JP6611526B2 - 液晶駆動装置、画像表示装置および液晶駆動プログラム - Google Patents

Description

本発明は、液晶素子をデジタル駆動する際に生じる階調段差を補正する技術に関する。

液晶素子をデジタル駆動する際には、一般にＰＷＭ（Pulse Width Modulation）駆動方式が用いられる。ＰＷＭ駆動方式では、図８に示すように、液晶素子に１フレーム画像が表示される１フレーム期間が複数のサブフレーム期間（サブフィールド期間ともいう：図に１，２，４，８で示す）に分割される。そして、入力画像の階調（以下、入力階調という：図に１，２，３，…，１６で示す）に応じて、サブフレーム期間ごとに、液晶素子の画素に対する所定電圧の印加（ＯＮ：図に白で示す）と非印加（ＯＦＦ：図に黒で示す）が制御される。これにより、液晶素子の画素に様々な階調（明るさ：以下、表示階調ともいう）を表示させることができる。

ただし、液晶素子の画素は電圧印加に対して線形に応答せず、また液晶分子の応答性の影響も受けるため、液晶素子をＰＷＭ駆動する際には、入力階調に対して表示階調が滑らかに変化しなくなる。つまり、入力階調が増加したにもかかわらず表示階調が大きく低下するというような階調の落ち込み（以下、階調段差という）が生じる。

図９（ａ）および図１０（ｂ）にはそれぞれ、１２ｂｉｔのＰＷＭ駆動により液晶素子に全４０９６階調を表示させる場合における１５３５階調および１５３６階調を液晶素子に表示させる際の１４のサブフレーム期間での電圧ＯＮ／ＯＦＦを示している。図中の白いサブフレーム期間２０１，３０１は電圧ＯＮのサブフレーム期間（以下、ＯＮサブフレームという）を示し、グレーのサブフレーム期間は電圧ＯＦＦのサブフレーム期間を示す。図９（ｂ）および図１０（ｂ）にはそれぞれ、図９（ａ）および図１０（ａ）に示したサブフレーム期間での電圧ＯＮ／ＯＦＦによって得られる輝度の時間変化（光応答波形）を示している。図９（ｂ）および図１０（ｂ）に示す波形の積分値が、１フレーム期間２０２，３０２で得られる明るさ（積分光量）を示す。

図９（ａ）と図１０（ａ）とを比較すると、最初のＯＮサブフレームから最後のＯＮサブフレームまでの時間長さ（すなわちパルス幅）としては、図９（ａ）に示す１５３６階調表示時の方が図１０（ａ）に示す１５３５階調表示時よりも長い。このため、液晶の応答性が十分に早く、入力に対して線形に応答すれば、１５３５階調表示時よりも１５３６階調表示時の方が明るくなる。

しかし、実際には、図９（ｂ）に示す１５３５階調表示時の積分光量の方が図１０（ｂ）に示す１５３６階調表示時の積分光量よりも大きく、１５３５階調表示時の方が１５３６階調表示時よりも明るくなる。すなわち、図１１に示すように、互いに隣接する１５３５階調と１３５６階調との間で明るさ（表示階調）の落ち込みとしての階調段差が生じる。

このような階調段差の発生原因は上述した通りであるので、階調段差が発生する入力階調を予め予測することが可能である。特許文献１には、階調段差が生じると予測される入力階調に対しては、その入力階調に対応する駆動階調では液晶素子を駆動せず、より高い入力階調に対応する駆動階調で液晶素子を駆動する（つまりは階調を飛ばす）方法が開示されている。すなわち、図１１に示すように、入力階調が１５３５階調である場合はこれに対応する駆動階調４０１で液晶素子を駆動し、入力階調が１５３６階調である場合は駆動階調４０１に対して飛ばし量ａだけ階調差を有する駆動階調４０２で液晶素子を駆動する。

特開２０１３−０６８７９２号公報

しかしながら、液晶の応答性は温度によって変化する。このため、特許文献１にて開示された方法のように温度を考慮せずに一律に階調の飛ばし量ａを設定すると、温度によっては階調段差の発生を防止することができないおそれがある。

