JP2006505827A - 前面および背面投射型ディスプレイにおけるｌｃｄラグを克服するための掃引照明 - Google Patents

Abstract

液晶パネル（１３）の表示領域を照明する方法を提供する。照明光（１７）をストライプに圧縮し、それをディスプレイのリフレッシュサイクルと同期して表示領域にわたって走査する。具体的にはディスプレイの各列に対して、走査の結果としてその列に当たる照明光の大部分がその列に対するサイクルリフレッシュ期間の後半にあるように走査を行う。このようにして移動物体を表示する能力を向上させる。

Description

本発明は、（１）パネルが動きを表示する能力を向上するように、ならびに（２）液晶材料が状態を変化する際に示す遅延を吸収するように、液晶表示パネルの表示領域にわたって照明光を走査する方法に関する。

液晶パネルの場合、アクティブマトリックス画素要素がフレーム全体の電荷を「保持する」ためＣＲＴのようにインパルスに応答しないことによる表示動作の周知の問題がある。例えば特許文献１として２００２年３月２８日に公開された特許文献２、非特許文献１、および非特許文献２を参照されたい。これは例えばゴルフボールがぼやけて見えたりさらには見失ったりする恐れのあるスポーツ画像には特に問題である。

この問題に対して、過励振および輝度を減じる「ブラックフレーム」の挿入を始めとするいくつかの解決策が提案されている。

本発明は液晶パネル（例えば背面または前面投射型ＴＶまたはモニタ）を用いた投射型表示の表示動作の問題に対処し、好適な実施形態において輝度を維持しつつ動きがある場合にはより鮮明な画像を提供する。
米国特許出願公開第２００２／００３６６０８号明細書 米国特許第６，６３６，１９０号明細書 フルハシ（Ｆｕｒｕｈａｓｈｉ）ら「動画用高画質ＴＦＴ−ＬＣＤシステム（Ｈｉｇｈ Ｑｕａｌｉｔｙ ＴＦＴ−ＬＣＤ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｏｖｉｎｇ Ｐｉｃｔｕｒｅ）」ＳＩＤ０２ダイジェスト（Ｄｉｇｅｓｔ）、２００２年３月、論文４８．３、ｐ.１２８４−１２８７ フィセコビック（Ｆｉｓｅｋｏｖｉｃ）ら「ＡＭ ＬＣＤにおける最高画質を達成するためのバックライトパラメータ走査（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｂａｃｋｌｉｇｈｔ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｆｏｒ Ａｃｈｉｅｖｉｎｇ ｔｈｅ Ｂｅｓｔ Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｑｕａｌｉｔｙ ｉｎ ＡＭ ＬＣＤ）」ユーロディスプレイ（Ｅｕｒｏｄｉｓｐｌａｙ）２００２、２００２年、論文Ｐ−４１、ｐ.５３３−５３５

最も広い概念では、本発明は表示される情報のリフレッシュと連携させて投射型ディスプレイの照明を走査することを含む。より具体的には照明をストライプに圧縮し、その後そのストライプをＬＣＤ上の画像の更新と同期して、すなわちフレームリフレッシュと同期してフレームにわたって（通例上部から下部へ）掃引する。

適正な照度で圧縮照明を提供することにより輝度の損失なくこのような走査を行うことが好ましい。例えばディスプレイの３分の１のストライプを照明し、その後ディスプレイ表面全体にわたってその部分を掃引することを検討する。この領域が、ディスプレイがその全体領域にわたって照明された場合に有するであろう総輝度と同じ輝度を有する場合には、輝度は保存されることになる。具体的には３分の１のストライプの場合、このストライプが、ディスプレイ全体が照明された場合に有するであろう照度の３倍の照度を有することが好ましい。異なる寸法を有するストライプに対する相当照度レベルは同様に決定され、例えば４分の１のストライプはディスプレイ全体が照明された場合に有するであろう照度の４倍の照度を有することが好ましい。ディスプレイ上のこのような高照度ストライプの掃引は輝度を保存する。

規定期間ディスプレイの領域を照明することにより、ディスプレイがその最大または最小強度に達するとディスプレイの各ラインは最適期間光を有し、表示忠実度を増すことができる。暗期間を追加するとともに特定の画素または画素列が出力光を生成する時間を圧縮することにより液晶遅延の感知影響を低減または排除する。

