JP2018072598A - 表示装置 - Google Patents
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Abstract
Description
照明装置と、前記照明装置からの照明光を利用して画像を表示する光学変調素子と、前記光学変調素子からの光を、第1偏光、及び、前記第1偏光とは異なる第2偏光として出射可能な偏光制御素子と、前記偏光制御素子から出射された前記第1偏光を透過し、前記第2偏光を反射する偏光分離素子と、前記偏光分離素子を透過した透過光を投影面の第1投影領域に投影するとともに、前記偏光分離素子で反射された反射光を前記投影面の前記第1投影領域とは異なる第2投影領域に投影する投影部と、を備えた表示装置が提供される。
照明装置ILは、後述するが、複数の光源を備え、光学変調素子OMを照明する。一例では、光学変調素子OMは、照明装置ILからの照明光を選択的に透過して画像を表示する透過型の素子であり、照明装置ILは、光学変調素子OMの背面側に位置している。なお、光学変調素子OMは、照明装置ILからの照明光を選択的に反射して画像を表示する反射型の素子であっても良く、この場合、照明装置ILは、光学変調素子OMの前面側に配置される。光学変調素子OMとしては、透過型あるいは反射型の液晶装置、ディジタルマイクロミラーデバイス(DMD)などのマイクロエレクトロメカニカルシステム(MEMS)などが適用可能である。
このような偏光制御素子PCは、一例として、予めパターン化された第1サブエリア及び第2サブエリアを備え、第1サブエリアは光学変調素子OMの第1表示領域からの光を第1偏光として出射し、第2サブエリアは光学変調素子OMの第2表示領域からの光を第2偏光として出射するように構成されている。このような構成例では、例えば、第1サブエリアは、光学変調素子OMからのs偏光に対してλ/2の位相差を付与する位相差層を備え、p偏光として出射する一方で、第2サブエリアは、光学変調素子OMからのs偏光に位相差を付与することなく、s偏光として出射する。但し、λは、偏光制御素子PCに入射する光の波長である。
また、他の例として、偏光制御素子PCは、その出射領域の全面が光学変調素子OMに表示される画像に同期して表示領域からの光を第1偏光または第2偏光として交互に出射するように構成されていても良い。このような構成例では、偏光制御素子PCは、例えば、一対の電極基板間に液晶層を備えた液晶素子であり、液晶層に電圧を印加しないオフ状態と、液晶層に電圧を印加したオン状態とで液晶層のリタデーションを制御するものである。液晶層において、自身を透過する光に対して付与するリタデーションΔn・dは、例えば、オフ状態でゼロであり、オン状態でλ/2である。なお、Δnは液晶層の屈折率異方性であり、dは液晶層の実質的な厚さであり、λは液晶層に入射する光の波長である。
光学系OPは、偏光分離素子PSによって分離された透過光及び反射光を投影部PJに案内するミラーを備えている。
投影部PJは、偏光分離素子PSを透過した透過光及び偏光分離素子PSで反射された反射光を投影面11に投影する。このような投影部PJは、例えば凹面鏡が適用可能である。
照明装置ILから放射された照明光301は、例えば自然光であり、ランダムな振動面を有する。光学変調素子OMは、その背面から照明光301によって均一に照明される。光学変調素子OMを透過し、光学像として変化した光302は、所定の振動面を有する直線偏光であり、一例では、第2偏光(s偏光)である。光学変調素子OMからの光は、偏光制御素子PCに入射し、必要に応じて位相が調整され、偏光制御素子PCから第1偏光303A及び第2偏光303Bとして出射される。
なお、以下の説明では、第1光路401を通る光を単に透過光と称し、第2光路402を通る光を単に反射光と称する場合があるが、いずれも偏光状態は考慮しない。
図3Bに示した例は、第1投影領域11Aに投影された第1光学像12Aのみが表示された状態を示している。ユーザは、第1光学像12Aの虚像201Aのみを視認することができる。なお、第2投影領域11Bには黒表示状態の第2光学像が投影されても良いし、第2投影領域11Bに第2光学像を形成する光(反射光)が到達しないようにしても良い。
