(57)【要約】【課題】ディスクリネーションによる疑似輪郭の画質劣化を抑制しつつ、フリッカの影響を抑えた画像投射を行うことが可能な投射型液晶表示装置を提供すること。【解決手段】投射型液晶表示装置は、線順次駆動する液晶表示素子に照明光を照射する光源と、入力画像データから表示用画像データを生成する生成手段と、照明光の強度を制御する制御手段と、を有し、生成手段は入力画像データに第１ゲイン、第１ゲインよりも低い第２ゲインおよび第２ゲインよりも低い第３ゲインをかけて第１から第３表示用画像データを生成し、制御手段は液晶表示素子が第２表示用画像データに基づいて駆動される際に照明光の強度を、第１表示用画像データに基づいて駆動される際より高く、第３表示用画像データに基づいて駆動される際より低くし、生成手段は入力画像データに第１から第３ゲインの順、または第３から第１ゲインの順でゲインをかける。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
線順次駆動する液晶表示素子と、
前記液晶表示素子に照明光を照射する光源と、
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生成手段と、
前記照明光の強度を制御する制御手段と、を有し、
前記生成手段は、前記入力フレーム画像データに対して第１のゲイン、該第１のゲインよりも低い第２のゲイン、および該第２のゲインよりも低い第３のゲインをかけて第１の表示用画像データ、第２の表示用画像データおよび第３の表示用画像データを生成し、
前記制御手段は、前記液晶表示素子が前記第２の表示用画像データに基づいて駆動される際に前記照明光の強度を、前記第１の表示用画像データに基づいて駆動される際より高く、前記第３の表示用画像データに基づいて駆動される際より低くし、
前記生成手段は、前記入力フレーム画像データに対して、前記第１のゲイン、前記第２のゲインおよび前記第３のゲインの順、または前記第３のゲイン、前記第２のゲインおよび前記第１のゲインの順でゲインをかけることを特徴とする投射型液晶表示装置。
【請求項２】
パルス幅変調方式で前記液晶表示素子を駆動する駆動手段を更に有することを特徴とする請求項１に記載の投射型液晶表示装置。
【請求項３】
前記駆動手段は、階調データに応じて前記液晶表示素子の複数の画素のそれぞれに対する第１の電圧と該第１の電圧より低い第２の電圧の印加時間を制御して前記液晶表示素子を駆動することを特徴とする請求項２に記載の投射型液晶表示装置。
【請求項４】
１フレーム期間をｔ（秒）、前記生成手段が前記入力フレーム画像に対してかけるゲインの数をＮとするとき、
（Ｎ−１）ｔ＞０．０５（秒）
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の投射型液晶表示装置。
【請求項５】
前記第１のゲインと前記第２のゲインとの差分の絶対値は、前記第２のゲインと前記第３のゲインとの差分の絶対値より小さいことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の投射型液晶表示装置。
【請求項６】
前記第２のゲインと前記第３のゲインとの差分の絶対値は、前記第１のゲインと前記第２のゲインとの差分の絶対値より小さいことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の投射型液晶表示装置。
【請求項７】
前記生成手段は、前記入力フレーム画像データに対して前記第３のゲインよりも低い第４のゲインをかけて第４の表示用画像データを生成し、
前記制御手段は、前記液晶表示素子が前記第４の表示用画像データに基づいて駆動される際に前記照明光の強度を、前記第３の表示用画像データに基づいて駆動される際より高くし、
前記生成手段は、前記入力フレーム画像データに対して、前記第１のゲイン、前記第２のゲイン、前記第３のゲインおよび前記第４のゲインの順、または前記第４のゲイン、前記第３のゲイン、前記第２のゲインおよび前記第１のゲインの順でゲインをかけることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の投射型液晶表示装置。
【請求項８】
前記第１のゲインと前記第２のゲインとの差分の絶対値は、前記第２のゲインと前記第３のゲインとの差分の絶対値より小さく、
前記第４のゲインと前記第３のゲインとの差分の絶対値は、前記第２のゲインと前記第３のゲインとの差分の絶対値より小さいことを特徴とする請求項７に記載の投射型液晶表示装置。
【請求項９】
