JP2020118780A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 スタック投影およびマルチ投影においてディスクリネーションによる画質低下を軽減したうえでフリッカーの影響を低減することが可能な画像表示装置を提供すること。【解決手段】 液晶素子を駆動する液晶駆動装置であって、連続して入力される入力フレーム画像データのそれぞれに対して第１のフレーム画像データおよび第２のフレーム画像データを生成する画像データ生成手段と、前記第１のフレーム画像データおよび前記第２のフレーム画像データのそれぞれに基づいて、順次、１フレーム期間に含まれる複数のサブフレーム期間のそれぞれにおいて前記液晶素子の画素に対する第１の電圧の印加と該第１の電圧よりも低い第２の電圧の印加を制御することで該画素に階調を形成させる駆動手段と、を有し、前記第１のフレーム画像データおよび前記第２のフレーム画像データに対して、前記第１の電圧と前期第２の電圧の割り当て方を切り替えられることを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、パルス幅変調（ＰＷＭ）で階調表示を行う液晶表示素子の表示装置および駆動方法に関する。また、その表示装置および駆動手段を用いて液晶表示素子からの光をスクリーン等に投影する画像表示装置に関する。

従来、画像変調手段として２次元画素光学スイッチとして液晶表示素子を用いた表示装置が有り、例えば透明電極を有する第１の透明基板と、画素を形成する透明電極及び配線、スイッチング素子等を有する第２の透明基板との間に誘電異方性が正のネマチック液晶を封入し、液晶分子長軸を２枚のガラス基板間で連続的に９０°ねじった、いわゆるＴＮ(Twisted Nematic)液晶表示素子が用いられている。

また、このような透過型の液晶表示素子の他に、透明電極を有する透明基板と、２次元光学スイッチとして一方の基板に反射鏡と配線、スイッチング素子等有する回路基板との間に誘電異方性が正のネマチック液晶を封入し、液晶分子長軸を２枚の基板間に対してほぼ垂直にモメオトロピック配向させた、いわゆるＶＡＮ（Vertical Alignment Nematic）液晶型の反射型液晶表示素子を用いているものもある。

いずれの液晶表示素子も、液晶層に電圧を印加することで液晶分子のダイレクタ方向を制御して光の偏光状態を変えて表示する明るさを制御している。

一般的に、液晶表示素子を駆動する手段は、液晶層に印加する電圧を変化させることで明るさを制御するアナログ駆動と、液晶層に印加する電圧を２値化して電圧印加時間を変化させることで明るさを制御するデジタル駆動が存在する。

デジタル駆動方式として、１フレームを時間軸上で複数のサブフレームに分割して各サブフレームにおいて各画素を階調に応じてオン電圧又はオフ電圧を印加するサブフレーム駆動方式が提案されている。

ここで、一般的なサブフレーム駆動方式の説明をする。図９は１フレーム期間の中で複数のサブフレームに分割された各ビットを表現している。数値は１フレーム期間の中で分割された時間の重みを示し、例として、６４階調を表現したものになる。１フレーム内で各ビットの重みがバイナリで表現されており、図１０は階調データを示す。縦軸が階調で横軸が１フレームの時間を示す。

このとき、隣接した画素において近い階調で白黒の位相が反転するようなケースでは、例えば、階調３２と階調３３が隣接した画素で表示されている場合、１フレーム内で最初のビットの時間の重み１＋２＋４＋８＋１６の期間において、階調３２は白を表示して、階調３３は黒を表示している。更に、ビットの時間の重み３２の期間において階調３２は黒を表示して、階調３３は白を表示している。このように、隣接した画素が同じ時間に黒と白の異なる位相で表示された場合、液晶分子に横電界によるディスクリネーションが発生し、白表示の画素の明るさが低下してしまう問題がある。