図3Cに示した例は、第2投影領域11Bに投影された第2光学像12Bのみが表示された状態を示している。ユーザは、第2光学像12Bの虚像201Bのみを視認することができる。なお、第1投影領域11Aには黒表示状態の第1光学像が投影されても良いし、第1投影領域11Aに第1光学像を形成する光(透過光)が到達しないようにしても良い。
図3Eに示した例は、第1投影領域11Aに投影された第1光学像12Aのみが表示された状態を示している。ユーザは、第1光学像12Aの虚像201Aのみを視認することができる。図3Fに示した例は、第2投影領域11Bに投影された第2光学像12Bのみが表示された状態を示している。ユーザは、第2光学像12Bの虚像201Bのみを視認することができる。
第1光路401の透過光及び第2光路402の反射光は、投影部PJによって反射される。反射された第1光路401の第1光学像及び第2光路402の第2光学像は、カバー部材432を介して図示しない投影面に投影される。
なお、図4に示した配置例において、ミラーOP2は省略して良い。具体的には、ミラー0P2を配置する代わりに、光学変調素子OMを通った光が直接投影部PJに入光するように、各構成素子を配置してもよい。
第1光路401の透過光及び第2光路402の反射光は、図示しないカバー部材を介して投影面に投影される。
なお、図5に示した配置例において、ミラーOP3は省略して良い。具体的には、照明装置ILを偏光制御素子PCに対して第1方向Xに並ぶように配置してもよい。このようにすることで第3方向Z方向のスペースを縮小でき、更なる小型化が可能となる。
偏光分離素子PSの透過光は、第1光路401を進行し、第1凹面鏡PJAに入射し、投影面11に投影される。一方、偏光分離素子PSの反射光は、第2光路402を進行し、ミラーOP5で反射された後に、第2凹面鏡PJBに入射し、投影面11に投影される。
また、照明装置ILは、光学変調素子OMの表示領域を照明する規模に小型化することができる。更に、投影面11に画像を選択的に表示する場合において、表示可能な領域全体に対する照明装置ILでの発熱量を低減することができる。
各画素PXは、スイッチング素子SW(例えば薄膜トランジスタ)、画素電極PE、共通電極CEなどを備えている。スイッチング素子SWは、走査線G及び信号線Sに電気的に接続されている。画素電極PEは、スイッチング素子SWに電気的に接続されている。共通電極CEは、複数の画素電極PEと対向している。画素電極PE及び共通電極CEは、液晶層LCを駆動する駆動電極として機能する。画素電極PE及び共通電極CEは、例えば、インジウム錫酸化物(ITO)やインジウム亜鉛酸化物(IZO)などの透明導電材料によって形成されている。
一例では、1個の光源LSは、m*n個の画素PXからなるサブ表示領域と対向するように配置されている。但し、m及びnは正の整数であり、mは第1方向Xに並んだ画素PXの個数に相当し、nは第2方向Yに並んだ画素PXの個数に相当する。光源LSの各々について、点灯および消灯は、個別に制御することができる。このため、照明装置ILは、照明領域IAにおいて、点灯および消灯を個別に制御可能なサブ照明領域を形成することができる。サブ照明領域は、少なくとも1個の光源LSを備えている。サブ照明領域は、X−Y平面内において、第1方向Xに延びた帯状、第2方向Yに延びた帯状、第1方向X及び第2方向Yに並んだマトリクス状など種々の形状に形成することができる。
なお、図8に示した偏光制御素子PCの例では、制御電極13及び14が液晶層17の両側に位置しているが、制御電極13及び14の双方が液晶層17の一方の側に位置していても良い。例えば、制御電極13及び14の双方は、支持基板11と液晶層17との間に配置され、制御電極13及び14の間に形成される電界を利用して液晶分子17Mの配向を制御しても良い。