前記光源は、面一括照明光源であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の投射型液晶表示装置。
【請求項１０】
コンピュータを、請求項１から９のいずれか１項に記載の投射型液晶表示装置の各手段として機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス幅変調方式により画像表示する液晶表示素子を有する投射型液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶プロジェクタ等の表示装置では、所望の画像を表示する液晶表示素子が広く用いられている。液晶表示素子の駆動方式として、表示輝度に応じた電圧を液晶層に印加することで、階調性を表現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階調性を表現するデジタル駆動方式とが知られている。デジタル駆動方式のうち、近年の液晶表示素子の画素サイズの狭小化に適した駆動方式としてパルス幅変調方式が使用されている。
【０００３】
図７は、パルス幅変調方式の説明図である。ここでは、パルス幅変調方式により８ｂｉｔ階調の画像を表示する方法について説明する。１フレーム期間は、液晶表示素子に１フレーム画像が表示される期間であり、時間幅の異なる８つのサブフィールド期間に分割されている。各サブフィールド期間の時間幅は２＾ｉ（ｉ＝０〜７）に対応する時間幅に設定されている。各サブフィールド期間では、表示する階調に応じて、画素は白（ＯＮ）か黒（ＯＦＦ）の２値の輝度表示をするように制御される。８ｂｉｔ階調の１〜２５６階調に応じて、白表示するサブフィールドを適切に選択して、一フレーム期間で白が表示される総和時間を２５６段階に変更することができる。
【０００４】
ここで、このようなパルス幅変調方式を、マイクロディスプレイタイプの液晶表示素子に適用する場合、ディスクリネーションと呼ばれる液晶配向の乱れと、付随する画質品位低下の課題が知られている。
【０００５】
図８（ａ）は、ディスクリネーションによる画質品位低下の発生例を示している。風景画像にみられる青空のように、階調がなめらかに変化する（グラデーション）画像では、疑似輪郭８１が視認される場合がある。疑似輪郭８１の階調を分析すると、１２８階調辺りに階調変化が発生し、疑似輪郭８１として視認される。
【０００６】
図９は、疑似輪郭の発生階調付近のパルス幅変調パターンを示す図である。図９（ａ）および図９（ｂ）はそれぞれ、１２７階調および１２８階調でのパルス幅変調パターンを示している。図９（ａ）および図９（ｂ）ではそれぞれ、サブフィールド期間９１およびサブフィールド期間９２が電圧印加時間である。パルス幅変調方式では、（２＾ｉ−１）階調と２＾ｉ階調の関係のように、上位ｂｉｔと、下位ｂｉｔのＯＮ，ＯＦＦの状態が、互いに反転状態となる特徴的な階調がある。
【０００７】
一般的な液晶変調素子では、白状態の画素と黒状態の画素とが隣接する画像を形成すると、図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示されるディスクリネーションと呼ばれる、隣接階調の境界領域近傍の輝度の非所望の低下現象が発生する。図８（ａ）の場合でも、このような状態となっており、疑似輪郭８１が発生している。
【０００８】
つまり、パルス幅変調方式では、１２７階調と１２８階調のように、滑らかにレベルが変化するグラデーション画像でもディスクリネーションによる輝度低下が発生することがあるため、画像劣化として視認され易い。
【０００９】
特許文献１では、デジタル駆動方式により画像表示する液晶表示素子を有する投射型液晶表示装置における、各種画質劣化に対し信号処理による対策技術が開示されている。特許文献１では、入力画像にフレームごとに異なるオフセットを重畳またはゲインを乗算することで、グラデーション画像中で発生するディスクリネーションの輝度低下発生座標がフレームごとに異なる位置に拡散される。この場合、図８（ｂ）のエリア８２，８３のように、疑似輪郭の発生座標を拡散させ、個々の疑似輪郭の濃度を薄くすることで、総合的な画質を向上させることができる。以下の説明では、特許文献１の技術を時間拡散法と呼称する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１３−０５０６８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
