JP2007199726A - Image display device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、ウォブリングによる画素ずらしを行って画像を表示する画像表示装置に関するものである。 The present invention relates to an image display device that displays an image by shifting pixels by wobbling.
従来の画像表示装置として、離散的な画素配列を有する表示素子と観察位置との間の光路中に、表示素子から発する光の光軸を所定の方向に振動させる振動手段を配置し、表示素子の同一画素に奇数フィールドおよび偶数フィールドの画像を順次書き込んで表示すると共に、そのフィールドに同期して振動手段により表示素子からの光の光軸を所定の方向に振動させて、すなわち表示素子の表示面をウォブリングして、奇数フィールドと偶数フィールドとの画像を空間的に分離し、これにより表示面の画素のないブラックマトリックスの部分に等価的に画素を表示させるようにして、解像度の向上を図るようにしたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。 As a conventional image display device, a vibration means for oscillating an optical axis of light emitted from a display element in a predetermined direction is arranged in an optical path between a display element having a discrete pixel arrangement and an observation position. Odd field and even field images are sequentially written and displayed on the same pixel, and the optical axis of the light from the display element is vibrated in a predetermined direction by the vibrating means in synchronism with the field. The surface is wobbled, and the images of the odd field and the even field are spatially separated so that the pixels are equivalently displayed in the black matrix portion having no pixels on the display surface, thereby improving the resolution. What was made is known (for example, refer patent document 1).
図22は、かかる従来の画像表示装置の構成を示すものである。この画像表示装置は、バックライト1aおよびカラー液晶表示素子1bを有する表示素子としてのカラー液晶パネル(以下、カラーLCDと称する)1と、その前面側に順次配置した振動手段を構成する偏光変換素子2および複屈折板3とを有する。カラーLCD1は、例えば、走査線数がNTSCの1/2で、図23に部分平面図を示すように、R,G,Bのそれぞれの画素がデルタ配列されている。なお、図22では、図面を明瞭とするために、走査線数を数本に省略して示してある。
FIG. 22 shows the configuration of such a conventional image display apparatus. This image display device includes a color liquid crystal panel (hereinafter referred to as a color LCD) 1 as a display element having a backlight 1a and a color liquid crystal display element 1b, and a polarization conversion element that constitutes vibration means sequentially arranged on the front side thereof. 2 and a
偏光変換素子2は、例えば、比較的安価で、製作技術が確立されていることから、TN(ツイストネマティック)液晶セルシャッタ(以下、TNシャッタと略称する)が用いられることがある。このTNシャッタ2は、図24(a)および(b)に示すように、それぞれ透明電極5を有する偏光板6でTN液晶層7をサンドイッチして構成され、一対の透明電極5をスイッチ8を介して、例えば交流電源9に接続して、図24(a)に示すように、スイッチ8をオンにしてTN液晶層7に交流電圧を印加することにより、入射光の偏光(矢印で示す)を旋光させることなく透過し、図24(b)に示すように、スイッチ8をオフにしてTN液晶層7への交流電圧の印加を解除することにより、入射光の偏光を90°旋光させて透過するようになっている。
For example, a TN (twisted nematic) liquid crystal cell shutter (hereinafter abbreviated as TN shutter) may be used for the
複屈折板3は、例えば、水晶(α−SiO2)、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)、ルチル(TiO2)、方解石(CaCo3) 、チリ硝石(NaNo3) 、YVO4等の異方性結晶をもって構成され、図25に示すように、第1の偏光の入射光は常光として透過させ、第1の偏光と直交する第2の偏光の入射光は異常光として透過させるようになっている。ここで、複屈折板3は、光線の入射方向であるカラーLCD1の表示面におけるxy座標と直交するz方向における厚みをd、常光および異常光の分離角をθとすると、複屈折板3から出射される常光および異常光は、d× tanθだけ空間的に分離されることになる。
The
したがって、複屈折板3の結晶軸3aを適宜の方向に設定して、図26に示すように、TNシャッタ2をオフにすれば、カラーLCD1からの偏光をTNシャッタ2で90°旋光させて第2の偏光として透過させ、さらに複屈折板3を例えば異常光として透過させることにより、カラーLCD1の表示面の画素を、図27に示すように、元の画素位置から右斜め上方向にほぼ半画素ピッチずらしたブラックマトリックスの位置で観察することができる。また、図28に示すように、TNシャッタ2をオンにすれば、カラーLCD1からの偏光をTNシャッタ2で旋光することなく第1の偏光としてそのまま透過させ、さらに複屈折板3を常光として透過させることにより、カラーLCD1の表示面の画素を、図23に示す元の位置で観察することができる。
Therefore, if the crystal axis 3a of the
図22に示す従来の画像表示装置では、上記のTNシャッタ2および複屈折板3の特性を利用し、カラーLCD1の同一画素に、画像表示制御回路11を介して入力映像信号の奇数フィールドと偶数フィールドとの画像を順次表示させると共に、その表示する映像信号のフィールドの同期信号と同じタイミングで、振動手段を構成するTNシャッタ駆動回路12によりTNシャッタ2への電圧を固定的にオン・オフ制御してシャッタリングし、これによりTNシャッタ2を透過する偏光の方向に応じて、複屈折板3を経て観察される画素位置を変化させるウォブリングを行って解像度の向上を図っている。すなわち、奇数フィールドでは、TNシャッタ2をオフとして、図29に示すように、観察される画素位置を元の画素位置から右斜め上方向にほぼ半画素ピッチ分ずらし(この場合の各画素位置をRo ,Go ,Bo で示す)、偶数フィールドでは、TNシャッタ2をオンとして、図30に示すように、観察される画素位置を元の画素位置(この場合の各画素位置をRe ,Ge ,Be で示す)とすることにより、カラーLCD1の画素数が2倍になった映像を観察できるようにしている。
In the conventional image display device shown in FIG. 22, the characteristics of the
なお、カラーLCD1に表示する奇数フィールド画像と偶数フィールド画像とでは、画素ずらし量に相当する時間分、映像信号のサンプリングのタイミングを異ならせている。すなわち、偶数フィールド画像を表示する場合は、奇数フィールド画像を表示する場合よりも、映像信号のサンプリングのタイミングを、ほぼ半画素ピッチに相当する時間分遅延している。また、カラーLCD1は、次のフィールドの画像に書き換えるまでは前のフィールドの画像を保持するので、TNシャッタ2の一方の電極は、例えば5ライン程度の複数ラインに分割し、他方の電極は共通電極として、一方の電極をカラーLCD1のライン走査のタイミングに合わせて選択して電圧の印加を制御するようにしている。
Note that the odd-numbered field image and the even-numbered field image displayed on the
しかしながら、本発明者による種々の実験・検討によれば、上述した従来のウォブリングを採用する画像表示装置にあっては、種々の問題があることが判明した。例えば、振動手段を構成するTNシャッタ2の旋光における応答特性は温度依存性を有し、特に、低温で応答特性が悪くなるため、解像度を十分に向上できないことが判明した。
However, according to various experiments and examinations by the present inventor, it has been found that there are various problems in the image display device adopting the conventional wobbling described above. For example, it has been found that the response characteristic in the optical rotation of the
図31は、TNシャッタ2の旋光における応答特性を説明するための図で、図31(a)は第1の偏光の透過率を、図31(b)は駆動電圧を示している。なお、ここでは、駆動電圧として高周波電圧を印加するものとする。TNシャッタ2は、駆動電圧印加時の立ち上がり応答時間τONと、駆動電圧除去時の立ち下がり応答時間τOFF とを有する。ここで、TNシャッタ2での第1の偏光の最大透過率をTm 、最小透過率をTo とすると、立ち上がり応答時間τONは、駆動電圧印加時から液晶が挙動し始めて、第1の偏光の透過率が10%に達するまで、すなわち{To +0.1(Tm −To )}に達するまでの立ち上がり遅延時間tdONと、そこから実際にTN液晶が立ち上がって透過率が90%に達するまで、すなわち{To +0.9(Tm −To )}に達するまでの立ち上がり時間trとの和で表される。また、立ち下がり応答時間τOFF は、駆動電圧除去時から液晶が挙動し始めて透過率が90%に落ちるまでの立ち下がり遅延時間tdOFF と、そこから実際にTN液晶が寝始めて透過率が10%になるまでの立ち下がり時間tdとの和で表される。
FIGS. 31A and 31B are diagrams for explaining the response characteristics of the
上記の応答特性において、立ち上がり時間trは駆動印加電圧に依存し、立ち下がり時間tdは液晶が固有に有する材料特性に依存するが、これらtrおよびtdは、立ち上がり遅延時間tdONおよび立ち下がり遅延時間tdOFF とともに温度にも依存する。このため、同一のTNシャッタ2に同じ駆動電圧を印加しても、温度によってtdON、tr、tdOFF およびtdの各値が異なることになる。例えば、30℃で、tdON=0.5ms、tr=1ms、tdOFF =5ms、td=5ms、したがってτON=1.5ms、τOFF =10msの応答速度を有するとすると、40℃では、tdON≒0ms、tr=0.5ms、tdOFF =2ms、td=3ms、したがってτON=0.5ms、τOFF =5msとなって応答特性が良くなり、10℃では、tdON=1ms、tr=2ms、tdOFF =8ms、td=7ms、したがってτON=3ms、τOFF =15msとなって応答特性が悪くなる。
