のように、この最後尾ビットの次に完全反転時間τ100bの以上の長さのオフタイムを設けることで、ディジタル画像表示装置1は、画素データの最後尾ビットに基づく発光時間に渡り、正しく輝度の階調表現を行うことができる。
図34(B)に示すように、最後尾ビットに隣接するように発光時間τbxを設けると、直前のビットがオンの場合における実光量面積Sは、ハッチングを付した部分となり、温度に依らず完全光量面積Sxに等しい。
一方、図34(C)に示すように、直前のビットがオフの場合における実光量面積Sは、ハッチングを付した部分の合計となり、完全光量面積Sxより小さく、温度に依存することとなる。
【0079】
このように、直前のビットの状態により影響されることなく、実光量面積Sを一定とするには、画像データのビット列の最後尾ビットから完全反転時間τ100の期間を空けて次のビットB1を配置するようにすればよい。
さらに、図35(A)に示すようにビットプレーンB1の後にはビットプレーンB1におけるビットの立ち下がり時間相当以上の期間BK1を空け、ビットプレーンB0におけるビットの後ろにはビットプレーンB0の立ち下がり時間相当以上の長さのオフタイムBK0を設ければよい。このようにすれば、画像データは、直前のビットプレーンにおけるビットのオン・オフ状態により、次のビットプレーンにおけるビットが影響されることなく、画素の発光量を少なくとも予め決められた一定値(予定発光量)とすることができる。
従って、この時の1フレーム期間Tfの全体の配置例としては、図35(B)に示すように、一体駆動のビットプレーンB8〜B2、ビットプレーンB1、ビットプレーンB0等の間に、それぞれに適切なオフタイムBKを設けるようにしても良い。尚、この場合、ビットプレーンB2の発光時間τb2≧完全反転時間τ100である。
【0080】
本発明の第1実施形態によれば、通常使用される温度領域(例えば外気温度が5〜35℃、その内部温度が20〜50℃程度の温度領域)に渡り、適切に輝度に階調を出すことを実現し、高品位な階調表現を行うことができる。
【0081】
ところで本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。
上記実施形態において、強誘電性液晶29には、例えばパネル温度Tpや外気温Toを検出する温度センサ48(検出手段)が設けられていても良い。この温度センサ48は、強誘電性液晶29のパネル温度Tpや外気温Toを計測し、計測結果が図1の読み出し書き込み制御コントローラ11に引き渡される。読み出し書き込み制御コントローラ11は、この計測結果に基づいて強誘電性液晶29の温度依存性を補償して強誘電性液晶29を駆動する。このため、画像における画素は、適切に輝度を階調表現することができるようになる。また、さらに温度帯域ごとに強誘電性液晶29の複数の駆動時間を予め用意しておけば、読み出し書き込み制御コントローラ11は、計測結果に応じてより適切に強誘電性液晶29の駆動時間を設定することができる。これにより、ディジタル画像表示装置1は、強誘電性液晶29の温度依存性に配慮した適切な駆動により、さらに高い分解能を実現出来る。
【0082】
上記実施形態では、残像効果により人間の目に認識される画素の輝度を、画素の発光時間幅を変調するパルス幅変調方式を採用することを例示したが、これに限られず、これに代えて或いは併せて画素の輝度を変調する輝度変調方式等の他の光変調方式を採用しても良い。
また、上記実施形態において光学空間変調器の一例として強誘電性液晶29を例示したが、これに限られず、光の変調時における立ち上がり及び立ち下がり応答が対称となる光学空間変調器であれば良い。
また、上記実施形態の各構成は、その一部を省略したり、上記とは異なるように任意に組み合わせることができる。
【0083】
以上説明したように、本発明によれば、通常使用される温度領域に渡り、適切に輝度に階調を持たせ、高品位な階調表現を行うことができるディジタル画像表示方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の好ましい実施形態としてのディジタル画像表示装置の構成例の概要を示すブロック図。