なお、帯状電極141乃至147の各々は、第2方向Yに延在し、第1方向Xに間隔をおいて並んでいても良い。また、ここに示した構成例は、制御電極13及び14のうちの一方がシート状電極によって構成され他方が複数の帯状電極によって構成された例に相当するものであり、制御電極13が複数の帯状電極によって構成され、制御電極14が単一のシート状電極によって構成されても良い。
このような構成例では、駆動部DRAが帯状電極141乃至147に対して個別に印加する電圧を制御することにより、サブ出射領域SAの各々において液晶分子17Mの配向方向が制御される。これにより、偏光制御素子PCは、サブ出射領域SA毎に第1モードと第2モードとを制御することができる。なお、この構成例の偏光制御素子PCは、帯状電極141乃至147の全てを一括して駆動することにより、出射領域AAの全面において第1モードと第2モードとを制御することもできる。
このような構成例では、駆動部DRAが帯状電極131乃至135及び帯状電極141乃至146に対して個別に印加する電圧を制御することにより、サブ出射領域SAの各々において液晶分子17Mの配向方向が制御される。これにより、偏光制御素子PCは、サブ出射領域SA毎に第1モードと第2モードとを制御することができる。なお、この構成例の偏光制御素子PCは、帯状電極131乃至135及び帯状電極141乃至146の全てを一括して駆動することにより、出射領域AAの全面において第1モードと第2モードとを制御することもできる。
次に、時分割駆動方式について説明する。ここでは、投影面11の第1投影領域11A及び第2投影領域11Bに、それぞれ第1画像『A』の第1光学像12A及び第2画像『B』の第2光学像12Bが投影される場合について説明する。なお、これらの第1光学像12A及び第2光学像12Bの投影位置については、投影面11の左右に並んだ位置(例えば図3A乃至図3C)であっても良いし、投影面11の上下に並んだ位置(例えば図3D乃至図3F)であっても良い。
偏光制御素子PCは、図9の(a)に示した駆動部DRAに切り替え信号SSが入力されることにより、出射領域AAの全面において第1モードと第2モードとが切り替えられる。すなわち、偏光制御素子PCは、表示領域DAに第1画像が表示されるのに同期して出射領域AAが第1モードに切り替えられ、表示領域DAからの第2偏光を第1偏光として出射する。偏光制御素子PCは、表示領域DAに第2画像が表示されるのに同期して出射領域AAが第2モードに切り替えられ、表示領域DAからの第2偏光を第2偏光として出射する。
次に、空間分割駆動方式について説明する。
偏光制御素子PCは、出射領域AAにおいて、第1サブ表示領域DA1に対向する第1サブ出射領域SA1、及び、第2サブ表示領域DA2に対向する第2サブ出射領域SA2を備えている。第1サブ出射領域SA1は、図中に右下がりの斜線で示した領域に相当し、透過光に対してλ/2の位相差を付与する位相差層を備えている。このため、第1サブ出射領域SA1は、第1サブ表示領域DA1からの第2偏光を第1偏光303Aとして出射する。第2サブ出射領域SA2は、図中に右上がりの斜線で示した領域に相当し、位相差層を備えておらず、透過光に対して位相差を付与しない。このため、第2サブ出射領域SA2は、第2サブ表示領域DA2からの第2偏光を第2偏光303Bとして出射する。以下、空間分割駆動方式の説明においては、単に第1サブ出射領域SA1と称する領域は位相差層を備え、単に第2サブ出射領域SA2と称する領域は位相差層を備えていないものとする。
第1サブ出射領域SA1から出射された第1偏光303A及び第2サブ出射領域SA2から出射された第2偏光303Bは、それぞれ上記の通り第1光路401及び第2光路402を経て第1投影領域11A及び第2投影領域11Bに投影される。
第1サブ表示領域DA1及び第2サブ表示領域DA2は、それぞれ第1サブ出射領域SA1及び第2サブ出射領域SA2と対向している。つまり、第1サブ表示領域DA1及び第2サブ表示領域DA2は、それぞれ第1方向Xに延びた帯状に形成され、第2方向Yに沿って交互に配置されている。ここでは、第1サブ表示領域DA1は図中に縦線で示した領域に相当し、第2サブ表示領域DA2は図中に横線で示した領域に相当する。第1サブ表示領域DA1及び第2サブ表示領域DA2は、複数の画素によって構成されている。このような表示領域DAにおいては、複数の第1サブ表示領域DA1の集合体によって第1画像が表示され、複数の第2サブ表示領域DA2の集合体によって第2画像が表示される。