In the above response characteristics, the rise time tr depends on the drive applied voltage, and the fall time td depends on the material characteristics inherent to the liquid crystal, but these tr and td are the rise delay time tdON and the fall delay time tdOFF. It also depends on the temperature. For this reason, even if the same drive voltage is applied to the
このように、特に、低温において、立ち上がりおよび立ち下がりの応答特性が悪くなると、図32(b)に示す駆動電圧に対する一つの画素のTNシャッタ2における第1の偏光の透過率は、例えば図32(a)に示すようになる。すなわち、偶数フィールドでは、理想的には第1の偏光のみを透過して、その偏光が有する情報(映像信号;Re ,Ge ,Be )を元々の画素位置(以下、偶数ラインとも称する)でのみ表示すべきであるが、立ち上がり応答時間τONの間は、第2の偏光をも透過するため、この第2の偏光が本来有する情報(映像信号;Ro ,Go ,Bo )を表示すべき画素ずらし位置(以下、奇数ラインとも称する)にも、第1の偏光が有する情報を表示することになって、観察される画像が図33(a)に示すようになってしまう。同様に、立ち下がり応答時間τOFF の間でも、第1の偏光と第2の偏光とが透過するため、本来奇数ラインで表示すべき情報(映像信号;Ro ,Go ,Bo )を、偶数ラインでも表示することになって、観察される画像が図33(b)に示すようになってしまう。
In this way, particularly when the response characteristics of rising and falling deteriorate at low temperatures, the transmittance of the first polarized light in the
このため、特に、応答特性が悪くなる低温においては、前のフィールドの残光によってウォブリングによる解像度の向上を十分発揮できなくなると共に、応答特性の温度依存性は、一般に立ち上がり応答時間τONに比べて立ち下がり応答時間τOFF に顕著に顕れるために、コントラストが低下するという問題が生じる。なお、図32では、順次の偶数フィールドで、交互に極性の異なる直流の駆動電圧をTNシャッタ2に印加するようにしたが、各電圧印加期間において高周波の駆動電圧を印加する場合もある。
For this reason, particularly at low temperatures where the response characteristics deteriorate, the resolution of wobbling cannot be sufficiently improved by the afterglow of the previous field, and the temperature dependence of the response characteristics generally stands up compared to the rise response time τON. Since it appears prominently in the falling response time τOFF, there arises a problem that the contrast is lowered. In FIG. 32, DC drive voltages having different polarities are alternately applied to the
ここで、図34(a)および(b)に示す図32(a)および(b)の拡大図を参照して、コントラストを概算する。なお、図34(a)では、計算を簡略化するために、旋光の応答特性を直線で近似している。コントラストCont.は、図34(a)に示す第1の偏光の透過率の偶数フィールドにおける面積をSe 、奇数フィールドにおける面積をSo とすると、
Cont.=(Se −So )/(Se +So ) ・・・(1)
で表される。1フィールド時間をtFとすると、面積Se およびSo は、それぞれ以下の式で表すことができる。
Se =tF−τON+(1/2)tr ・・・(2)
So =tdOFF +(1/2)td ・・・(3)
したがって、コントラストCont.は、
Cont.={tF−τON−tdOFF +(1/2)(tr−td) }
/{tF−τON+tdOFF +(1/2)(tr+td) }・・・(4)
となる。
Here, the contrast is estimated with reference to the enlarged views of FIGS. 32 (a) and (b) shown in FIGS. 34 (a) and 34 (b). In FIG. 34 (a), the response characteristic of optical rotation is approximated by a straight line in order to simplify the calculation. Contrast Cont. Is represented by Se as the area in the even field of the transmittance of the first polarization shown in FIG. 34 (a), and So as the area in the odd field.
Cont. = (Se−So) / (Se + So) (1)
It is represented by If one field time is tF, the areas Se and So can be expressed by the following equations, respectively.
Se = tF-τON + (1/2) tr (2)
So = tdOFF + (1/2) td (3)
Therefore, the contrast Cont.
Cont. = {TF−τON−tdOFF + (1/2) (tr−td)}
/ {TF-τON + tdOFF + (1/2) (tr + td)} (4)
It becomes.
上記(4)式に、tF=16.67ms(1/60s)として、上述した30℃、40℃および10℃における各値を当てはめると、
Cont.〔30℃〕=0.353
Cont.〔40℃〕=0.649
Cont.〔10℃〕=0.121
となり、温度が低くなるほど、コントラストが低減することがわかる。
When the above-mentioned values at 30 ° C., 40 ° C., and 10 ° C. are applied to the above equation (4) as tF = 16.77 ms (1/60 s),
Cont. [30 ° C] = 0.353
Cont. [40 ° C] = 0.649
Cont. [10 ° C] = 0.121
It can be seen that the lower the temperature, the lower the contrast.
このような問題は、例えば、TNシャッタ2での応答特性による解像度の低下を補償するために、奇数フィールドと偶数フィールドとでカラーLCD1に表示する画像を予め補正する場合も、温度が変化すると顕著に顕れることになる。
Such a problem becomes conspicuous when the temperature changes even when the image displayed on the
以上、TNシャッタ2の応答特性およびその温度依存性について説明したが、図22に示したように、表示素子としてカラーLCD1を用いる場合には、カラーLCD1を構成する、例えばTFT−LCDも応答特性を有する。このため、LCDに表示する奇数フィールドと偶数フィールドとの画像の切り替えタイミングと同じタイミングで、TNシャッタ2をシャッタリングすると、仮にTNシャッタ2が理想的な応答特性を有し、画像の切り替えタイミングと同じタイミングで第1の偏光および第2の偏光を選択的に透過するとしても、LCDの応答特性によって、同様に、前のフィールドの残光が生じてウォブリングによる解像度の向上を十分発揮できなくなると共に、コントラストが低下するという問題が生じることになる。
The response characteristics of the
図35(a)および(b)は、ポジタイプのクロスニコルのLCDの応答特性を説明するための図で、LCDの一つの画素にある明度の白と黒とをフィールド毎に交互に表示した場合のLCD遮光率と、その際のLCD駆動電圧とを示している。図35(a)において、駆動電圧印加時から当該画素の遮光率が10%に達するまでの立ち上がり遅延時間をtdON′、そこから遮光率が90%に達するまでの立ち上がり時間をtr′、tdON′とtr′との和で表される立ち上がり応答時間をτON′、駆動電圧除去時から遮光率が90%に落ちるまでの立ち下がり遅延時間をtdOFF ′、そこから遮光率が10%になるまでの立ち下がり時間をtd′、tdOFF ′とtd′との和で表される立ち下がり応答時間をτOFF ′とすると、例えば、TN液晶を用いたLCDでは、tdON′=2ms、tr′=10ms、tdOFF ′=2ms、td′=10ms、したがってτON′=12ms、τOFF ′=12msとなり、応答特性はそれほど良くない。 FIGS. 35 (a) and 35 (b) are diagrams for explaining the response characteristics of a positive type crossed Nicol LCD, in which brightness white and black in one pixel of the LCD are alternately displayed for each field. The LCD shading rate and the LCD driving voltage at that time are shown. In FIG. 35 (a), the rise delay time from when the drive voltage is applied until the light shielding rate of the pixel reaches 10% is tdON ', and the rise time until the light shielding rate reaches 90% is tr', tdON '. Is the rise response time represented by the sum of t and tr ′, τON ′, the fall delay time from when the drive voltage is removed until the shading rate drops to 90%, tdOFF ′, and from there until the shading rate reaches 10% For example, in an LCD using a TN liquid crystal, tdON ′ = 2 ms, tr ′ = 10 ms, tdOFF when the falling time is td ′, and the falling response time represented by the sum of tdOFF ′ and td ′ is τOFF ′. '= 2ms, td' = 10ms, therefore τON '= 12ms, τOFF' = 12ms, and the response characteristics are not so good.