本発明は、液晶素子の温度にかかわらず階調段差の発生を防止または抑制することができるようにした液晶駆動装置および画像表示装置を提供する。

本発明の一側面としての液晶駆動装置は、入力画像に基づいて液晶素子を駆動する。該液晶駆動装置は、入力画像の階調である入力階調に基づいて駆動階調を設定する階調設定手段と、駆動階調に応じて、液晶素子が１フレーム画像を表示する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画素に印加する電圧を第１の電圧と該第１の電圧より低い第２の電圧とに制御して画素に階調を形成させる駆動手段と、液晶素子の温度または該液晶素子の周囲の温度を検出する温度検出手段とを有する。階調設定手段は、入力階調が第１の入力階調である場合は該第１の入力階調に対応する第１の駆動階調を設定し、入力階調が第１の入力階調に連続する第２の入力階調である場合は第１の駆動階調に対して２階調以上の階調差を有する第２の駆動階調を設定する。そして、温度検出手段により検出された温度が第１の温度のとき階調差として第１の階調差を設定し、第１の温度より低い第２の温度のとき階調差として第１の階調差よりも大きい第２の階調差を設定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。

また、本発明の他の一側面としての液晶駆動プログラムは、コンピュータに、入力画像に基づいて液晶素子を駆動する処理を実行させるコンピュータプログラムである。上記処理は、入力画像の階調である入力階調に基づいて駆動階調を設定する階調設定処理と、駆動階調に応じて、液晶素子が１フレーム画像を表示する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画素に印加する電圧を第１の電圧と該第１の電圧より低い第２の電圧とに制御して画素に階調を形成させる液晶駆動処理と、液晶素子の温度または該液晶素子の周囲の温度を取得する温度取得処理とを含む。階調設定処理は、入力階調が第１の入力階調である場合は該第１の入力階調に対応する第１の駆動階調を設定し、入力階調が第１の入力階調に連続する第２の入力階調である場合は第１の駆動階調に対して２階調以上の階調差を有する第２の駆動階調を設定する。そして、温度取得処理により取得した温度が第１の温度のとき階調差として第１の階調差を設定し、第１の温度より低い第２の温度のとき階調差として第１の階調差よりも大きい第２の階調差を設定することを特徴とする。

本発明によれば、液晶素子の温度にかかわらず階調段差の発生を防止または抑制することができ、入力階調の変化に対して表示階調を滑らかに変化させることができる。

本発明の実施例であるプロジェクタの概略図。 実施例のプロジェクタの構成を示すブロック図。 実施例における階調段差を説明する図。 実施例における光応答波形の温度変化を示す図。 従来における階調段差補正方法を説明する図。 実施例における階調段差補正方法を説明する図。 実施例における階調段差補正処理を示すフローチャート。 従来および実施例の液晶素子のＰＷＭ駆動を説明する図。 １５３５階調表示時のサブフレームのＯＮ／ＯＦＦと光応答波形とを示す図。 １５３６階調表示時のサブフレームのＯＮ／ＯＦＦと光応答波形とを示す図。 階調段差および従来の階調段差補正方法を説明する図。

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には、本発明の実施例である画像表示装置としての液晶プロジェクタ（画像投射装置：以下、単にプロジェクタという）５０１を示している。なお、本実施例および後述する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、後述する階調段差の補正方法は、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にも適用することができる。

ビデオプレーヤ５０２から出力された映像信号（外部映像信号）は、ビデオケーブル５０３を介してプロジェクタ５０１に入力される。プロジェクタ５０１は、入力された外部映像信号から表示に適した出力映像信号を生成し、該出力映像信号に応じて液晶素子を駆動することで、出力映像信号に対応する映像５０５をスクリーン等の被投射面５０４に投射する。

図２には、プロジェクタ５０１の内部構成を示す。プロジェクタ５０１に入力された外部映像信号は、映像処理部６０１にてフレーム画像単位の入力画像データに変換され、さらにブライトネス補正、コントラスト補正、ガンマ変換および色変換等の映像処理が施される。

映像処理部６０１内に設けられた補正部（階調設定手段）６０２は、映像処理が行われた入力画像データの階調である入力階調を液晶素子６０４を駆動するための駆動階調に変換する（すなわち、入力階調に基づいて駆動階調を設定する）。この際、補正部６０２は、後述する補正対象階調以外の複数の入力階調に対しては、各入力階調に対応する駆動階調に変換する。一方、補正対象階調に対しては、階調段差を防止または抑制するための処理として階調段差補正処理を行う。この階調段差補正処理については後述する。

