JP2005266506A

JP2005266506A - 投射型液晶表示装置

Info

Publication number: JP2005266506A
Application number: JP2004080755A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Honma; 洋本間
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2004-03-19
Filing date: 2004-03-19
Publication date: 2005-09-29

Abstract

【課題】階調性能と動画性能を同時にかつ簡単に改善する投射型液晶表示装置を提供する。
【解決手段】光源からの光を画像信号に応じて空間光変調素子により変調し、変調した光をスクリーン上に投射して結像させる投射型液晶表示装置が、画像信号から輝度信号を検出する輝度検出部と、光源から空間光変調素子へ入射する光を輝度信号に応じて遮断し、空間光変調素子への入射光量を制御する光量制御部と、画像信号から生成された空間光変調素子への入力信号を輝度信号に応じて変調する画質制御部と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、投射型液晶表示装置に関する。

従来、液晶素子からなる空間光変調素子を用いて、光源からの光を画像信号に応じて変調し、変調した光をスクリーン上に投射して画像を表示する投射型液晶表示装置が知られている。

このような投射型液晶表示装置は、直視型ＣＲＴ画像表示装置に比べて階調性能が劣るという問題があった。例えば、直視型ＣＲＴ画像表示装置は、画面全体を白黒表示する場合で１００００：１以上のダイナミックレンジを実現している。一方、投射型液晶表示装置のダイナミックレンジは、最高でも１０００：１程度である。

そこで、投影光学系の絞りを制御し、その光量にあった信号を光変調素子へ入力する方法が提案されている（特許文献１参照）。

しかしながら、投射型液晶表示装置には、動画像を表示した場合に画像がぼけて見える現象が生じるという問題もあった。より詳細には、以下のとおりである。

ＣＲＴ画像表示装置は、表示された画素がその画素の選択期間の後に暗くなる「インパルス型表示」で画像を表示する。「インパルス型表示」の場合、６０Ｈｚで書き換えられる動画のフレーム間に黒が表示される。そのため、観察者の眼球がなめらかに動体を追従する場合でも、動画の１フレームがそれぞれ独立した画像として観察者に提示され、観察者にはっきりとした動画として認識される。

これに対して、液晶表示装置の表示方式は、表示された画像が１フレーム期間保持される「ホールド型表示」である。「ホールド型表示」の場合、表示された画像は１フレーム期間静止しているので、観察者の網膜上に、動体の速度に応じたずれた画像が提示される。観察者は、これらのずれた画像が重ね合わされた二重画像を知覚するため、動画がぼけて見える。この現象は、動画の動きが高速になるほど顕著となる。
特開２００２−２１４６９７号公報

本願発明の目的は、階調性能と動画性能を同時にかつ簡単に改善する投射型液晶表示装置を提供することである。

この発明の投射型液晶表示装置は、光源からの光を画像信号に応じて空間光変調素子により変調し、変調した光をスクリーン上に投射して結像させる投射型液晶表示装置であって、
画像信号から輝度信号を検出する輝度検出部と、
光源から空間光変調素子へ入射する光を輝度信号に応じて遮断し、空間光変調素子への入射光量を制御する光量制御部と、
画像信号から生成された空間光変調素子への入力信号を輝度信号に応じて変調する画質制御部と、
を有する。

好ましくは、光量制御部は、強誘電性液晶層またはネマティック液晶層を含むシャッター手段を有する。

本願発明によれば、階調性能と動画性能とを同時に改善する投射型液晶表示装置を提供することができる。

以下、図１乃至３を参照して本発明の一実施形態の投射型液晶表示装置を詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態の投射型液晶表示装置１０を示す。

投射型液晶表示装置１０は、光源１４と、光源１４からの光量を制御する光量制御部２２と、例えば液晶層を有する透過型液晶素子からなる空間光変調素子１２と、複数の空間光変調素子１２を透過した光をスクリーン（図示せず）上に投射する投射レンズ１６と、を有する。

投射型液晶表示装置１０はさらに、画像信号Ｓ_１が入力される信号受信端子１８と、信号受信端子１８に入力された画像信号Ｓ_１から各画素の輝度情報（輝度レベル）を含む輝度信号を検出し、各フレームにおける輝度レベルの最大値をフレーム最大輝度Ｂ_ｍａｘとして決定する輝度検出部２０と、を有する。

そして、光量制御部２２は、輝度信号に応じて制御信号Ｓ_４を出力するコントローラ２８と、制御信号Ｓ_４に応じて光源１４から空間光変調素子１２への入射光Ｌ_１を遮断するシャッター手段２６と、を有する。