図１１は、時間拡散法適用時のゲインの時間変化を示す図である。乗算するゲインの数を増やすことで、時間拡散法により疑似輪郭の画質劣化を抑制する効果がより得やすくなる。例えば、二値パターン１１０１よりも三値パターン１１０２のほうが拡散の効果を得やすい。しかしながら、この場合、画像信号中に低周波のフリッカが重畳されるため、フリッカ視認がされやすい。例えば、二値パターン１１０１では２フレーム周期のフリッカ成分であり、三値パターン１１０２では４フレーム周期のフリッカ成分である。
【００１２】
本発明は、ディスクリネーションによる疑似輪郭の画質劣化を抑制しつつ、フリッカの影響を抑えた画像投射を行うことが可能な投射型液晶表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一側面としての投射型液晶表示装置は、線順次駆動する液晶表示素子と、液晶表示素子に照明光を照射する光源と、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生成手段と、照明光の強度を制御する制御手段と、を有し、生成手段は、入力フレーム画像データに対して第１のゲイン、該第１のゲインよりも低い第２のゲイン、および該第２のゲインよりも低い第３のゲインをかけて第１の表示用画像データ、第２の表示用画像データおよび第３の表示用画像データを生成し、制御手段は、液晶表示素子が第２の表示用画像データに基づいて駆動される際に照明光の強度を、第１の表示用画像データに基づいて駆動される際より高く、第３の表示用画像データに基づいて駆動される際より低くし、生成手段は、入力フレーム画像データに対して、第１のゲイン、第２のゲインおよび第３のゲインの順、または第３のゲイン、第２のゲインおよび第１のゲインの順でゲインをかけることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ディスクリネーションによる疑似輪郭の画質劣化を抑制しつつ、フリッカの影響を抑えた画像投射を行うことが可能な投射型液晶表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る透過型液晶表示装置の一例である液晶プロジェクタの使用方法を示す図である。
【図２】液晶プロジェクタのブロック図である。
【図３】時間拡散部の説明図である。
【図４】実施例１の時間拡散部が画像信号に乗算するゲイン、光源の強度および投射画像の表示輝度のパターンの説明図である。
【図５】線順次駆動の説明図である。
【図６】実施例２の時間拡散部が画像信号に乗算するゲイン、光源の強度および投射画像の表示輝度のパターンの説明図である。
【図７】パルス幅変調方式の説明図である。
【図８】疑似輪郭の発生例を示す図である。
【図９】疑似輪郭の発生階調のパルス幅変調パターンを示す図である。
【図１０】ディスクリネーションの発生状態の説明図である。
【図１１】時間拡散法適用時のゲインの時間変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【実施例１】
【００１７】
図１は、本発明の実施形態に係る透過型液晶表示装置の一例である液晶プロジェクタ１１の使用方法を示す図である。ビデオプレーヤ１２から出力される画像信号（入力フレーム画像データ）は、ビデオケーブル１３を介して、液晶プロジェクタ１１に入力される。液晶プロジェクタ１１は、入力される画像信号に基づいて投射画像光をスクリーン１４に投射し、使用者が観賞するに好適な投射画像１５を表示する。
【００１８】
図２は、液晶プロジェクタ１１のブロック図である。画像処理部（生成手段）１０１は、液晶プロジェクタ１１に連続して入力される画像信号に対して、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画像処理を施し、使用者の観賞するに好適な画像を示す画像信号（表示用画像データ）に変換する。また、画像処理部１０１は、時間拡散法によるディスクリネーション低減処理を実行する。画像処理部１０１から出力された画像信号は、液晶駆動部（駆動手段）１０２に入力される。液晶駆動部１０２は、画像信号の出力階調に応じて、パルス幅変調方式により、白状態（ＯＮ状態）／黒状態（ＯＦＦ状態）のパルス幅変調パターンを生成し、液晶駆動信号として液晶表示素子１０３に出力する。具体的には、液晶駆動部１０２は、階調データに応じて液晶表示素子１０３の複数の画素のそれぞれに対する第１の電圧と該第１の電圧より低い第２の電圧の印加時間を制御して液晶表示素子１０３を駆動する。ＣＰＵ１０７は、マイコンであり、液晶プロジェクタ１１の各部の動作を制御する。