ここで、図34の場合と同様にして、1フィールド時間をtF=16.67ms 、偶数フィールドにおける面積Se ′、奇数フィールドにおける面積So ′として、コントラストCont.′を求めると、
Cont.′=0.160
となる。このように、LCDの応答特性が悪いため、TNシャッタ2が仮に理想的な応答特性を有していたとしても、フィールドに同期させてTNシャッタ2をシャッタリングすると、コントラストが悪くなる。
Here, as in the case of FIG. 34, the contrast Cont. 'Is obtained by assuming that one field time is tF = 16.67 ms, the area Se' in the even field, and the area So 'in the odd field.
Cont. '= 0.160
It becomes. As described above, since the response characteristics of the LCD are poor, even if the
一方、上述したように表示素子にLCDを用いる場合には、その駆動電圧として直流を用いると、内部での電気化学変化に起因する劣化が生じるために、一般には、高周波電圧を印加したり、フィールド毎に印加する電圧の極性を反転させる交流駆動方法を採用している。 On the other hand, when an LCD is used for the display element as described above, if a direct current is used as the driving voltage, deterioration due to an internal electrochemical change occurs. Therefore, in general, a high frequency voltage is applied, An AC driving method that reverses the polarity of the voltage applied for each field is adopted.
ここで、上述したようにウォブリングを行う場合において、一つの画素に着目した場合、フィールド毎に印加する電圧の極性を反転させて駆動すると、ずれた画素位置に表示する、例えば奇数フィールドでは、常に正(または負)の電圧が印加され、元の画素位置に表示する、例えば偶数フィールドでは、常に負(または正)の電圧が印加されることになる。しかし、図36に一つの画素に着目した場合の信号波形を示すように、交流駆動する場合の交流駆動電圧の中心電位Vc(一点鎖線)と、LCDの共通電極電位Vcom(破線)とは、一般に一致せず、例えば、Vc>Vcom となる。このため、順次のフィールドで同じ明度の画素情報を表示しようとすると、映像信号における奇数フィールドと偶数フィールドとの駆動電圧の絶対値はVaと同じでも、LCDに実際に印加される駆動電圧の絶対値は、Vb=(Vc−Vcom)とすると、奇数フィールドでは、Vo=(Va+Vb)となり、偶数フィールドでは、Ve=(Va−Vb)となって、奇数フィールドにおける駆動電圧の絶対値Voの方が、偶数フィールドにおける駆動電圧の絶対値Veよりも大きくなる。 Here, when wobbling is performed as described above, when attention is paid to one pixel, driving is performed by inverting the polarity of the voltage applied for each field. A positive (or negative) voltage is applied, and a negative (or positive) voltage is always applied in, for example, an even field displayed at the original pixel position. However, as shown in the signal waveform of FIG. 36 when attention is paid to one pixel, the center potential Vc (one-dot chain line) of the AC driving voltage in the case of AC driving and the common electrode potential Vcom (dashed line) of the LCD are: In general, it does not match, for example, Vc> Vcom. For this reason, when trying to display pixel information of the same brightness in sequential fields, the absolute values of the drive voltages actually applied to the LCD are the same even when the absolute values of the odd and even fields in the video signal are the same as Va. Assuming that Vb = (Vc−Vcom), Vo = (Va + Vb) in the odd field, Ve = (Va−Vb) in the even field, and the absolute value Vo of the drive voltage in the odd field. Is larger than the absolute value Ve of the drive voltage in the even field.
このように、VcとVcom とのずれによって、フィールド間で駆動電圧波形が対称にならなくなると、同じ明るさの映像を表示しても、フィールドによって明暗が生じることになる。例えば、印加電圧の絶対値が高いほど黒表示となるポジタイプのLCDの場合には、上記のようにVo>Veとなると、奇数フィールドでは暗く、偶数フィールドでは明るく表示されることになる。その結果、ウォブリングした画像に明暗の縞が繰り返し生じる画像むらが生じ、画質が低下するという問題がある。 Thus, if the drive voltage waveform does not become symmetrical between the fields due to the difference between Vc and Vcom, even if an image with the same brightness is displayed, light and dark are produced depending on the field. For example, in the case of a positive type LCD that displays black as the absolute value of the applied voltage increases, when Vo> Ve as described above, the odd field is dark and the even field is bright. As a result, there is a problem that image unevenness in which bright and dark stripes are repeated in the wobbling image occurs, and the image quality is deteriorated.
ところで、頭部装着型画像表示装置(以下、HMDと称する)のような両眼観察用の表示装置では、左眼用画像表示装置および右眼用画像表示装置として、それぞれ図22に示すウォブリングを行う画像表示装置を用いる場合がある。この場合、両眼の画像表示装置でウォブリングによる画素のシフト方向を、例えば右斜め方向の同一方向とすると、周波数空間における解像度は、図37に示すようになる。すなわち、ウォブリングを行わない場合、デルタ配列の画素を有するLCDで表示可能な周波数空間は、±Pxおよび±Pyで囲まれた領域となる。ここで、デルタ配列の水平方向の画素ピッチをax、垂直方向の画素ピッチをbyとすると、Px=1/ax、Py=1/byで表される。 Meanwhile, in a binocular display device such as a head-mounted image display device (hereinafter referred to as HMD), the wobbling shown in FIG. 22 is performed as the left-eye image display device and the right-eye image display device, respectively. In some cases, an image display device is used. In this case, assuming that the shift direction of pixels by wobbling in the binocular image display device is, for example, the same diagonal direction to the right, the resolution in the frequency space is as shown in FIG. That is, when wobbling is not performed, the frequency space that can be displayed on the LCD having the pixels in the delta arrangement is an area surrounded by ± Px and ± Py. Here, when the pixel pitch in the horizontal direction of the delta arrangement is ax and the pixel pitch in the vertical direction is by, Px = 1 / ax and Py = 1 / by.
これに対し、両眼の画像表示装置でウォブリングにより右斜め方向の同一方向に、例えば水平および垂直方向に半画素ピッチの画素ずらしを行うと、周波数空間は、右斜め方向において、±Px ′および±Py ′で囲まれた領域となり、その領域は、画素ピッチが半分になる分、ウォブリングを行わない場合よりも大きくなる。しかし、この場合には、右斜め方向の一方向においてのみ、周波数領域が広がることになるため、両眼の画像表示装置に表示された映像を融像して観察する際に、自然な映像として観察できなくなるという問題がある。 On the other hand, when a pixel shift of a half pixel pitch is performed in the same direction in the right diagonal direction by wobbling in the binocular image display device, for example, in the horizontal and vertical directions, the frequency space is ± Px ′ and The region is surrounded by ± Py ', and the region becomes larger than the case where no wobbling is performed, because the pixel pitch is halved. However, in this case, since the frequency domain is expanded only in one direction diagonally to the right, when the image displayed on the binocular image display device is fused and observed, There is a problem that it becomes impossible to observe.
この発明は、上述した従来の種々の問題点に着目してなされたもので、特に第1の目的は、表示素子の応答特性に起因するウォブリング効果の低減を有効に改善し、高解像度の画像を表示できるよう適切に構成した画像表示装置を提供しようとするものである。 The present invention has been made by paying attention to the above-mentioned various problems of the prior art. In particular, the first object is to effectively improve the reduction of the wobbling effect due to the response characteristics of the display element, and to provide a high-resolution image. An image display device that is appropriately configured to display the image is provided.
さらに、この発明の第2の目的は、画像むらの発生を有効に防止し、ウォブリングにより高解像度で、かつ高画質の画像を表示できるよう適切に構成した画像表示装置を提供しようとするものである。 Furthermore, a second object of the present invention is to provide an image display device that is appropriately configured to effectively prevent the occurrence of image unevenness and display a high-resolution and high-quality image by wobbling. is there.