より詳細には、コントローラ２８は、輝度検出部２０によって決定されたフレーム最大輝度Ｂ_ｍａｘに応じて、各フレーム期間Ｔにおける光源１４からの光Ｌ_１の遮断時間ｔ_１を計算する。ｎビット（２^ｎ階調）の画像信号の場合、コントローラ２８は、遮断時間ｔ_１を、例えば、

によって計算する。そして、コントローラ２８は、前記ｔ_１だけシャッターを閉じる信号Ｓ_４をシャッター手段２６へ出力する。

図２は、１フレーム期間Ｔにおける、シャッター手段２６の出力輝度Ｂと時間ｔとの関係を示す。図示のとおり、１フレーム期間Ｔのうち遮断時間０〜ｔ_１では、シャッター手段２６が光源１４からの光Ｌ_１を遮断し、シャッター手段２６の出力輝度Ｂは０となる。一方、残りの時間ｔ_１〜Ｔ−ｔ_１では、シャッター手段２６が光源１４からの光Ｌ_１を透過させ、シャッター手段２６の出力輝度Ｂは光源１４の輝度に応じた出力輝度Ｂ_１となる。

例えば、８ビットの画像信号においてフレーム最大輝度Ｂ_maxが１２８である場合ｔ_１＝Ｔ／２となり、光源１４からの光Ｌ_１は、１フレーム期間Ｔの５０％の時間にわたって遮断される。

なお、シャッター手段２６は、強誘電性液晶、ネマティック液晶などの液晶素子を有することが好ましい。これらの液晶素子の透過率は、非常に速い応答速度で変化し得る。従って、これらの液晶素子をシャッター手段２６として使用することにより、光源１４からの光Ｌ_１を高速で遮断・透過させることができる。

このように、１フレーム期間Ｔ毎に光源１４からの光Ｌ_１を遮断し、空間光変調素子１２へ光Ｌ_２を間歇的に入射させることにより、ＣＲＴ画像表示装置の「インパルス型表示」と同様に、１フレーム期間Ｔ毎に黒画面が挿入された動画をスクリーンに表示することができる。これにより、各フレームの画像が重なることなく観察者に認識されるため、動画像がぼけて見える現象がなくなり、動画性能が向上する。

再び図１を参照すると、投射型液晶表示装置１０はさらに、信号受信端子１８からの画像信号Ｓ_１に基づいて空間光変調素子への入力信号（書き込み信号）Ｓ_２を生成する書き込み信号生成部２３と、輝度検出部２０から送られる輝度信号に応じて書き込み信号Ｓ_２を変調する画質制御部２４と、を有する。

より詳細には、画質制御部２４は、書き込み信号生成部２３から送られる書き込み信号Ｓ_２を、輝度検出部２０によって決定されたフレーム最大輝度Ｂ_maxに応じて、空間光変調素子の使用ダイナミックレンジが１００％となるように増幅する。例えば、８ビットの画像信号の場合、画質制御部２４は、空間光変調素子の使用ダイナミックレンジ１００％に対応する輝度レベル２５５を前記フレーム最大輝度Ｂ_maxで除した増幅率２５５／Ｂ_maxで書き込み信号Ｓ_２を増幅し、増幅した書き込み信号Ｓ_３＝（２５５／Ｂ_max）×Ｓ_２を空間光変調素子１２へ出力する。

図３は、空間光変調素子１２への入力信号（書き込み信号）Ｓ_３と空間光変調素子１２の出力輝度Ｂとの関係を示す。すなわち、空間光変調素子１２において出力輝度Ｂは、入力信号S_３に比例して増大するものである。従って、前記増幅書き込み信号Ｓ_３＝（２５５／Ｂ_max）×Ｓ_２が、空間光変調素子１２へ入力されることにより、空間光変調素子１２の出力輝度Ｂのダイナミックレンジが増大し、低輝度の画像を表示する場合の画像の階調性が向上する。

なお、この書き込み信号Ｓ_２の増幅は、光量制御部２２による光源１４から空間光変調素子１２への入射光Ｌ_１の遮断と同期して行われる。

以下、図１〜図３を参照しながら、投射型液晶表示装置１０の動作を説明する。

信号受信端子１８に画像信号Ｓ_１が入力されると、輝度検出部２０により画像信号Ｓ_１から輝度信号が抽出され、１フレーム毎に輝度の最大値がフレーム最大輝度Ｂ_maxとして決定される。