第1サブ表示領域DA1の各々からの第2偏光は、第1サブ出射領域SA1から第1偏光303Aとして出射され、第1投影領域11Aに投影される。第2サブ表示領域DA2の各々からの第2偏光は、第2サブ出射領域SA2から第2偏光303Bとして出射され、第2投影領域11Bに投影される。
第1サブ表示領域DA1及び第2サブ表示領域DA2は、それぞれ第1サブ出射領域SA1及び第2サブ出射領域SA2と対向している。つまり、第1サブ表示領域DA1及び第2サブ表示領域DA2は、チェッカーパターン状に形成されており、第1方向X及び第2方向Yに沿って交互に配置されている。
第1サブ表示領域DA1の各々からの第2偏光は、第1サブ出射領域SA1から第1偏光303Aとして出射され、それらの集合体が第1光学像として第1投影領域11Aに投影される。第2サブ表示領域DA2の各々からの第2偏光は、第2サブ出射領域SA2から第2偏光303Bとして出射され、それらの集合体が第2光学像として第2投影領域11Bに投影される。
次に、ローカルディミング制御について説明する。
照明装置ILは、サブ表示領域DA11及びDA21と重畳するサブ照明領域IA11、サブ表示領域DA12及びDA22と重畳するサブ照明領域IA12、サブ表示領域DA13及びDA23と重畳するサブ照明領域IA13、サブ表示領域DA31及びDA41と重畳するサブ照明領域IA21、サブ表示領域DA32及びDA42と重畳するサブ照明領域IA22、及び、サブ表示領域DA33及びDA43と重畳するサブ照明領域IA23を備えている。
偏光制御素子PCは、サブ表示領域DA11乃至DA13と重畳するサブ出射領域SA11乃至SA13、サブ表示領域DA21乃至DA23と重畳するサブ出射領域SA21乃至SA23、サブ表示領域DA31乃至DA33と重畳するサブ出射領域SA31乃至SA33、及び、サブ表示領域DA41乃至DA43と重畳するサブ出射領域SA41乃至SA43を備えている。
メイン制御部100は、変換部TS、演算部AS、データ生成部DGS、照明制御部ICS、偏光制御部PCC等を有している。光学変調素子OMは、透過型の表示パネルであるものとして、説明する。なお、光学変調素子OMが反射型の表示パネルである場合は、以下の説明文中の透過率を反射率と置き換えるものとする。また、本構成例の説明において、RGBデータは(R,G,B)、RGBWデータは(R,G,B,W)と表現する場合がある。
また、照明制御部ICSは、第1輝度データD31及び第2輝度データD32に基づいて、各々の輝度データにおける暗部及び明部の有無を確認し、偏光制御素子PCを制御するのに必要な制御データを偏光制御部PCCへフィードバックする。偏光制御部PCCは、制御データに基づいて偏光制御素子PCを制御し、図19を参照して説明したように、サブ出射領域毎に対応するモードとなるように偏光制御素子PCを駆動する。
上記の例に限らず、個々に領域に対応した画像データから輝度データや補正データを算出するのではなく、第1画像及び第2画像をそれぞれ表示するための画像データに含まれる最大階調値等から対応する領域の照明装置ILの出力を決めて画像補正データを算出しても良い。
第1入力データD11の最大値は、G11=B11=0.80であるため、演算部ASは、第1入力データD11の伸長率を1/0.80として、データ伸長する。第1画像データD12(R12,G12,B12)は、第1入力データD11に伸長率を乗算して、(0.25,1.00,1.00)と算出される。第1輝度データD31は伸長率(1/0.80)の逆数であるため、演算部ASによって第1輝度データD31=0.80が演算される。