さらに、この発明の第3の目的は、左右の画像表示装置を有する両眼観察用の表示装置において、両眼の画像表示装置にウォブリングにより高解像度の映像を表示して、自然な映像として観察できるよう適切に構成した画像表示装置を提供しようとするものである。 Furthermore, a third object of the present invention is to provide a binocular observation display device having left and right image display devices, and display a high resolution image by wobbling on the binocular image display device to observe as a natural image. It is an object of the present invention to provide an image display device appropriately configured so as to be able to do so.
上記第1の目的を達成する請求項1に係る発明は、複数の画素を規則的に配列してなる表示面を有する表示素子と、この表示素子に順次のフィールド間で異なる画像を表示させる画像表示制御手段と、この画像表示制御手段による画像の切り替えに同期して、前記表示面から発する光の光軸を所定の方向に振動させる振動手段とを有する画像表示装置において、前記表示素子の応答特性に応じて前記光軸を振動させるよう前記振動手段を構成したことを特徴とするものである。
The invention according to
この発明の一実施形態においては、前記振動手段に、偏光変換素子と、この偏光変換素子を前記表示素子の応答特性に応じて駆動する駆動手段とを設ける。 In one embodiment of the present invention, the vibration means is provided with a polarization conversion element and a drive means for driving the polarization conversion element in accordance with response characteristics of the display element.
さらに、上記第2の目的を達成する請求項3に係る発明は、複数の画素を規則的に配列してなる表示面を有する表示素子と、この表示素子に順次のフィールド間で異なる画像を表示させる画像表示制御手段と、この画像表示制御手段による画像の切り替えに同期して、前記表示面から発する光の光軸を所定の方向に振動させる振動手段とを有する画像表示装置において、前記画像表示制御手段に、前記表示素子の表示画素に印加する映像信号の極性を、二回の切り替え毎に反転する極性反転手段を設けたことを特徴とするものである。
The invention according to
さらに、上記第3の目的を達成する請求項4に係る発明は、それぞれ複数の画素を規則的に配列してなる表示面を有する左右の表示素子と、これら左右の表示素子の各々に順次のフィールド間で異なる画像を表示させる左右の画像表示制御手段と、これら左右の画像表示制御手段による画像の切り替えに同期して、対応する表示素子の表示面から発する光の光軸を所定の方向に振動させる左右の振動手段とを有する画像表示装置において、前記左右の振動手段を、光軸の振動方向が異なるよう構成したことを特徴とするものである。
Furthermore, in the invention according to
この発明の一実施形態においては、前記左右の振動手段によるそれぞれの光軸の振動方向を、左右対称とする。 In an embodiment of the present invention, the vibration directions of the respective optical axes by the left and right vibrating means are symmetrical.
請求項1に係る発明によれば、ウォブリングを行う振動手段を、表示素子の応答特性に応じて光軸を振動させるよう構成したので、表示素子の応答特性に起因するウォブリング効果の低減を有効に改善でき、高解像度の画像を表示することができる。 According to the first aspect of the present invention, the vibration means for performing the wobbling is configured to vibrate the optical axis according to the response characteristic of the display element, so that it is possible to effectively reduce the wobbling effect due to the response characteristic of the display element. It can be improved and a high resolution image can be displayed.
さらに、請求項3に係る発明によれば、表示素子に順次のフィールド間で異なる画像を表示させる画像表示制御手段に、表示素子の表示画素に印加する映像信号の極性を、二回の切り替え毎に反転する極性反転手段を設けたので、極性反転における中心電位と、表示素子の共通電極電位とが一致しない場合でも、画像むらの発生を有効に防止でき、ウォブリングにより高解像度で、かつ高画質の画像を表示することができる。
Further, according to the invention of
さらに、請求項4に係る発明によれば、左右の画像表示装置でそれぞれウォブリングを行う両眼観察用の表示装置において、ウォブリングを行うための左右の振動手段を、光軸の振動方向が異なるよう構成したので、ウォブリングによる高解像度の映像を、自然な映像として観察することができる。
Furthermore, according to the invention of
図1は、この発明とともに開発した画像表示装置の参考例の構成を示すものである。この画像表示装置では、図22と同様に、バックライト1aおよびカラー液晶表示素子1bを有する表示素子としてのカラーLCD1を用い、その前面側に偏光変換素子としてのTNシャッタ2と複屈折板3とを順次配置する。カラーLCD1には、従来例で説明したと同様にして、その同一画素に、画像表示制御回路11を介して入力映像信号の奇数フィールドと偶数フィールドとの画像を順次表示させると共に、その映像信号の同期信号に同期して、TNシャッタ駆動回路12によりTNシャッタ2をオン・オフ制御し、これによりTNシャッタ2を透過する偏光の方向に応じて、複屈折板3を経て観察される画素位置を変化させるウォブリングを行うようにする。ここで、TNシャッタ2、複屈折板3およびTNシャッタ駆動回路12は振動手段を構成し、画像表示制御回路11は画像表示制御手段を構成する。
FIG. 1 shows a configuration of a reference example of an image display apparatus developed together with the present invention. In this image display apparatus, similarly to FIG. 22, a
この参考例では、TNシャッタ2の応答特性の温度依存性に起因するウォブリング効果の低減を改善するために、TNシャッタ2の周囲に加温手段を構成するシート状のヒータ21を配置する。ヒータ21は、ヒータ駆動制御回路22に接続し、これにより所要の電流を供給して、TNシャッタ2を加熱するようにする。また、TNシャッタ2の近傍には、温度センサ23を配置し、この温度センサ23の出力に基づいてヒータ駆動制御回路22によるヒータ21への通電をオン・オフ制御して、TNシャッタ2の温度を、装置として保証している高温側の許容温度を越えない範囲で、良好な応答特性が得られる一定の温度、例えば40℃に維持するようにする。ここで、ヒータ21、ヒータ駆動制御回路22および温度センサ23は、振動手段の温度調節手段を構成する。
In this reference example, in order to improve the reduction of the wobbling effect due to the temperature dependence of the response characteristic of the
このように、TNシャッタ2の温度を、ヒータ21によって良好な応答特性が得られる一定の温度に維持するようにすれば、環境温度変化に影響されることなく、ウォブリングによって常に高解像度の画像を表示することができる。また、TNシャッタ2での応答特性をさらに補償するために、奇数フィールドと偶数フィールドとでカラーLCD1に表示する画像を予め補正する場合にも、環境温度変化に影響されることなく、常に良好な解像度を有する画像を表示することができる。
In this way, if the temperature of the
なお、上記の参考例では、TNシャッタ2の周囲にシート状のヒータ21を配置して、TNシャッタ2を加熱するようにしたが、例えば、TNシャッタ2を構成する透明電極自体をヒータとして機能させるよう構成したり、ヒータとしてペルチェ素子を用いたり、あるいは新たに発熱用の透明ヒータパターンをTNシャッタ2を構成するガラス基板に設けることもできる。また、ヒータ等の発熱体を新たに設ける代わりに、カラーLCD1を構成するバックライト1aでの熱を伝熱性の良好な部材を介してTNシャッタ2に導いたり、発熱量が多い回路をTNシャッタ2の近傍に配置して、TNシャッタ2を加熱するようにすることもできる。これらの場合には、好ましくは、過剰な加熱を防止するために、TNシャッタ2に熱的に結合してペルチェ素子等の冷却手段を設け、TNシャッタ2の温度を温度センサで検出して、所定の温度となるように冷却手段を制御するようにする。
In the above reference example, the sheet-
また、上記の参考例では、TNシャッタ2を加熱するようにしたが、TNシャッタ2とともにカラーLCD1も加熱するようにすることもできる。このようにすれば、カラーLCD1の応答特性も改善できるので、ウォブリングによる全体の解像度およびコントラストをより向上することができる。すなわち、カラーLCD1およびTNシャッタ2を組み合わせたユニットとしての全体の応答特性は、個々の素子の応答特性の積として考えられ、全体の応答特性は、個々の素子の応答特性よりは悪くなり、所望の解像度およびコントラストが得られなくなるが、両者をそれぞれ良好な応答特性が得られるように所定の温度に加熱すれば、このような問題も解決できる。