光源１０４は、レーザーやＬＥＤ等の固体光源であり、ＣＰＵ１０７により、発光強度を投射画像に合わせて高速に変化させることができる。また、後述するように、画像（投射画像）の表示タイミングと光源１０４の強度の変化タイミングとを一致させる必要がある。本実施例では、ＣＰＵ１０７から出力された同期信号１０８により、画像の表示タイミングと光源１０４の強度の変化タイミングは互いに同期するように制御されている。液晶表示素子１０３は、ＲＧＢの各色に対応して液晶表示素子を有する３板構成の液晶表示素子である。本実施例では、ＲＧＢにより動作の差異は無いため、以下では、ＲＧＢのいずれかの液晶表示素子の動作について説明する。液晶表示素子１０３は、光源１０４から射出され照明光学系１０５により平行光化された光束を、液晶駆動信号に基づいて変調する。変調された光束は、投射光学系１０６を介して外部に投射される。
【００１９】
図３は、画像処理部１０１内に設けられている時間拡散部１０１ａの説明図である。時間拡散部１０１ａは、乗算回路であり、フレームごとに画像信号にゲインを乗算する。
【００２０】
図４は、時間拡散部１０１ａが画像信号に乗算するゲイン、光源１０４の強度、および投射画像の表示輝度のパターンの説明図である。
【００２１】
図４（ａ）は、時間拡散部１０１ａが画像信号に乗算するゲインと、それに付随して設定される光源１０４の強度のフレームごとの推移を示している。本実施例では、時間拡散の効果を増大させるために、５種類のゲイン（以下、５値という）のパターン４０１がフレームごとに適用される。これにより、グラデーション画像中に見られるディスクリネーションによる輝度低下が発生する座標がフレームごとに５種類の座標に拡散（分散）されるため、画質劣化を抑制可能である。
【００２２】
また、パターン４０１に対応して発生するフリッカを抑制するため、光源１０４の強度がパターン４０２のように設定される。
【００２３】
ここで、所定のフレームにおける、ゲインをｇａｉｎ（ｎ）、その際に光源１０４に設定される強度をＰ（ｎ）とする。ゲインをかけたことによる輝度変化を光源１０４の強度変化で相殺するためには、ｇａｉｎ（ｎ）およびＰ（ｎ）は以下の式（１）に示される反比例の関係に設定にされることが望ましい。
【００２４】
【数１】
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【００２５】
式（１）により、パターン４０２が決定される。本実施例では、図４（ａ）に示されるように、パターン４０２は、パターン４０１とは逆特性で変化している。これにより、本実施例では、投射画像のフリッカを抑制可能である。
【００２６】
図５は、線順次駆動の説明図である。本実施例では、液晶表示素子１０３は、図５の矢印に示されるように、画面の上から下へ水平ラインごとに順番に画像信号を書き込む、いわゆる、線順次駆動する液晶表示素子である。この場合、画像信号の書き込みタイミングが画面の上段５０１、中段５０２、下段５０３で異なるため、画像の表示タイミングと光源１０４の強度の変化タイミングを画面全面で一致させることができない。また、時間拡散法に起因する投射画像のフリッカ波形も、画面の上段５０１、中段５０２、下段５０３で、書き込みタイミングの違い（差）の分、位相が異なる。そこで、本実施例では、光源１０４の強度の変化タイミングを、画面の中段５０２の書き込みタイミングに一致させている。
【００２７】
投射画像のフリッカ波形は、液晶表示素子１０３の表示輝度と光源１０４の輝度との乗算で決定される。図４（ｂ）は、画面の上段５０１、中段５０２、下段５０３における投射輝度の波形４０３，４０４，４０５を示している。なお、図４（ｂ）では、見易さのために、波形４０３，４０４，４０５は輝度が異なるように図示されているが、実際の波形４０３，４０５の平均輝度は波形４０４と同じ平均輝度９２％である。
【００２８】
式（１）により、波形４０４は、フリッカが相殺された波形となっている。本実施例では、線順次駆動する液晶表示素子１０３を使用しているため、波形４０３，４０５は、画像の表示タイミングと光源１０４の強度の変化のタイミングが一致していない。
【００２９】
このようにタイミングが一致していない状態でも、光源１０４の強度を変換させることによりフリッカが低減されるため、本実施例では、時間拡散法の５値を、隣接するフレーム間の輝度変化が極力小さくなるように設定している。具体的には、５値の最小値と最大値の間を、漸次上昇・下降させるピラミッド形状のゲインパターンとしている。
【００３０】