【図2】図1のディジタル画像表示装置の変形例を示すブロック図。
【図3】図1のライトバルブの構成例を示す断面図。
【図4】図1のライトバルブの電気的な構成例を示すブロック図
【図5】順次書き込み方式を採用したライトバルブにおける1画素の電気的な構成例を示すブロック図。
【図6】図4の画素群の構成例を示す図。
【図7】ビットプレーンの構成例を示す図。
【図8】1画素当たり5ビットの画素データをパルス幅変調方式による階調表現方法によって表示する一例を示す図。
【図9】図8のサブフィールドにおける応答特性の一例を示す図。
【図10】サブフィールドにおける応答特性の一例を示す図。
【図11】サブフィールドの次にオフタイムを設けた一例を示す図。
【図12】図3の強誘電性液晶の立ち上がり応答特性の一例を示す図。
【図13】高速な強誘電性液晶の応答特性の一例を示す図。
【図14】強誘電性液晶の応答特性の一例を示す図。
【図15】強誘電性液晶の応答特性の一例を示す図。
【図16】強誘電性液晶の応答特性の一例を示す図。
【図17】図14の強誘電性液晶の応答特性を簡素化のため直線で近似した一例を示す図。
【図18】FLC駆動時間における光量に対する面積比の一例を示す図。
【図19】強誘電性液晶の応答特性の一例を示す図。
【図20】強誘電性液晶の応答特性の一例を示す図。
【図21】輝度の階調幅の一例を示す図。
【図22】輝度の階調幅の一例を示す図。
【図23】輝度の階調幅の一例を示す図。
【図24】階調幅を全温度帯域について算出した結果を示す図。
【図25】強誘電性液晶の応答特性の一例を示す図。
【図26】強誘電性液晶の応答特性の一例を示す図。
【図27】輝度の階調幅の一例を示す図。
【図28】強誘電性液晶の応答特性の一例を示す図。
【図29】強誘電性液晶の応答特性の一例を示す図。
【図30】強誘電性液晶の応答特性の一例を示す図。
【図31】強誘電性液晶の応答特性の一例を示す図。
【図32】輝度の階調幅の一例を示す図。
【図33】全温度領域について輝度の最大階調幅を計算した結果の一例を示す図。
【図34】強誘電性液晶の応答特性の一例を示す図。
【図35】強誘電性液晶の応答特性の一例を示す図及び、1フレーム期間におけるビットプレーンの発光時間の一例を示す図。
【図36】画像表示装置の表示出力としてのガンマカーブに対する人間の視覚応答特性を示す図。
【図37】図36のガンマカーブ及び視覚応答特性の入力信号に合わせて8ビットで変換したときの入力出力変換特性を詳細に示した図及び、ガンマカーブにて人間の目に認識される輝度変化の一例を示す図。
【符号の説明】
1・・・ディジタル画像表示装置(画像表示装置)、5・・・光源、7・・・ライトバルブ(光学空間変調器)、11・・・読み出し書き込み制御コントローラ(制御手段)、25a・・・画素、48・・・温度センサ(検出手段)、B0,B1・・・ビットプレーン(階調幅制御ビット)、B1〜B9・・・ビットプレーン(階調表現ビット)、BK・・・オフタイム(黒色表示ビットの表示期間)、、FD・・・フレームデータ(画像データ)、SF0等・・・サブフィールド(発光予定時間)、τx・・・FLC駆動時間(駆動時間)
Claims (1)
- 外部から入力されるディジタル画像のフレームデータを構成する画素データを二進数のビット列に変換し、前記ビット列を時間軸上最先の位置から最終位置に向かって最下位ビットから最上位ビットの順に配置して階調表現ビット列を構成し、前記階調表現ビット列の後に、前記最下位ビットの数値より小さい数値を表現する一以上の階調幅表現ビットを配置するステップと、
パルス幅変調方式にて前記階調表現ビット列を構成する各ビットの数値に相当する時間で強誘電性液晶パネルを駆動するステップと、
前記階調表現ビットの最上位ビットの駆動時間の後、前記強誘電性液晶パネルの液晶状態が完全に変化する完全反転時間以上、駆動を停止するステップと、
前記完全反転時間を経た後に前記階調幅表現ビットによる駆動を行うことで、前記階調表現ビットに対応した駆動時間よりも長い駆動時間で前記強誘電性液晶パネルを駆動するステップと
を有するディジタル画像表示方法。
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