液晶ディスプレイが示す遅延の一部は遅い液晶動作によるが、遅延の少なくとも一部は画素要素のサンプルホールド機能によるものであるとともに、遅延の一部は人間の目に起因する。任意の特定の画素、列、または列群に対して光を「パルス化する」ことにより、保留応答に代わりにインパルス応答を有する液晶（ＬＣ）をより高速且つリフレッシュ・フライングスポットを有するＣＲＴのように見える。

高速応答ＬＣおよび／または高フレームレートはさらに遅延を除去または完全に排除するのを助けることができる。しかし低速応答ディスプレイ材料および通常の６０Ｈｚリフレッシュレートでも少なくとも部分的低減が生じうる。

したがって本発明は、表示領域を有するとともにフレームリフレッシュサイクル中に順次アドレスされる複数の列を含む液晶パネルを照明する方法と、関連する装置とを提供し、フレームリフレッシュサイクルが期間Ｔを有し、複数の列の各々がリフレッシュサイクル内に所定のリフレッシュ時を有し、各列に対する連続リフレッシュ時間の期間（列のサイクルリフレッシュ期間）がＴに等しく、前記方法が、
（ａ）光源からの照明光（通例白色光）を提供するステップと、
（ｂ）照明光を表示領域より小さい領域を有する、複数の列に平行なストライプ（例えばストライプ領域の表示領域に対する比Ｒが３分の１以下であるような領域）に圧縮するステップと、
（ｃ）移動光学要素（例えば移動円柱レンズまたは回転プリズム）を用いて照明光のストライプに、複数の列と直交する方向であって複数の列がフレームリフレッシュサイクル中に順次アドレスされる方向に相当する方向に表示領域上を走査させるステップと、
（ｄ）ディスプレイの各列に対して、走査の結果としてその列に当たる照明光の大部分がその列に対するサイクルリフレッシュ期間の後半（または代替的には最後の３分の１）にあるように、照明光のストライプの走査をフレームリフレッシュサイクルと同期させるステップとを有してなる。

なお上記の表示パネルを照明する方法は、照明の色の変化と同期し、ディスプレイのリフレッシュサイクルとは同期しない画面移動カラーシステムとは異なることに留意されたい。単一パネルＬＣｏＳシステムと関連する画面移動の利用例は、シミズ（Ｓｈｉｍｉｚｕ）Ｊ．Ａ．「ＨＤＴＶ背面投射用画面移動カラーＬＣＯＳ（Ｓｃｒｏｌｌｉｎｇ Ｃｏｌｏｒ ＬＣＯＳ ｆｏｒ ＨＤＴＶ Ｒｅａｒ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）」、ＳＩＤ０１ダイジェスト（Ｄｉｇｅｓｔ）、２００１年、論文４０．１、ｐ．１０７２−１０７５、ブレネショルツ（Ｂｒｅｎｎｅｓｈｏｌｔｚ）Ｍ．Ｓ．「回転ドラムを備えたカラー順次ＬＣｏＳプロジェクタ（Ｃｏｌｏｒ−Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ ＬＣｏＳ Ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ ｗｉｔｈ ａ Ｒｏｔａｔｉｎｇ Ｄｒｕｍ）」、ＳＩＤ０２ダイジェスト（Ｄｉｇｅｓｔ）、２００２年、論文５１．４、ｐ．１３４６−１３４９、ジャンセン（Ｊａｎｓｓｅｎ）Ｐ．「新奇な単一ライトバルブ高輝度ＨＤカラープロジェクタ（Ａ ｎｏｖｅｌ ｓｉｎｇｌｅ ｌｉｇｈｔ ｖａｌｖｅ ｈｉｇｈ ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ ＨＤ ｃｏｌｏｒ ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ）」ユーロディスプレイ（Ｅｕｒｏｄｉｓｐｌａｙ）１９９３、１９９３年、論文ＬＣＰ−１、ｐ．２４９−２５６、および米国特許第５，５４８，３４７号明細書に見出せる。

このようにして、表示動作に関連する問題および液晶材料の状態変化に関連する問題に対処する。光源／圧縮システムの組合せが、輝度がディスプレイ全体が照明された場合に生成されるであろう輝度のおよそ１／Ｒ倍であるストライプを生成する場合は、低輝度の問題にも対処する。ここでＲは上記に規定されるように１．０未満である。