この隣接した階調におけるディスクリネーションを抑制する為に、下記の公知例が提案されている。特許文献１には、連続して入力される入力フレームに対して第１のフレーム画像データおよび第２のフレーム画像データを生成し、前記第１のフレームおよび第２のフレームには、第１の電圧の印加または、第２の電圧の印加を制御することにより、前記第１のフレームおよび第２のフレームの画像データのたがいに対応する画素位置の画像データの階調を異ならせ、発生するディスクリネーションを位置をずらすことが可能となり、ディスクリネーションによる画質の低下を軽減が可能となる提案がなされている。

特開２０１７−５３９４５号公報

しかしながら、上記の特許文献１に開示された従来技術では、前記電圧の印加の制御によって階調差が発生し、前記階調差が大きければ大きいほど、画像データのちらつきであるフリッカーが発生してしまう。それは、複数の液晶プロジェクタからスクリーンへ同一の画像を複数重ねて投影するスタック投影においても同様であり、さらにひとつの画像を複数の液晶プロジェクタから投影し、大きな一つの画像となるように投影するマルチ投影においても組み合わせによってフリッカーの強度が増す。

そこで、本発明は、投影状況に応じてディスクリネーションによる画質低下を軽減したうえで、フリッカーの影響を低減することが可能な画像表示装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る画像表示装置は、
液晶素子を駆動する液晶駆動装置であって、連続して入力される入力フレーム画像データのそれぞれに対して第１のフレーム画像データおよび第２のフレーム画像データを生成する画像データ生成手段と、前記第１のフレーム画像データおよび前記第２のフレーム画像データのそれぞれに基づいて、順次、１フレーム期間に含まれる複数のサブフレーム期間のそれぞれにおいて前記液晶素子の画素に対する第１の電圧の印加と該第１の電圧よりも低い第２の電圧の印加を制御することで該画素に階調を形成させる駆動手段と、を有し、前記第１のフレーム画像データおよび前記第２のフレーム画像データに対して、前記第１の電圧と前期第２の電圧の割り当て方を切り替えられることを特徴とする。

本発明によれば、スタック投影およびマルチ投影においてディスクリネーションによる画質低下を軽減したうえでフリッカーの影響を低減することが可能な画像表示装置の提供を実現できる。

本発明の実施例１である液晶プロジェクタ１００の構成を示す図 本発明におけるの電圧制御方法を示す図 本発明における電圧制御の組み合わせ例１を示す図 本発明における電圧制御の組み合わせ例２を示す図 本発明における電圧制御の組み合わせ例１でのスタック投影を示す図 本発明における電圧制御の組み合わせ例２でのスタック投影を示す図 本発明における電圧制御の組み合わせ例２でのマルチ投影を示す図 本発明における電圧制御の組み合わせ例１でのマルチ投影を示す図 従来例の複数のサブフレームに分割された各ビットを表す図 従来例の階調データを表す図

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の実施の一形態にかかる液晶プロジェクタの構成図である。

図１を用いて本発明の第１実施例としての液晶プロジェクタ１００の構成について説明する。

本実施例の液晶プロジェクタ１００は、ＣＰＵ１１０、ＲＯＭ１１１、ＲＡＭ１１２、操作部１１３、画像入力部１３０、画像処理部１４０を有する。また、液晶プロジェクタ１００は、さらに、液晶制御部１５０、液晶素子１５１Ｒ、１５１Ｇ、１５１Ｂ、光源制御部１６０、光源１６１、色分離部１６２、色合成部１６３、光学系制御部１７０、投影光学系１７１を有する。

ＣＰＵ１１０は、液晶プロジェクタ１００の各動作ブロックを制御するものあり、ＲＯＭ１１１は、ＣＵＰ１１０の処理手順を記述した制御プログラムを記憶するためのものであり、ＲＡＭ１１２は、ワークメモリとして一時的に制御プログラムやデータを格納するものである。

