(57)【特許請求の範囲】
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
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）
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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