In the above reference example, the
図2は、この発明の第1実施形態の構成を示すものである。この実施形態では、カラーLCD1の応答特性に起因するウォブリング効果の低減を改善するために、画像表示制御回路11からTNシャッタ駆動手段31に映像信号の同期信号を供給し、この同期信号に基づいてTNシャッタ駆動手段31により、TNシャッタ2をカラーLCD1の応答特性およびTNシャッタ2自体の応答特性を考慮してオン・オフ制御してシャッタリングし、これによりTNシャッタ2を透過する偏光の方向に応じて、複屈折板3を経て観察される画素位置を変化させるウォブリングを行うようにする。
FIG. 2 shows the configuration of the first embodiment of the present invention. In this embodiment, in order to improve the reduction of the wobbling effect due to the response characteristics of the
ここで、TNシャッタ2のシャッタリングは、カラーLCD1が、例えばポジタイプでクロスニコルの場合には、そのLCD応答特性において、例えば、遮光率0%の白(印加電圧は最小値)から遮光率100%の黒(印加電圧は最大値)になるまでの立ち上がり時間と、黒から白になるまでの立ち下がり時間との相加平均の1/2をtAとするとき、フィールドの切り替え時点から時間tAを経過した時点において、TNシャッタ2での第1の偏光の透過率がほぼ50%、したがって第2の偏光の透過率もほぼ50%となるように行う。
Here, when the
すなわち、図3(a)にカラーLCD1の一つの画素に白と黒とをフィールド毎に交互に表示した場合のLCD遮光率の応答特性を示すように、LCD遮光率がほぼ50%となる時点で、TNシャッタ2での第1の偏光の透過率もほぼ50%となるようにTNシャッタ2をシャッタリングする。このようにして、期間α(=tF)で主として元の画素位置で、期間β(=tF)で主として画素ずらし位置でそれぞれ画像を表示する。ここで、仮に、TNシャッタ2が理想的な応答特性を有し、期間αにおいて第1の偏光のみを透過し、期間βにおいて第2の偏光のみを透過するものとして、図3(b)に示す図3(a)の拡大図を参照してコントラストを計算する。この場合、期間αにおけるLCD遮光率の面積Sα、および期間βにおけるLCD遮光率の面積Sβは、それぞれ、
Sα≒3(tr′+td′)/8+{(tF−tdON′−tr′)+tdOFF ′}・・・(5)
Sβ≒(tr′+td′)/8 ・・・(6)
となる。したがって、図35の場合と同様に、tdON′=2ms、tr′=10ms、tdOFF ′=2ms、td′=10msとし、tF=16.67ms とすると、Sα=16.67、Sβ=2.5となるので、コントラストCont.は、
Cont.=(Sα−Sβ)/(Sα+Sβ)≒0.7
となる。
That is, as shown in FIG. 3A, when the LCD shading rate response characteristic when white and black are alternately displayed for each field on one pixel of the
Sα≈3 (tr ′ + td ′) / 8 + {(tF−tdON′−tr ′) + tdOFF ′} (5)
Sβ≈ (tr ′ + td ′) / 8 (6)
It becomes. Therefore, as in FIG. 35, when tdON ′ = 2 ms, tr ′ = 10 ms, tdOFF ′ = 2 ms, td ′ = 10 ms, and tF = 16.67 ms, Sα = 16.67 and Sβ = 2.5. Cont.
Cont. = (Sα−Sβ) / (Sα + Sβ) ≈0.7
It becomes.
しかし、実際には、TNシャッタ2は、図31で説明したような応答特性を有するため、上記のコントラストは得られない。そこで、この実施形態では、TNシャッタ2の応答特性によるコントラストの低下を最小限に抑えるために、図2に示すように、TNシャッタ駆動手段31に、画像表示制御回路11からの同期信号に基づいてフィールド同期信号を生成するフィールド検出回路32と、そのフィールド同期信号をそれぞれ時間τ1,τ2遅延させる遅延信号発生回路33,34と、これら遅延されたフィールド同期信号に基づいてTNシャッタ駆動信号を生成して、そのTNシャッタ駆動信号に同期したシャッタ駆動電圧をTNシャッタ2に印加するTNシャッタ駆動信号発生回路35とを設けて、TNシャッタ2の応答特性を考慮して、フィールドの切り替え時点から上記のtAを経過した時点において、TNシャッタ2での第1の偏光の透過率がほぼ50%となるようにTNシャッタ2を駆動する。
However, in reality, the
以下、図4(a)〜図4(g)を参照して、この実施形態の動作を説明する。なお、図4(a)は、図3(a)と同様に、カラーLCD1の一つの画素に白と黒とをフィールド毎に交互に表示した場合のLCD遮光率の応答特性を示し、図4(b)はTNシャッタ2の第1の偏光の透過率の応答特性を示す。先ず、フィールド検出回路32で、画像表示制御回路11からの同期信号に基づいて図4(c)に示すようなフィールド同期信号を生成する。このフィールド同期信号は、遅延信号発生回路33,34にそれぞれ供給して、カラーLCD1の応答特性およびTNシャッタ2自体の応答特性に応じて、図4(d),(e)に示すようにそれぞれ時間τ1,τ2遅延させる。これら遅延信号発生回路33,34の出力は、TNシャッタ駆動信号発生回路35に供給して、例えば遅延信号発生回路33の出力をセット信号に、遅延信号発生回路34の出力をリセット信号にそれぞれ用いることにより、図4(f)に示すようなTNシャッタ駆動信号を生成し、このTNシャッタ駆動信号に同期して図4(g)に示すシャッタ駆動電圧をTNシャッタ2に印加するようにする。なお、図4(g)では、順次の偶数フィールドで、交互に極性の異なる直流の駆動電圧を印加する場合を示しているが、各電圧印加期間において高周波の駆動電圧を印加するようにしてもよい。
The operation of this embodiment will be described below with reference to FIGS. 4 (a) to 4 (g). 4A shows the response characteristic of the LCD shading rate when white and black are alternately displayed for each field on one pixel of the
ここで、シャッタ駆動電圧の印加開始時点から第1の偏光の透過率がほぼ50%になる時点までの時間tb、およびシャッタ駆動電圧のデューティ比dfは、
tb=tdON+tr/2 ・・・(7)
df={tF+(tdON −tdOFF)+(tr −td)/2 }/(2・tF) ・・・(8)
を満たすように設定する。したがって、図2に示す遅延信号発生回路33,34における遅延時間τ1,τ2は、それぞれ、
τ1=tF−tdON−(1/2)tr +tA・・・(9)
τ2=2tF−tdOFF −(1/2)td +tA・・・(10)
を満たすように調整する。
Here, the time tb from the start of application of the shutter drive voltage to the time when the transmittance of the first polarized light becomes approximately 50%, and the duty ratio df of the shutter drive voltage are:
tb = tdON + tr / 2 (7)
df = {tF + (tdON-tdOFF) + (tr-td) / 2} / (2.tF) (8)
Set to satisfy. Therefore, the delay times τ1, τ2 in the delay
τ1 = tF-tdON- (1/2) tr + t A ··· (9)
τ2 = 2tF−tdOFF− (1/2) td + t A (10)
Adjust to meet.
このようにすれば、図5にTNシャッタ2における第1の偏光の透過率を拡大して示すように、偶数フィールドにおける面積Se および奇数フィールドにおける面積So は、それぞれ、
Se =tF−(5/32)tr−(5/32)td ・・・(11)
So =(5/32)tr+(5/32)td ・・・(12)
となるので、カラーLCD1が理想的な応答特性を有するものとすると、ウォブリングによるコントラストCont.は、
Cont.={16tF−5(tr +td) }/(16tF) ・・・(13)
となる。したがって、上記(13)式に、tF=16.67ms(1/60s)として、図31で説明したtr, tdの値、例えば30℃におけるtr=1ms,td=5msを当てはめると、
Cont.=0.8875
となるので、図22に示す従来の画像表示装置におけるよりも、コントラストを約53%も向上することができる。
In this way, as shown in an enlarged view of the transmittance of the first polarized light in the
Se = tF− (5/32) tr− (5/32) td (11)
So = (5/32) tr + (5/32) td (12)
Therefore, if the
Cont. = {16tF-5 (tr + td)} / (16tF) (13)
It becomes. Therefore, when the values of tr and td described in FIG. 31, for example, tr = 1 ms and td = 5 ms at 30 ° C. are applied to the above equation (13) as tF = 16.67 ms (1/60 s),
Cont. = 0.8875
Therefore, the contrast can be improved by about 53% as compared with the conventional image display device shown in FIG.