以下、時間拡散法を実行するにあたり設定するパラメータの、拡散数（本実施例では５値）、拡散幅（本実施例ではゲインの最小設定値（９８％）および最大設定値（１００％）の変化幅）の拡散効果とフリッカのトレードオフの関係に関して説明する。
【００３１】
拡散数は多いほど、拡散効果が得られる一方、フリッカが低周波となるため視認感度が高くなる。また、拡散幅は大きいほど、拡散効果が得られる一方、フリッカの振幅が大きくなり、視認されやすくなる。したがって、拡散数や拡散幅と拡散効果は、適宜決定されることが望ましい。
【００３２】
フリッカの視認感度は、１０Ｈｚ程度が最も高く、それより低周波側では低くなっていく。そのため、拡散数とフレーム周波数から、ゲインパターンの周期が１０Ｈｚ以下になるように拡散数を選ぶことで、より好適な画像投射を実施することができる。
【００３３】
本実施例では、１フレーム期間をｔ（秒）、時間拡散部１０１ａが画像信号に対して乗算するゲインの数をＮとするとき、
（Ｎ−１）ｔ＞０．０５（秒）
なる条件式を満足する。
【００３４】
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疑似輪郭の画質劣化を抑制しつつ、フリッカの影響を抑えた画像投射を行うことが可能な投射型液晶表示装置を提供することができる。
【００３５】
なお、本実施例では、ゲインを５種類にしているが、本発明はこれに限定されない。３種類以上であれば、ディスクリネーションによる疑似輪郭の画質劣化を抑制可能である。この場合も最小値と最大値の間を、漸次上昇・下降させるピラミッド形状のゲインパターンとする必要がある。これにより、フリッカを低減可能である。
【００３６】
また、本実施例では、光源として画面を一括で照射する面一括照明光源が使用されているが、本発明はこれに限定されない。画面をいくつかの領域に分割し、分割した領域ごとに照射する光源を使用してもよい。この場合、各領域に映し出される画像の明るさに合わせて光源１０４の明るさを調整すればよい。
【実施例２】
【００３７】
本実施例では、実施例１とは異なるゲインのパターンが設定される。他の構成や機能については、実施例１と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００３８】
図６は、時間拡散部１０１ａが画像信号に乗算するゲイン、光源１０４の強度、および投射画像の表示輝度のパターンの説明図である。
【００３９】
図６（ａ）は、時間拡散部１０１ａが画像信号に乗算するゲインと、それに付随して設定される光源１０４の強度のフレームごとの推移を示している。実施例１ではゲインの変更幅を均等にしているが、本実施例ではゲインの変更幅を均等にしていない。本実施例では、ゲインの最大値や最小値の付近の変更幅６０１，６０４が小さく、中間値付近の変更幅６０２，６０３が大きくなるように設定されている。具体的には、時間拡散部１０１ａが画像信号に対してかけるゲインの数をＮとするとき、最大ゲインと２番目に大きいゲインとの差分の絶対値を２番目に大きいゲインと３番目に大きいゲインとの差分の絶対値より小さくする。また、最小ゲインと２番目に小さいゲインとの差分の絶対値を２番目に小さいゲインと３番目に小さいゲインとの差分の絶対値より小さくする。
【００４０】
図６（ｂ）は、画面の上段５０１、中段５０２、下段５０３における投射輝度の波形６０５，６０６，６０７を示している。波形６０６は、フリッカが相殺された波形となっている。実施例１では、低周波（８フレーム周期）のフリッカ成分の波形は矩形形状であるが、本実施例では、ゲインパターンに強弱をつけたことにより、波形６０５，６０７は正弦波形状のフリッカ波形になっている。一般的に、矩形形状のフリッカ波形と比較して、正弦波形状のフリッカ波形にすることにより、ちらつき視認性が改善した画像投射を行うことが可能である。
［その他の実施例]
本発明は、上述の実施例の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。
【００４１】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１１      液晶プロジェクタ（投射型液晶表示装置）
１０１    画像処理部（生成手段）
１０１ａ  時間拡散部
１０３    液晶表示素子
１０４    光源
１０７    ＣＰＵ（制御手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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