本発明の他の実施形態は、表示領域を有するとともにフレームリフレッシュサイクル中に順次アドレスされる複数の列を含む表示パネルを照明する方法である。フレームリフレッシュサイクルが期間Ｔを有し、複数の列の各々がフレームリフレッシュサイクル内に所定のリフレッシュ時を有し、各列に対する連続リフレッシュ時間の期間がその列に対するサイクルリフレッシュ期間であるとともにＴに等しい。この方法は、
（ａ）光源からの照明光を提供するステップと、
（ｂ）照明光を表示領域より小さい領域を有する、複数の列に平行なストライプに圧縮するステップと、
（ｃ）フレームリフレッシュサイクル中に照明光のストライプを複数の列の各々の上に順次走査するステップと、
（ｄ）ディスプレイの各列に対して、走査の結果としてその列に当たる照明光の大部分がその列に対するサイクルリフレッシュ期間の後半にあるように、照明光のストライプの走査をフレームリフレッシュサイクルと同期させるステップとを有してなる。

本発明のさらに他の実施形態は、光源と、表示パネルと、可動光学要素と、プロセッサとを含むディスプレイである。表示パネルは表示領域と複数の列とを含む。可動光学要素は光源からの光を表示領域より小さい領域を有する照明光のストライプに圧縮可能である。プロセッサはフレームリフレッシュサイクル中に表示パネルの複数の列の各々に順次アドレスして画像を表示するように構成且つ配置されており、フレームリフレッシュサイクルが期間Ｔを有し、複数の列の各々がフレームリフレッシュサイクル内に所定のリフレッシュ時を有し、各列に対する連続リフレッシュ時間の期間がその列のサイクルリフレッシュ期間であるとともにＴに等しい。さらにプロセッサは光学要素を移動させて、照明光の大部分が各列にその列に対するサイクルリフレッシュ期間の後半に当たるように、照明光のストライプを複数の列の各々の上を同期して順次走査するように構成且つ配置されている。プロセッサは必要に応じて２つ以上のサブプロセッサを含む。

本発明のさらなる特徴は以下の説明に記載されており、当業者にはその説明により部分的には容易に明らかであろうし、また本明細書に記載するように本発明を実行することにより認識されよう。添付の図面は本発明のさらなる理解を提供するために含まれており、本明細書の一部分に組み込まれるとともに構成するものである。以上の一般的な説明および以下のさらに詳細な説明は共に単に本発明の例示であり本発明の本質と特徴とを理解するための概要または骨子の提供を意図するものであることは理解できよう。

本発明は添付の図面に図示されており、
（ａ）図１は従来技術の固定照明手法を示し、
（ｂ）図２は、この場合円柱レンズによりストライプが作成され、レンズが垂直方向に移動することによりディスプレイ表面にわたってストライプを「掃引する」掃引照明手法を図示し（屈折および反射システムを始めとする移動光学システムを利用して照明を掃引する考察には米国特許第５，３９８，０８２号明細書を参照）、
（ｃ）図３は、所望の掃引を生じるための回転プリズムの利用を図示し（回転プリズムを利用して照明を掃引する考察には米国特許第５，５４８，３４７号明細書および上記に言及したシミズ（Ｓｈｉｍｉｚｕ）、ブレネショルツ（Ｂｒｅｎｎｅｓｈｏｌｔｚ）、およびジャンセン（Ｊａｎｓｓｅｎ）の論文を参照）、
（ｄ）図４〜６は、その全オンまたはオフ値を達成したことと連携させて画素（もしくは列または列群）を照明することにより、すなわち照明ストライプをリフレッシュサイクルと連携させることによりディスプレイの輝度および／または精度をどのくらい向上の強化できるかを図示している。

これらの図において参照番号１１は投射機の光源（ランプ）を指し、１３はピクセル型パネルを指し、１５は移動光学要素を指し、１７は照明光を指し、矢印１９は移動光学要素１５の動きを図示している。これらの図には示していないが、光源１１とパネル１３との間に中継光学部品と光ホモジナイザーとを用いている。例えばマガリル（Ｍａｇａｒｉｌｌ）米国特許第５，６２５，７３８号明細書を参照されたい。また図はパネル上に形成された画像を背面または前面投射型スクリーンに投射するのに用いられる投射レンズを示してない。図には１つのパネルのみを示しているが、必要に応じて複数のパネルを用いることができる。