以上のように、TNシャッタ2のシャッタリングのタイミングおよびデューティ比を、フィールドの切り替えと同じタイミングではなく、カラーLCD1の遮光率(ポジタイプのクロスニコルの場合)の立ち上がり応答時間および立ち下がり応答時間の相加平均の1/2の時間tAにおいて、TNシャッタ2の第1の偏光の透過率がほぼ50%となるように制御すれば、カラーLCD1の応答特性およびTNシャッタ2の応答特性によるコントラストの低下を最小限に抑えることができる。したがって、同一映像信号が奇数ラインと偶数ラインとに同時に表示されるのを最小限に抑えることができるので、図6に示すように、奇数フィールドでは画素ずらしした奇数ラインに奇数フィールドのRo ,Go ,Bo の映像信号を、偶数フィールドでは元の画素位置である偶数ラインに偶数フィールドのRe ,Ge ,Be の映像信号をそれぞれ有効に表示することができ、ウォブリングによる解像度の向上を十分発揮することができる。ここで、TNシャッタ2、複屈折板3およびTNシャッタ駆動手段31は振動手段を構成する。また、TNシャッタ2は偏光変換素子を構成し、フィールド検出回路32、遅延信号発生回路33,34およびTNシャッタ駆動信号発生回路35は駆動手段を構成する。
As described above, the shuttering timing and the duty ratio of the
なお、図2では、TNシャッタ2の一方の電極を複数のラインに分割しているので、上述したTNシャッタ2のシャッタリングは、カラーLCD1のライン走査のタイミングに基づいて、対応するライン電極毎に行えばよい。この場合、各ライン電極によるシャッタリングは、各ライン電極に対応するカラーLCD1の中央の画素ラインの走査に同期して、したがって中央のライン電極では、映像信号の切り替え時点から、さらにtF/2遅延させて行えば、各ライン電極に対応する領域の解像度を最も良くすることができる。勿論、TNシャッタ2の一方の電極を、他方の電極と同様に分割しない場合にも、映像信号の切り替え時点からさらにtF/2遅延させて、カラーLCD1の中央の画素ラインの走査に同期してシャッタリングすることにより、表示画像の中央部で解像度を最も良くすることができる。
In FIG. 2, since one electrode of the
また、TNシャッタ2のシャッタリングは、上述の場合に限らず、例えば、カラーLCD1の遮光率の立ち上がり応答性および立ち下がり応答性において、それぞれLCD遮光率がほぼ50%となるタイミングで、TNシャッタ2での第1の偏光の透過率がほぼ50%となるように行うこともできる。したがって、この場合には、映像信号の奇数フィールドから偶数フィールドへの切り替え時点からtdON′+tr′/2だけ遅れたタイミングでTNシャッタ2での第1の偏光の透過率がほぼ50%となり、偶数フィールドから奇数フィールドへの切り替え時点からtdOFF ′+td′/2だけ遅れたタイミングで、同様にTNシャッタ2での第1の偏光の透過率がほぼ50%となるように、TNシャッタ2をシャッタリングすれば良い。
In addition, the shuttering of the
なお、この場合、カラーLCD1が、図3に示したように、立ち上がり応答時間τON′と、立ち下がり応答時間τOFF ′とが等しい応答特性を有すれば、上述した実施形態の場合と同様に、期間αと期間βとが等しくなり、したがって元々の画素位置での表示時間と、画素ずらし位置での表示時間とが等しくなる。しかしながら、カラーLCD1によっては、あるいは表示する明度によっては、例えば、図7(a)に示すように、立ち上がり応答時間τON′が立ち下がり応答時間τOFF ′よりも短い場合や、逆に、図8(a)に示すように、立ち上がり応答時間τON′が立ち下がり応答時間τOFF ′よりも長い場合がある。このような場合でも、LCD遮光率がほぼ50%となる時点で、TNシャッタ2での第1の偏光の透過率もほぼ50%となるようにTNシャッタ2をシャッタリングすることにより、期間αで主として元の画素位置で、期間βで主として画素ずらし位置でそれぞれ画像を表示することができる。したがって、図7(a)の場合にはα>βとなり、図8(a)の場合にはα<βとなり、元々の画素位置での表示時間と、画素ずらし位置での表示時間とが異なることになる。
In this case, as shown in FIG. 3, if the
また、図7(a)および図8(a)のそれぞれの場合において、元々の画素位置での表示時間と、画素ずらし位置での表示時間とがほぼ等しくなるように、TNシャッタ2をシャッタリングすることもできる。すなわち、図7(a)の場合には、図7(b)に拡大図を示すように、TNシャッタ2での第1の偏光の透過率がほぼ50%となるタイミング(二点鎖線で示す)を、LCD応答特性の立ち上がりでは、LCD遮光率がほぼ50%となるタイミング(一点鎖線で示す)から(α−tF)/2だけ遅らせ、LCD応答特性の立ち下がりでは(α−tF)/2だけ早めて、α′=β′=tFとなるようにする。また、図8(a)の場合には、図8(b)に拡大図を示すように、TNシャッタ2での第1の偏光の透過率がほぼ50%となるタイミング(二点鎖線で示す)を、LCD応答特性の立ち上がりでは、LCD遮光率がほぼ50%となるタイミング(一点鎖線で示す)から(β−tF)/2だけ早め、LCD応答特性の立ち下がりでは(β−tF)/2だけ遅らせて、α′=β′=tFとなるようにする。なお、これらの場合において、さらにコントラストを向上させるために、図7(b)の場合には、奇数フィールドにおける画像が偶数フィールドにおける画像よりも低輝度となるように、また、図8(b)の場合には、偶数フィールドにおける画像が奇数フィールドの画像よりも低輝度となるように、それぞれカラーLCD1に表示する画像を補正することもできる。
7A and 8A, the
さらに、TNシャッタ2のシャッタリングは、上述の場合に限らず、例えば、カラーLCD1がポジタイプのクロスニコルの場合には、その遮光率の応答特性において、白からグレースケールの中間値になるまでの立ち上がり時間と、黒からグレースケールの中間値になるまでの立ち下がり時間との相加平均の1/2のタイミングで、TNシャッタ2での第1の偏光の透過率がほぼ50%となるように行うこともできる。また、図2において、遅延信号発生回路33,34での遅延時間τ1,τ2を任意に調整可能として、TNシャッタ2のシャッタリングのタイミングを、表示する画像に応じて観察者において任意に設定し得るよう構成することもできる。
Further, the shuttering of the
さらにまた、カラーLCD1やTNシャッタ2の応答特性の温度依存性による影響を除去するために、参考例で説明したように、カラーLCD1およびTNシャッタ2を一定温度に維持するよう構成することもできる。
Furthermore, in order to remove the influence of the temperature dependency of the response characteristics of the
図9は、この発明の第2実施形態の構成を示すものである。この実施形態では、カラーLCD1を極性反転して駆動する場合の画像むらの発生を有効に防止して、ウォブリングにより高解像度で、かつ高画質の画像を表示できるようにしたものである。このため、この実施形態では、画像表示制御手段41に、デコーダ/RGBドライバ42、LCD用タイミングジェネレータ(TG)43およびフレーム毎極性反転回路44を設け、デコーダ/RGBドライバ42で入力映像信号から同期(SYNC)信号を分離してLCD用TG43に供給する。LCD用TG43では、SYNC信号に基づいて、図10(a)に示す垂直同期(VD)信号と、図10(b)に示す各フィールドの奇数ラインと偶数ラインとで極性が反転するとともに、フィールド毎に極性が反転する交流駆動反転タイミング(FRP1)信号とを生成し、これらをフレーム毎極性反転回路44に供給する。
FIG. 9 shows the configuration of the second embodiment of the present invention. In this embodiment, the occurrence of image unevenness when the
フレーム毎極性反転回路44には、例えば、図11に示すように、4分周回路45、インバータ46およびセレクタ47を設け、4分周回路45でVD信号を図10(c)に示すように4分周してセレクタ47に供給する。また、セレクタ47には、FRP1信号を供給すると共に、FRP1信号をインバータ46で反転した図10(d)に示す信号を供給し、これらFRP1信号およびその反転信号のいずれか一方を4分周回路45の出力に基づいて、例えば、4分周回路45の出力がLレベルにあるときはFRP1信号を、HレベルにあるときはFRP1信号の反転信号を選択して、図10(e)に示すFRP2信号として出力させる。
For example, as shown in FIG. 11, the frame-by-frame
このFRP2信号は、図9に示すように、デコーダ/RGBドライバ42に供給して、このFRP2信号に基づいてカラーLCD1に供給する映像信号の極性をライン単位で反転しながら、カラーLCD1に映像信号の奇数フィールドと偶数フィールドとで異なる画像を順次表示させるようにする。また、デコーダ/RGBドライバ42で分離したSYNC信号は、TNシャッタ駆動回路12に供給し、そのSYNC信号に同期してTNシャッタ2をオン・オフ制御し、これによりTNシャッタ2を透過する偏光の方向に応じて、複屈折板3を経て観察される画素位置を変化させるウォブリングを行うようにする。
As shown in FIG. 9, this FRP2 signal is supplied to the decoder /
このようにすれば、図12に一つの画素に着目した場合の信号波形を示すように、各画素に印加される映像信号の極性は、奇数フィールド間および偶数フィールド間で反転することになるので、二回の切り替え毎に、すなわちフレーム毎に反転することになる。したがって、交流駆動電圧の中心電位Vc (一点鎖線)と、LCDの共通電極電位Vcom (破線)とが一致しなくても、画像むらとなる明暗の縞の発生を有効に防止でき、ウォブリングによって高解像度で、かつ高画質の画像を表示することができる。 In this way, as shown in the signal waveform when focusing on one pixel in FIG. 12, the polarity of the video signal applied to each pixel is inverted between odd fields and even fields. Inverted every two switching, that is, every frame. Therefore, even if the center potential Vc (dashed line) of the AC drive voltage and the common electrode potential Vcom (dashed line) of the LCD do not coincide with each other, the generation of bright and dark stripes that cause image unevenness can be effectively prevented. A high-quality image can be displayed with a high resolution.