第2入力データD21の最大値は、R21=G21=B21=0.60であるため、演算部ASは、第2入力データD21の伸長率を1/0.60として、データ伸長する。第2画像データD22(R22,G22,B22)は、第2入力データD21に伸長率を乗算して、(1.00,1.00,1.00)と算出される。第1輝度データD31は伸長率(1/0.60)の逆数であるため、演算部ASによって第2輝度データD32=0.60が演算される。
照明制御部ICSは、第1輝度データD31=0.80、及び第2輝度データD32=0.60を比較し、第3輝度データD33として、第1輝度データD31を選択する。データ生成部DGSは、フィードバックされた第3輝度データD33=0.80に基づいて再演算し、第2画像データD22(1.00,1.00,1.00)から、第2画像補正データD23(R23,G23,B23)=(0.75,0.75,0.75)を生成する。なお、第3輝度データD33=第1輝度データD31なので、データ生成部DGSは、第1画像補正データD13については再演算を行わず、第1画像補正データD13(R13,G13,B13)=第1画像データD12(R12,G12,B12)=(0.25,1.00,1.00)を生成する。
変換部TSは、第1RGBデータD10のRデータ、Gデータ、及びBデータに共通のデータ0.30をWデータに割り付けることで、RGBデータをRGBWデータに変換し、第1入力データD11(R11,G11,B11,W11)=(0.00,0.60,0.60,0.30)を算出する。また、変換部TSは、第2RGBデータD20のRデータ、Gデータ、及びBデータに共通のデータ0.15をWデータに割り付けることで、RGBデータをRGBWデータに変換し、第2入力データD21(R21,G21,B21,W21)=(0.00,0.75,0.00,0.15)を算出する。
第2入力データD21の最大値は、G21=0.75であるため、演算部ASは、第2入力データD21の伸長率を1/0.75として、データ伸長する。第2画像データD22(R22,G22,B22,W22)は、第2入力データD21に伸長率を乗算して、(0.00,1.00,0.00,0.20)と算出される。第1輝度データD31は伸長率(1/0.75)の逆数であるため、演算部ASによって第2輝度データD32=0.75が演算される。
照明制御部ICSは、第1輝度データD31=0.60、及び第2輝度データD32=0.75を比較し、第3輝度データD33として、第2輝度データD32を選択する。データ生成部DGSは、フィードバックされた第3輝度データD33=0.75に基づいて再演算し、第1画像データD12(0.00,1.00,1.00,0.50)から、第1画像補正データD13(R13,G13,B13,W13)=(0.00,0.80,0.80,0.40)を生成する。なお、第3輝度データD33=第2輝度データD32なので、データ生成部DGSは、第2画像補正データD23については再演算を行わず、第2画像補正データD23(R23,G23,B23,W23)=第2画像データD22(R22,G22,B22,W22)=(0.00,1.00,0.00,0.20)を生成する。
Claims (13)
- 照明装置と、
前記照明装置からの照明光を利用して画像を表示する光学変調素子と、
前記光学変調素子からの光を、第1偏光、及び、前記第1偏光とは異なる第2偏光として出射可能な偏光制御素子と、
前記偏光制御素子から出射された前記第1偏光を透過し、前記第2偏光を反射する偏光分離素子と、
前記偏光分離素子を透過した透過光を投影面の第1投影領域に投影するとともに、前記偏光分離素子で反射された反射光を前記投影面の前記第1投影領域とは異なる第2投影領域に投影する投影部と、
を備えた表示装置。 - 前記光学変調素子は、第1画像、及び、前記第1画像とは異なる第2画像を交互に表示する表示領域を備え、
前記偏光制御素子は、前記第1画像が表示されるのに同期して前記表示領域からの光を前記第1偏光として出射し、前記第2画像が表示されるのに同期して前記表示領域からの光を前記第2偏光として出射する出射領域を備えた、請求項1に記載の表示装置。 - 前記光学変調素子は、第1サブ表示領域と、前記第1サブ表示領域とは異なる第2サブ表示領域とを備え、