映像処理部６０１（補正部６０２）からの駆動階調は、液晶駆動部（駆動手段）６０３に入力される。液晶駆動部６０３は、図８に示したように、液晶素子６０４が１フレーム画像を表示する１フレーム期間を複数のサブフレーム期間に分割する。そして、駆動階調に応じて、複数のサブフレーム期間のそれぞれにおける液晶素子６０４の画素への電圧印加のＯＮ／ＯＦＦパターン（ＰＷＭ駆動パターン）を生成し、該ＯＮ／ＯＦＦパターンに従って該画素への電圧印加（液晶素子６０４の駆動）を制御する。ＯＮ／ＯＦＦパターンにおけるＯＮでは液晶素子６０４の画素に対して所定電圧としての第１の電圧が印加され、ＯＦＦでは該画素に対して第１の電圧が非印加となる（言い換えれば、第１の電圧より低い第２の電圧が印加される）。これにより、液晶素子６０４の画素に階調を形成（表示）させる。こうして、液晶素子２０４のデジタル駆動方式（ＰＭＷ駆動方式）での駆動が行われる。

液晶素子６０４は、ＲＧＢの色ごとに１つずつ設けられ、それぞれ各色の映像（連続したフレーム画像）を表示する。液晶素子６０４には温度検出回路（温度検出手段）６０５が内蔵されており、この温度検出回路６０５によって液晶素子６０４の内部の温度を取得することができる。なお、温度検出回路６０５を、液晶素子６０４の外部近傍に設けて、液晶素子６０４の周囲の温度を検出するようにしてもよい。以下の説明では、温度検出回路６０５によって検出された温度を「液晶素子６０４の温度」という。

光源６０６からの白色光は、照明光学系６０７によってＲＧＢの３つの色光に分解されて３つの液晶素子６０４に入射し、該液晶素子６０４にて画像変調される。画像変調された３つの色光は不図示の合成光学系によって１つに合成されて投射光学系６０８を介して図１に示した被投射面５０４に投射される。

メインコントローラとしてのＣＰＵ６０９は、映像処理部６０１および補正部６０２での処理を制御したり、光源６０６の駆動や液晶駆動部６０３による液晶素子６０４の駆動を制御したりする。ＣＰＵ６０９、映像処理部６０１、補正部６０２、液晶駆動部６０３および温度検出回路６０５により液晶駆動装置が構成される。

次に、温度による階調段差の変化について説明する。図３は、液晶素子６０４の温度が変化した際の入力階調と輝度との関係（入力階調−輝度特性）を示している。横軸は入力階調を、縦軸は入力階調が４０９２階調であるときの輝度を１としたときの輝度比率を示している。７０１（点線）は液晶素子が２０℃の場合の入力階調−輝度特性を示しており、７０２（実線）は液晶素子が４０℃の場合の入力階調−輝度特性を示している。さらに、７０３（破線）は液晶素子が６０℃の場合の入力階調−輝度特性を示している。

液晶素子６０４の温度が高くなるほど液晶の応答速度は速くなり、逆に温度が低くなるほど液晶の応答速度は遅くなる。図４（ａ），（ｂ），（ｃ）にはそれぞれ、液晶素子が２０℃、４０℃および６０℃の場合の光応答波形を示している。８０１，８０３，８０５は、図１０（ａ）に示したＯＮ／ＯＦＦパターンに対応する１５３５階調での光応答波形を示しており、８０２，８０４，８０６は図１０（ｂ）に示したＯＮ／ＯＦＦパターンに対応する１５３６階調での光応答波形を示している。図４（ａ），（ｂ），（ｃ）において、横軸は時間を示し、縦軸は光応答波形８０１，８０３，８０５の最大値を１としたときの値（比率）を示している。

図４（ａ），（ｂ），（ｃ）から分かるように、１５３５階調での光応答波形に対する１５３６階調での光応答波形の差（つまりは積分光量の低下量である階調段差の大きさ）は液晶素子６０４の温度が低いほど大きくなる。このように、階調段差の大きさは、液晶素子６０４の温度によって変化する。