なお、以上の説明では、図9に示すフレーム毎極性反転回路44を、図11に示したように、4分周回路45、インバータ46およびセレクタ47をもって構成したが、例えば、図13に示すように、4分周回路45の出力を排他的論理和回路48の一方の入力端子に供給し、この排他的論理和回路48の他方の入力端子にFRP1信号を供給して、上述したと同様のFRP2信号を得ることもできる。
In the above description, the frame-by-frame
また、映像信号の極性は、上述したライン単位に限らず、画素単位で二回の切り替え毎に反転するようにして、画像むらの発生をより有効に防止するようにすることもできる。 In addition, the polarity of the video signal is not limited to the above-described line unit, but it can be reversed every two switching operations in units of pixels, so that the occurrence of image unevenness can be prevented more effectively.
さらに、第2実施形態に、上述した参考例および第1実施形態を適宜組み合わせて、カラーLCD1やTNシャッタ2の応答特性の温度依存性に起因するウォブリング効果の低減を改善したり、カラーLCD1およびTNシャッタ2の応答特性に起因するウォブリング効果の低減を改善するようにすることもできる。
Furthermore, the second embodiment is appropriately combined with the above-described reference example and the first embodiment to improve the reduction of the wobbling effect due to the temperature dependence of the response characteristics of the
図14は、この発明の第3実施形態を示すもので、頭部装着型画像表示装置(以下、HMDと称する)の一例の構成を示すものである。このHMDは、表示装置本体部51、側頭フレーム52および頭頂フレーム53を有し、側頭フレーム52および頭頂フレーム53を観察者54の頭部に装着することにより、表示装置本体部51を観察者54の顔面に保持するようにする。また、側頭フレーム52には、板バネ55を介してリヤフレーム56を取り付け、このリヤフレーム56に観察者54の耳の位置に対応してスピーカ57を設ける。
FIG. 14 shows a third embodiment of the present invention, which shows a configuration of an example of a head-mounted image display device (hereinafter referred to as HMD). This HMD has a display device main body 51, a
表示装置本体部51には、観察者54の左右の眼球に対応して、図15(a)または(b)に示すような光学系を設ける。図15(a)に示す光学系は、シースルータイプのもので、上述したようなカラーLCD、TNシャッタおよび複屈折板を有する画像表示装置61での表示画像を、ハーフミラープリズム62を透過させて凹面鏡63で反射させ、さらにハーフミラープリズム62で反射させて対応する眼球に拡大して導くと共に、外界像を、例えば、液晶シャッタ64およびハーフミラープリズム62を経て対応する眼球に導くようにしたものである。また、図15(b)に示す光学系は、同様の画像表示装置61での表示画像を接眼レンズ66を経て対応する眼球に導くようにしたものである。
The display device main body 51 is provided with an optical system as shown in FIG. 15A or 15B corresponding to the left and right eyeballs of the observer 54. The optical system shown in FIG. 15A is a see-through type, and the display image on the
表示装置本体部51は、ケーブル58を介して、音声信号のレベル等を調整するボリューム等の調整手段60を有する再生装置59に接続し、この再生装置59から所要の映像信号を左右の画像表示装置に供給して、左右でサンプリングタイミングの異なる映像を表示し、音声信号をスピーカ57から出力するようにする。
The display device main body 51 is connected via a
なお、表示装置本体部51は、ケーブル58を介して既存のビデオデッキや、TVチューナに接続して、映像を表示するようにすることもできるし、あるいはコンピュータ等に接続してコンピュータグラフィックスの映像や、コンピュータからのメッセージ映像等を表示するようにすることもできる。また、ケーブル58を用いることなく、表示装置本体部51にアンテナを設けて、外部からの信号を電波によって受信して表示するようにすることもできる。さらに、左右の画像表示装置に、例えば、視差を有する映像信号を供給して表示させることにより、立体画像を観察するようにすることもできる。
The display device main body 51 can be connected to an existing video deck or TV tuner via a
上述したHMDにおいて、画像表示装置を構成するカラーLCDは、例えば、1.3インチと小型であり、その画素数もせいぜい多くて30万画素である。したがって、このようなカラーLCDを用いて上述したようにしてウォブリングを行うことは、広画角のHMDにおいて、高解像度および高画質を図るうえで極めて有効である。 In the above-described HMD, the color LCD constituting the image display device is as small as 1.3 inches, for example, and the number of pixels is at most 300,000 pixels. Therefore, performing wobbling as described above using such a color LCD is extremely effective in achieving high resolution and high image quality in an HMD having a wide angle of view.
この実施形態では、かかるHMDにおいて、左右の画像表示装置に表示されるウォブリングによる映像を、自然な映像として観察できるようにするため、左右の画像表示装置の振動手段による光軸の振動方向、すなわち画素ずらし方向を異ならせる。ここで、左右の画像表示装置における画素ずらし方向は、好ましくは左右対称となるように、例えば、右眼用の画像表示装置では、図16(a)に示すように、右斜め上方向に画素ずらしを行い、左眼用の画像表示装置では、図16(b)に示すように、左斜め上方向に画素ずらしを行う。 In this embodiment, in such an HMD, the wobbling video displayed on the left and right image display devices can be observed as a natural video, so that the vibration direction of the optical axis by the vibration means of the left and right image display devices, that is, Change the pixel shift direction. Here, the pixel shifting directions in the left and right image display devices are preferably symmetrical, for example, in the right-eye image display device, as shown in FIG. In the left-eye image display device, as shown in FIG. 16B, the pixels are shifted diagonally upward to the left.