前記フレーム最大輝度Ｂ_maxに基づいて、コントローラ２８により、光源１４から空間光変調素子１２への入射光Ｌ_１の遮断時間ｔ_１が、例えば式１により

と計算され、時間ｔ_１にわたって光源１４からの光Ｌ_１を遮断するための制御信号Ｓ_４が生成され、シャッター手段２６へ入力される。

これにより、光源１４からの光Ｌ_１は、図２に示すように、１フレーム期間Ｔのうち遮断時間０〜ｔ_１において遮断される。

従って、１フレーム期間Ｔ毎に黒画面が挿入され、各フレームの画像が重なって観察者に認識されることが防止され、動画性能が向上する。

一方、信号受信端子１８に入力された画像信号Ｓ_１に基づいて、書き込み信号生成部２３により書き込み信号Ｓ_２が生成される。

この書き込み信号Ｓ_２が、前記フレーム最大輝度Ｂ_maxに応じて画質制御部２４により、例えば増幅率２５５／Ｂ_maxで増幅される。

この画質制御部２４により増幅された増幅書き込み信号Ｓ_３（＝２５５／Ｂ_max×Ｓ_２）が、前記制御信号Ｓ_４のシャッター手段２６への入力と同期して、空間光変調素子１２へ入力される。

この増幅書き込み信号Ｓ_３（＝２５５／Ｂ_max×Ｓ_２）に応じて、空間光変調素子１２が動作することにより、光源からの光Ｌ_２が変調され、投射レンズ１６を介してスクリーン上に所定の動画が表示される。

このように、空間光変調素子１２が増幅書き込み信号Ｓ_３に応じて動作することにより、既に図３を用いて説明したように、空間光変調素子１２から出力される映像のダイナミックレンジ及び階調性能が向上する。

また、以上の構成により、空間光変調素子１２からの光Ｌ_３の出射時間は、光Ｌ_２の入射時間に応じて（Ｔ−ｔ_１）／Ｔ倍に減少し、空間光変調素子１２からの出射光Ｌ_３の輝度は２５５／Ｂ_max倍に増大する。従って、入射光の遮断による影響が書き込み信号の増幅によって補償され、空間光変調素子１２からの出射光量は、画像信号Ｓ_１に応じたレベルに維持され、入射光の遮断及び書き込み信号の増幅を行わない場合と同じ明るさで画像が表示される。

以上説明したように、本発明の一実施形態による投射型液晶表示装置１０によれば、輝度情報に応じて画像のフレーム内に黒表示を挿入する時間を制御することで、インパルス型表示を行うと同時に、低輝度の（暗い）映像のダイナミックレンジを上げることができる。

要するに、本願発明による投射型液晶表示装置の実施形態は、以下の特徴を有する。

１．光源１４からの光を画像信号Ｓ_１に応じて空間光変調素子１２により変調し、変調した光をスクリーン上に投射して結像させる投射型液晶表示装置１０であって、
画像信号Ｓ_１から輝度信号を検出する輝度検出部２０と、
光源１４から空間光変調素子１２へ入射する光を輝度信号に応じて遮断し、空間光変調素子１２への入射光量を制御する光量制御部２２と、
画像信号Ｓ_１から生成された空間光変調素子１２への入力信号Ｓ_２を輝度信号に応じて変調する画質制御部２４と、
を有する。

２．光量制御部２２は、強誘電性液晶層またはネマティック液晶層を含むシャッター手段２６を有する。

前記投射型液晶表示装置１０は、以下の効果を奏する。

（１）インパルス型表示を行うことにより、動画性能を改善することができる。

（２）輝度のダイナミックレンジが増大することにより、階調性能を改善することができる。

本発明は、前述の実施形態に限られるものではなく、種々の態様で実施可能である。例えば、輝度検出部２０は、１フレーム毎に輝度の累積ヒストグラムを演算し、累積出現率が所定値に達する輝度レベルをフレーム最大輝度として検出してもよい。また、光量制御部２２は、１フィールド毎に検出された最大輝度に基づいて空間光変調素子１２への入射光を制御するように構成してもよい。

図１は、本発明の一実施形態の投射型液晶表示装置を示す。図２は、図１の投射型液晶表示装置におけるシャッター手段の出力輝度と時間の関係を示す。図３は、図１の投射型液晶表示装置の空間光変調素子における入力信号と出力輝度との関係を示す。

符号の説明

１０投射型液晶表示装置
１２空間光変調素子
１４光源
１６投射レンズ
１８信号受信端子
２０輝度検出部
２２光量制御部
２３書き込み信号生成部
２４画質制御部
２６シャッター手段
２８コントローラ

Claims

光源からの光を画像信号に応じて空間光変調素子により変調し、変調した光をスクリーン上に投射して結像させる投射型液晶表示装置であって、
前記画像信号から輝度信号を検出する輝度検出部と、
前記光源から空間光変調素子へ入射する光を前記輝度信号に応じて遮断し、前記空間光変調素子への入射光量を制御する光量制御部と、
前記画像信号から生成された前記空間光変調素子への入力信号を輝度信号に応じて変調する画質制御部と、
を有する液晶表示装置。
光量制御部は、強誘電性液晶層またはネマティック液晶層を含むシャッター手段を有する液晶表示装置。