図５には、特許文献１にて開示された階調段差補正処理を示している。図５において、横軸は入力階調を、縦軸は入力階調が４０９２階調であるときの輝度を１としたときの輝度比率を示している。この処理では、入力階調が１５３５階調（第１の入力階調）である場合は、これを補正することなく駆動階調として入力階調に対応する１５３５階調（第１の駆動階調）を設定する。一方、入力階調が１５３５階調に隣接する１５３６階調（第２の入力階調）である場合は、１５３５階調に対して２階調以上の階調差を有する駆動階調（第２の駆動階調：例えば、１５８０階調）を設定する。ここにいう階調差（上記の例では４４階調）が階調補正量に相当し、図５における９０１，９０２，９０３はそれぞれ、液晶素子が２０℃、４０℃および６０℃の場合に階調段差を補正するための階調補正量を示している。これら階調補正量が１５３６階調に加算されることで１５７６階調が設定される。

この特許文献１の階調段差補正処理では、液晶素子６０４の温度変化を考慮することなく一定の階調補正量を設定している。図５では、液晶素子が４０℃の際に階調段差が良好に補正可能な階調補正量が設定されている。しかし、液晶素子６０４の温度が２０℃になって階調段差が大きくなると、４０℃に対して設定された階調補正量では階調段差を除去しきれない（すなわち補正不足となる）。また、液晶素子６０４の温度が６０℃になって階調段差が小さくなると、４０℃に対して設定された階調補正量では補正が過剰となってより大きな階調段差を生じさせる。

階調補正量を一定としても、液晶素子６０４の温度を４０℃に維持すれば、階調段差の補正不足や補正過剰を回避することはできる。しかし、液晶素子６０４の温度を４０℃に維持するための構成が必要となり、その結果、プロジェクタの構成の複雑化や大型化が問題となる。

そこで、本実施例では、図６に示すような階調段差補正処理を行う。図６において、横軸は入力階調を、縦軸は入力階調が４０９２階調であるときの輝度を１としたときの輝度比率を示している。本実施例でも、入力階調が１５３５階調（第１の入力階調）である場合は、補正することなく駆動階調を入力階調に対応する１５３５階調（第１の駆動階調）を設定する。また、入力階調が１５３５階調に隣接する１５３６階調（第２の入力階調）である場合は、１５３５階調に対して２階調以上の階調差を有する、つまりは階調補正量を加算した駆動階調（第２の駆動階調）を設定する。ただし、本実施例では、液晶素子６０４の温度に応じて階調補正量を変化させる。

図６において、１００１, １００２, １００３はそれぞれ、液晶素子が２０℃、４０℃および６０℃の場合に階調段差を補正するための階調補正量を示している。この図では、液晶素子６０４の温度に応じて階調補正量が変化する、より具体的には温度が低いほど階調補正量が大きいことを示している。

このように液晶素子６０４の温度に応じた階調補正量を設定することで、図６に示すように、液晶素子６０４の温度が２０℃、４０℃および６０℃のいずれであっても、補正不足や補正過剰を生じさせることなく、階調段差を良好に補正することができる。したがって、本実施例によれば、液晶素子６０４の温度にかかわらず、入力階調の増加に対する表示階調の変化を滑らかにする（単調増加させる）ことが可能となる。

なお、「階調段差を良好に補正する」とは必ずしも階調段差を完全になくすることだけでなく、許容される大きさ（例えば、第１の入力階調に対応する輝度の５％以下）の階調段差が残るようにすることも含む。

補正部６０２は、液晶素子６０４の温度ごとの階調補正量を含むテーブル（階調補正量テーブル）を予め保持している。補正部６０２は、入力階調が補正対象階調である場合に温度検出回路６０５により検出された液晶素子６０４の温度に対応する階調補正量を階調補正量テーブルから読み出して該入力階調に加算する。これにより、液晶素子６０４の温度に応じて補正された駆動階調が設定される。

図７には、液晶駆動装置において補正部６０２が行う階調段差補正処理の流れを示している。補正部６０２は、コンピュータとしての映像処理部６０１に含まれており、コンピュータプログラムである液晶駆動プログラムに従って本処理を実行する。