これらの図に図示するように本発明のプロセスは、
（ａ）照明光をディスプレイ全体より小さい表示領域に圧縮する、例えばストライプ照明を生じるステップと、
（ｂ）移動光学要素を用いてそのより小さい領域（例えばストライプ照明）に表示装置の表面上を（沿って）走査または掃引させるステップと、
（ｃ）掃引を表示更新／リフレッシュと同期させる（通例一度に一列）、すなわち照明を表示リフレッシュと同時に走査するステップとを含む。

具体的には図５はどのように照明パルスをディスプレイの代表的な上および中間列の駆動（リフレッシュ）と同期できるかを図示する一方、図６はそのような同期が図５の代表的な上列により視認者に提供される画像をどのように改善するかを示す。同様な改善が図５の代表的な中間列、またリフレッシュサイクルを有する照明の同期の結果としてディスプレイの他の列（または列群）すべてに該当する。

例えば図５Ａ／５Ｃおよび図５Ｄ／５Ｆに図示するように、各列に対して照明光の走査の結果として列に当たる照明光の大部分はその列に対するサイクルリフレッシュ期間Ｔの後半（例えば最後の３分の１）にある。図６Ｄ、６Ｅ、および６Ｆに図示するように、このリフレッシュサイクルを有する照明光の走査（掃引）の座標によれば、本発明の実際の平均感知輝度（図６Ｆ）は固定照明（図６Ｅ）よりも目的とする輝度（図６Ｄ）に近い。

本発明の特定の実施形態を説明するとともに図示したが、以上の開示から当業者には本発明の範囲と要旨とから逸脱することのない様々な変更例が明らかであることは理解できよう。

従来技術の照明システムの概略図である。 本発明の照明方法を実行する代表的な装置の概略図であり、掃引を達成するために移動円柱レンズの利用を図示している。 本発明の照明方法を実行する代表的な装置の概略図であり、掃引を達成するために回転プリズムの利用を図示している。 ピクセル型パネルの表示領域の代表的な上列と代表的な中間列に当たる照明光を図示する概略図である。 照明光の走査と本発明によるパネルのリフレッシュサイクルとの時間関係を図示する概略図である。具体的には図５Ａ（５Ｄ）はディスプレイの代表的な上（中間）列用液晶（ＬＣ）駆動信号を示し、図５Ｂ（５Ｅ）は上記代表的な上（中間）列のＬＣ光学応答を示し、図５Ｃ（５Ｆ）は本発明による上記上（中間）列の照明の代表的なタイミングを図示する。 照明光の走査と本発明によるパネルのリフレッシュサイクルとの時間関係を図示する概略図である。図６Ａ、６Ｂ、および６Ｃはそれぞれ図５Ａ、５Ｂ、および５Ｃの繰り返しであり、図６Ｄは目的とする輝度を示し、図６Ｅは従来技術の固定照明手法での実際の平均感知輝度を示し、図６Ｆは本発明の掃引照明技術での実際の平均感知輝度を示す。

Claims (19)