以下、かかる画素ずらしを行うための左右の画像表示装置の要部の構成例について説明する。図17は、その第1の構成例を示すもので、図17(a)は右眼用画像表示装置61Rの構成を、図17(b)は左眼用画像表示装置61Lの構成をそれぞれ示している。この例では、左右のカラーLCD1L,1Rおよび左右のTNシャッタ2L,2Rを同一構成とし、左右の複屈折板3L,3Rについては、それらの結晶軸3aL,3aRの方向を異ならせて、右眼用画像表示装置61Rでは、TNシャッタ2Rがオンで元の画素位置に、TNシャッタ2Rがオフで右斜め上方向の画素ずらし位置にそれぞれ映像を表示し、左眼用画像表示装置61Lでは、TNシャッタ2Lがオフで元の画素位置に、TNシャッタ2Lがオンで左斜め上方向の画素ずらし位置にそれぞれ映像を表示するようにしたものである。
Hereinafter, a configuration example of a main part of the left and right image display apparatuses for performing such pixel shifting will be described. FIGS. 17A and 17B show the first configuration example. FIG. 17A shows the configuration of the right-eye
図18は、第2の構成例を示すもので、図18(a)は右眼用画像表示装置61Rの構成を、図18(b)は左眼用画像表示装置61Lの構成をそれぞれ示している。この例では、図17に示した第1の構成例において、左右のカラーLCD1L,1Rを構成するTNシャッタ2L,2R側の偏光板の偏光方向を、それぞれ90°異ならせた同一方向として、右眼用画像表示装置61Rでは、TNシャッタ2Rがオフで元の画素位置に、TNシャッタ2Rがオンで右斜め上方向の画素ずらし位置にそれぞれ映像を表示し、左眼用画像表示装置61Lでは、TNシャッタ2Lがオンで元の画素位置に、TNシャッタ2Lがオフで左斜め上方向の画素ずらし位置にそれぞれ映像を表示するようにしたものである。
FIG. 18 shows a second configuration example. FIG. 18A shows the configuration of the right-eye
図19は、第3の構成例を示すもので、図19(a)は右眼用画像表示装置61Rの構成を、図19(b)は左眼用画像表示装置61Lの構成をそれぞれ示している。この例では、右眼用画像表示装置61Rを、図18(a)と同様に構成し、左眼用画像表示装置61Lを、図17(b)と同様に構成して、右眼用画像表示装置61Rでは、TNシャッタ2Rがオフで元の画素位置に、TNシャッタ2Rがオンで右斜め上方向の画素ずらし位置にそれぞれ映像を表示し、左眼用画像表示装置61Lでは、TNシャッタ2Lがオフで元の画素位置に、TNシャッタ2Lがオンで左斜め上方向の画素ずらし位置にそれぞれ映像を表示するようにしたものである。
FIG. 19 shows a third configuration example. FIG. 19A shows the configuration of the right-eye
図20は、第4の構成例を示すもので、図20(a)は右眼用画像表示装置61Rの構成を、図20(b)は左眼用画像表示装置61Lの構成をそれぞれ示している。この例では、上記の第3の構成例とは逆に、右眼用画像表示装置61Rを、図17(a)と同様に構成し、左眼用画像表示装置61Lは、図18(b)と同様に構成して、右眼用画像表示装置61Rでは、TNシャッタ2Rがオンで元の画素位置に、TNシャッタ2Rがオフで右斜め上方向の画素ずらし位置にそれぞれ映像を表示し、左眼用画像表示装置61Lでは、TNシャッタ2Lがオンで元の画素位置に、TNシャッタ2Lがオフで左斜め上方向の画素ずらし位置にそれぞれ映像を表示するようにしたものである。
FIG. 20 shows a fourth configuration example. FIG. 20A shows the configuration of the right-eye
以上のように、左右の画像表示装置61L,61Rを、画素ずらし方向が左右対称となるように構成すれば、周波数空間における解像度は、図21に示すように、ウォブリングを行わない場合の±Px および±Py で囲まれた周波数領域に対して、右斜め方向および左斜め方向に、±Px ′および±Py ′で囲まれた左右対称な周波数領域に広げることができる。したがって、両眼の画像表示装置61L,61Rに表示された映像を融像して観察する際に、自然な映像として観察することができる。
As described above, if the left and right
なお、この実施形態において、左右の画像表示装置61L,61Rは、図22で説明した構成に限らず、上記の参考例、第1実施形態、第2実施形態の構成を適宜組み合わせて構成することもできる。また、左右の画像表示装置61L,61Rにおけるそれぞれの画素ずらし方向は、上述したように右眼用画像表示装置61Rで右斜め上方向、左眼用画像表示装置61Lで左斜め上方向に限らず、右眼用画像表示装置61Rで左斜め上方向、左眼用画像表示装置61Lで右斜め上方向にしたり、一方の上下方向、他方を水平方向とすることもできる。
In this embodiment, the left and right
この発明は、上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、1フィールド時間tFは1/60S以外でも適用可能であることは言うまでもない。また、表示素子はカラーLCDに限らずモノクロのLCD、あるいはプラズマディスプレイ、EL、ホトクロミック等のカラーまたはモノクロの表示素子を用いる場合にもこの発明を有効に適用することができる。また、表示素子の画素配列もデルタ配列に限らず、ストライプ配列、モザイク配列等の他の配列のものを用いることができ、その画素配列に応じてブラックマトリックスを補間するようにウォブリングによる画素ずらしを行うことができる。さらに、TNシャッタ以外の公知の偏光変換素子を用いることもできる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and many variations or modifications are possible. For example, it goes without saying that one field time tF is applicable to other than 1 / 60S. Further, the present invention can be effectively applied to a case where a display element is not limited to a color LCD but is a monochrome LCD or a color or monochrome display element such as a plasma display, EL, or photochromic. Further, the pixel arrangement of the display element is not limited to the delta arrangement, and other arrangements such as a stripe arrangement and a mosaic arrangement can be used, and pixel shifting by wobbling is performed so as to interpolate the black matrix according to the pixel arrangement. It can be carried out. Further, a known polarization conversion element other than the TN shutter can be used.
1 カラーLCD
1a バックライト
1b カラー液晶表示素子
2 TNシャッタ
3 複屈折板
11 画像表示制御回路
12 TNシャッタ駆動回路
21 ヒータ
22 ヒータ駆動制御回路
23 温度センサ
31 TNシャッタ駆動手段
32 フィールド検出回路
33,34 遅延信号発生回路
35 TNシャッタ駆動信号発生回路
41 画像表示制御手段
42 デコーダ/RGBドライバ
43 LCD用タイミングジェネレータ(TG)
44 フレーム毎極性反転回路
45 4分周回路
46 インバータ
47 セレクタ
48 排他的論理和回路
51 表示装置本体部
61L 左眼用画像表示装置
61R 右眼用画像表示装置
1 Color LCD
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a Backlight 1b Color liquid
44 Polarity inversion circuit for each
Claims (5)
前記表示素子の応答特性に応じて前記光軸を振動させるよう前記振動手段を構成したことを特徴とする画像表示装置。 A display element having a display surface in which a plurality of pixels are regularly arranged, an image display control means for displaying different images between sequential fields on the display element, and synchronization with image switching by the image display control means Then, in an image display device having vibration means for vibrating an optical axis of light emitted from the display surface in a predetermined direction,
An image display device, wherein the vibration means is configured to vibrate the optical axis in accordance with response characteristics of the display element.
前記振動手段は、偏光変換素子と、この偏光変換素子を前記表示素子の応答特性に応じて駆動する駆動手段とを有することを特徴とする画像表示装置。 The image display device according to claim 1,
The vibration means includes a polarization conversion element and a drive means for driving the polarization conversion element in accordance with response characteristics of the display element.
前記画像表示制御手段は、前記表示素子の表示画素に印加する映像信号の極性を、二回の切り替え毎に反転する極性反転手段を有することを特徴とする画像表示装置。 A display element having a display surface in which a plurality of pixels are regularly arranged, an image display control means for displaying different images between sequential fields on the display element, and synchronization with image switching by the image display control means Then, in an image display device having vibration means for vibrating an optical axis of light emitted from the display surface in a predetermined direction,
The image display control device comprises a polarity reversing device for reversing the polarity of a video signal applied to a display pixel of the display element every two switching operations.
前記左右の振動手段を、光軸の振動方向が異なるよう構成したことを特徴とする画像表示装置。 Left and right display elements each having a display surface in which a plurality of pixels are regularly arranged; left and right image display control means for displaying different images between sequential fields on each of the left and right display elements; In the image display device having left and right vibrating means for vibrating the optical axis of the light emitted from the display surface of the corresponding display element in a predetermined direction in synchronization with the image switching by the image display control means,
An image display device characterized in that the left and right vibration means are configured so that the vibration directions of the optical axes are different.
前記左右の振動手段によるそれぞれの光軸の振動方向が、左右対称であることを特徴とする画像表示装置。 The image display device according to claim 4.
An image display device characterized in that the vibration directions of the respective optical axes by the left and right vibrating means are symmetrical.
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