前記偏光制御素子は、前記第1サブ表示領域からの光を前記第1偏光として出射する第1サブ出射領域と、前記第2サブ表示領域からの光を前記第2偏光として出射する第2サブ出射領域と、を備えた、請求項1に記載の表示装置。 - 前記投影部は、凹面鏡を備えた、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の表示装置。
- 前記投影部は、前記透過光を前記第1投影領域に投影する第1凹面鏡と、前記反射光を前記第2投影領域に投影する第2凹面鏡と、を備え、
前記第1凹面鏡から前記投影面までの光路長は、前記第2凹面鏡から前記投影面までの光路長とは異なる、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の表示装置。 - さらに、前記偏光分離素子の前記透過光及び前記反射光を前記投影部の異なる位置に案内する光学系を備えた、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の表示装置。
- さらに、前記偏光分離素子と前記投影部との間に位置し、前記透過光及び前記反射光の少なくとも一方に位相差を付与する位相差板を備えた、請求項1乃至6のいずれか1項に記載の表示装置。
- 前記照明装置は、各々光源を備えた複数のサブ照明領域を備え、
前記光学変調素子は、前記サブ照明領域の各々に対向する複数のサブ表示領域を備え、
前記光源は、前記サブ表示領域に画像が表示されるのに同期して当該サブ表示領域を駆動するための画像データの階調値に応じた輝度で点灯または消灯する、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の表示装置。 - 前記偏光制御素子は、前記光学変調素子に表示された第1画像のうちの明部を第1偏光として出射するとともに暗部を第2偏光として出射し、前記光学変調素子に表示された第2画像のうちの明部を第2偏光として出射するとともに暗部を第1偏光として出射する、請求項1乃至8のいずれか1項に記載の表示装置。
- さらに、前記光学変調素子に表示される第1画像の第1画像データ及び第2画像の第2画像データに応じて前記照明装置の輝度を表す第1輝度データ及び第2輝度データを演算する演算部と、
前記演算部によって演算された前記第1輝度データ及び前記第2輝度データに基づいて前記照明装置の輝度を制御する照明制御部と、を備えた請求項1乃至9のいずれか1項に記載の表示装置。 - さらに、前記光学変調素子に表示される第1画像の第1画像データ及び第2画像の第2画像データに応じて前記照明装置の輝度を表す第1輝度データ及び第2輝度データを演算する演算部と、
前記演算部によって演算された前記第1輝度データ及び前記第2輝度データを比較して、前記照明装置を高輝度で照明させる方の輝度データに基づいて前記照明装置の輝度を制御する照明制御部と、
前記照明制御部からフィードバックされる輝度データに基づいて前記第1画像データ及び前記第2画像データを再演算して、前記第1画像データに対応した第1画像補正データ及び前記第2画像データに対応した第2画像補正データを生成するデータ生成部と、
前記データ生成部によって生成された前記第1画像補正データ及び前記第2画像補正データに基づいて前記光学変調素子を駆動する駆動部と、を備えた請求項1乃至9のいずれか1項に記載の表示装置。 - 前記演算部は、前記第1画像用の第1入力データに含まれる赤画素、緑画素、青画素のそれぞれの信号値の比率を維持してデータ伸長し、前記第1画像データに変換する、請求項10または11に記載の表示装置。
- さらに、前記第1画像用の赤画素、緑画素、青画素のそれぞれの信号値に基づいて白画素の信号値を含む第1入力データを生成する変換部を備え、
前記演算部は、前記第1入力データに含まれる各色画素の信号値の比率を維持してデータ伸長し、前記第1画像データに変換する、請求項10または11に記載の表示装置。
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