1. 表示領域を有するとともにフレームリフレッシュサイクル中に順次アドレスされる複数の列を含む液晶パネルを照明する方法であって、前記フレームリフレッシュサイクルが期間Ｔを有し、前記複数の列の各々が前記フレームリフレッシュサイクル内に所定のリフレッシュ時を有し、各列に対する連続リフレッシュ時間のサイクルリフレッシュ期間がＴに等しく、前記方法が、
   （ａ）光源からの照明光を提供するステップと、
   （ｂ）前記照明光を前記表示領域より小さい領域を有する、前記複数の列に平行なストライプに圧縮するステップと、
   （ｃ）移動光学要素を用いて前記照明光のストライプに、前記複数の列と直交する方向であって前記複数の列が前記フレームリフレッシュサイクル中に順次アドレスされる方向に相当する方向に前記表示領域上を走査させるステップと、
   （ｄ）前記ディスプレイの各列に対して、前記走査の結果としてその列に当たる前記照明光の大部分が前記列に対する前記サイクルリフレッシュ期間の後半にあるように、前記照明光のストライプの走査を前記フレームリフレッシュサイクルと同期させるステップとを有してなることを特徴とする方法。
2. 前記走査の結果として前記列に当たる前記照明光の大部分が前記列に対する前記サイクルリフレッシュ期間の最後の３分の１にあることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記ストライプの領域の前記表示領域に対する比が３分の１以下であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 表示領域を有するとともにフレームリフレッシュサイクル中に順次アドレスされる複数の列を含む表示パネルを照明する方法であって、前記フレームリフレッシュサイクルが期間Ｔを有し、前記複数の列の各々が前記フレームリフレッシュサイクル内に所定のリフレッシュ時を有し、各列に対する連続リフレッシュ時間の期間が前記列に対するサイクルリフレッシュ期間であるとともにＴに等しく、前記方法が、
   （ａ）光源からの照明光を提供するステップと、
   （ｂ）前記照明光を前記表示領域より小さい領域を有する、前記複数の列に平行なストライプに圧縮するステップと、
   （ｃ）前記フレームリフレッシュサイクル中に前記照明光のストライプを前記複数の列の各々の上に順次走査するステップと、
   （ｄ）前記ディスプレイの各列に対して、前記走査の結果としてその列に当たる前記照明光の大部分がその列に対する前記サイクルリフレッシュ期間の後半にあるように、前記照明光のストライプの走査を前記フレームリフレッシュサイクルと同期させるステップとを有してなることを特徴とする方法。
5. 前記照明光のストライプを順次走査するステップが、移動光学要素を用いて前記照明光のストライプに前記複数の列の各々の上を順次走査させるステップを含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記移動光学要素が移動レンズを含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記移動光学要素が回転プリズムを含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
8. 前記照明光のストライプの走査を同期させるステップが、前記ディスプレイの各列に対して、前記走査の結果としてその列に当たる前記照明光の大部分がその列に対する前記サイクルリフレッシュ期間の最後の３分の１にあるように、前記照明光のストライプの走査を前記フレームリフレッシュサイクルと同期させるステップを含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
9. 前記照明光をストライプに圧縮するステップが、前記照明光を前記表示領域の３分の１以下の領域を有するストライプに圧縮するステップを含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
10. 前記照明光をストライプに圧縮するステップが、移動光学要素を用いて前記照明光をストライプに圧縮するステップを含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
11. 前記表示パネルが液晶表示パネルを含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
12. 光源と可動光学要素とを含む照明システムであって、前記光源からの光を表示領域より小さい領域を有する照明光のストライプに圧縮可能である照明システムと、
    表示領域と複数の列とを含む表示パネルと、
    フレームリフレッシュサイクル中に前記表示パネルの前記複数の列の各々に順次アドレスして画像を表示するように構成且つ配置されたプロセッサであって、前記フレームリフレッシュサイクルが期間Ｔを有し、前記複数の列の各々が前記フレームリフレッシュサイクル内に所定のリフレッシュ時を有し、各列に対する連続リフレッシュ時間の期間がその列に対するサイクルリフレッシュ期間であるとともにＴに等しく、さらに前記プロセッサが前記光学要素を移動させて、前記照明光の大部分が各列にその列に対する前記サイクルリフレッシュ期間の後半に当たるように、前記照明光のストライプを前記複数の列の各々の上を同期して順次走査するように構成且つ配置されているプロセッサとを有してなることを特徴とするディスプレイ。
13. 前記可動光学要素が可動レンズを含むことを特徴とする請求項１２に記載のディスプレイ。
14. 前記可動光学要素が回転可能プリズムを含むことを特徴とする請求項１２に記載のディスプレイ。
15. 前記プロセッサが前記光学要素を移動させて、前記照明光の大部分が各列にその列に対する前記サイクルリフレッシュ期間の最後の３分の１の間に当たるように、前記照明光のストライプを前記複数の列の各々の上を同期して順次走査するように構成且つ配置されていることを特徴とする請求項１２に記載のディスプレイ。
16. 前記可動光学要素が前記光源からの光を前記表示領域の３分の１以下である領域を有する照明光のストライプに圧縮可能であることを特徴とする請求項１２に記載のディスプレイ。
17. 前記表示パネルからの光を受容する投射レンズをさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載のディスプレイ。
18. 前記表示パネルが液晶表示パネルを含むことを特徴とする請求項１２に記載のディスプレイ。
19. 前記可動光学要素が前記光源からの光を前記表示領域より小さい領域を有する照明光のストライプに圧縮可能であることを特徴とする請求項１２に記載のディスプレイ。
    

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