ステップＳ１０１では、補正部６０２は、入力階調が補正対象階調（第２の入力階調）であるか否かを判定する。そうである場合はステップＳ１０２に進み、そうでない場合はステップＳ１０５に進む。

ステップＳ１０２（温度取得処理）では、補正部６０２は、温度検出回路６０５から液晶素子６０４の温度を取得する。

そして、ステップＳ１０３では、補正部６０２は、取得した温度に応じた階調補正量を階調補正量テーブルから読み出す。

次にステップＳ１０４（階調設定処理）では、補正部６０２は、入力階調に対して読み出した階調補正量を加算して補正された駆動階調を設定する。そして、ステップＳ１０６に進む。

なお、本実施例では、取得した温度に応じた階調補正量を階調補正量テーブルから読み出す場合について説明するが、取得した温度と基準温度（例えば４０℃）との差に応じた階調補正量を階調補正量テーブルから読み出すようにしてもよい。

一方、ステップＳ１０５（階調設定処理）では、補正部６０２は、入力階調を補正することなく駆動階調を設定する。そして、ステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０６（駆動処理）では、補正部６０２は、ステップＳ１０４またはＳ１０５で設定した駆動階調を液晶駆動部６０３に出力する。これにより、液晶駆動部６０３は、設定された駆動階調に応じて液晶素子６０４を駆動する。

以上説明したように、本実施例によれば、液晶素子の温度にかかわらず階調段差の発生を防止または抑制することができ、液晶素子の温度を一定に維持する構成を設けることなく、入力階調の変化に対して表示階調を滑らかに変化させることができる。
（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。

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。

６０２ 補正部
６０３ 液晶駆動部
６０４ 液晶素子
６０５ 温度検出回路

Claims (4)

1. 入力画像に基づいて液晶素子を駆動する液晶駆動装置であって、
   前記入力画像の階調である入力階調に基づいて駆動階調を設定する階調設定手段と、
   前記駆動階調に応じて、前記液晶素子が１フレーム画像を表示する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画素に印加する電圧を第１の電圧と該第１の電圧より低い第２の電圧とに制御して前記画素に階調を形成させる駆動手段と、
   前記液晶素子の温度または該液晶素子の周囲の温度を検出する温度検出手段とを有し、
   前記階調設定手段は、
   前記入力階調が第１の入力階調である場合は該第１の入力階調に対応する第１の駆動階調を設定し、前記入力階調が前記第１の入力階調に連続する第２の入力階調である場合は前記第１の駆動階調に対して２階調以上の階調差を有する第２の駆動階調を設定し、
   前記温度検出手段により検出された前記温度が第１の温度のとき前記階調差として第１の階調差を設定し、前記第１の温度より低い第２の温度のとき前記階調差として前記第１の階調差よりも大きい第２の階調差を設定することを特徴とする液晶駆動装置。
2. 前記階調設定手段は、前記入力階調の増加に対して前記液晶素子における表示階調が単調に増加するように前記階調差を変化させることを特徴とする請求項１に記載の液晶駆動装置。
3. 液晶素子と、
   請求項１または２に記載の液晶駆動装置とを有することを特徴とする画像表示装置。
4. コンピュータに、入力画像に基づいて液晶素子を駆動する処理を実行させるコンピュータプログラムであって、
   前記処理は、
   前記入力画像の階調である入力階調に基づいて駆動階調を設定する階調設定処理と、
   前記駆動階調に応じて、前記液晶素子が１フレーム画像を表示する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画素に印加する電圧を第１の電圧と該第１の電圧より低い第２の電圧とに制御して前記画素に階調を形成させる駆動処理と、
   前記液晶素子の温度または該液晶素子の周囲の温度を取得する温度取得処理とを含み、
   前記階調設定処理は、
   前記入力階調が第１の入力階調である場合は該第１の入力階調に対応する第１の駆動階調を設定し、前記入力階調が前記第１の入力階調に連続する第２の入力階調である場合は前記第１の駆動階調に対して２階調以上の階調差を有する第２の駆動階調を設定し、
   前記温度取得処理により取得した温度が第１の温度のとき前記階調差として第１の階調差を設定し、前記第１の温度より低い第２の温度のとき前記階調差として前記第１の階調差よりも大きい第２の階調差を設定することを特徴とする液晶駆動プログラム。