また、操作部１１３は、ユーザの指示を受け付け、ＣＰＵ１１０に指示信号を送信するものであり、例えば、スイッチやダイヤル、表示部１９６上に設けられたタッチパネルなどからなる。また、操作部１１３は、例えば、リモコンからの信号を受信する信号受信部（赤外線受信部など）で、受信した信号に基づいて所定の指示信号をＣＰＵ１１０に送信するものであってもよい。また、ＣＰＵ１１０は、操作部１１３や、通信部１９３から入力された制御信号を受信して、液晶プロジェクタ１００の各動作ブロックを制御する。

画像処理部１４０は、映像入力部１３０から受信した映像信号にフレーム数、画素数、画像形状などの変更処理を施して、液晶制御部１５０に送信するものであり、例えば画像処理用のマイクロプロセッサからなる。また、画像処理部１４０は、専用のマイクロプロセッサである必要はなく、例えば、ＲＯＭ１１１に記憶されたプログラムによって、ＣＰＵ１１０が画像処理部１４０と同様の処理を実行しても良い。画像処理部１４０は、フレーム間引き処理、フレーム補間処理、解像度変換（スケーリング）処理、歪み補正処理（キーストン補正処理）といった機能を実行することが可能である。また、画像処理部１４０は、映像入力部１３０から受信した映像信号以外にも、ＣＰＵ１１０によって再生された画像や映像に対して前述の変更処理を施すこともできる。

液晶制御部１５０は、画像処理部１４０で処理の施された映像信号に基づいて、液晶素子１５１Ｒ、１５１Ｇ、１５１Ｂの画素の液晶に印可する電圧を制御して、液晶素子１５１Ｒ、１５１Ｇ、１５１Ｂの反射率若しくは透過率を調整する。

液晶素子１５１Ｒは、赤色に対応する液晶素子であって、光源１６１から出力された光のうち、色分離部１６２で赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）に分離された光のうち、赤色の光の透過率を調整するためのものである。液晶素子１５１Ｇは、緑色に対応する液晶素子であって、光源１６１から出力された光のうち、色分離部１６２で赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）に分離された光のうち、緑色の光の透過率を調整するためのものである。液晶素子１５１Ｂは、青色に対応する液晶素子であって、光源１６１から出力された光のうち、色分離部１６２で赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）に分離された光のうち、青色の光の透過率を調整するためのものである。

光源制御部１６０は、光源１６１のオン／オフを制御や明るさの制御をするものであり、制御用のマイクロプロセッサからなる。また、光源制御部１６０は、専用のマイクロプロセッサである必要はなく、例えば、ＲＯＭ１１１に記憶されたプログラムによって、ＣＰＵ１１０が光源制御部１６０と同様の処理を実行しても良い。また、光源１６１は、不図示のスクリーンに画像を投影するための光を出力するものであり、例えば、レーザー、ＬＥＤハロゲンランプ、キセノンランプ、高圧水銀ランプなどであっても良い。また、色分離部１６２は、光源１６１から出力された光を、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）に分離するものであり、例えば、ダイクロイックミラーやプリズムなどからなる。なお、光源１６１として、各色に対応するレーザーや、ＬＥＤ等を使用する場合には、色分離部１６２は不要である。また、色合成部１６３は、液晶素子１５１Ｒ、１５１Ｇ、１５１Ｂを透過した赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の光を合成するものであり、例えば、ダイクロイックミラーやプリズムなどからなる。そして、色合成部１６３により赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の成分を合成した光は、投影光学系１７１に送られる。このとき、液晶素子１５１Ｒ、１５１Ｇ、１５１Ｂは、画像処理部１４０から入力された画像に対応する光の透過率となるように、液晶制御部１５０により制御されている。そのため、色合成部１６３により合成された光は、投影光学系１７１によりスクリーンに投影されると、画像処理部１４０により入力された画像に対応する画像がスクリーン上に表示されることになる。

光学系制御部１７０は、投影光学系１７１を制御するものであり、制御用のマイクロプロセッサからなる。また、光学系制御部１７０は、専用のマイクロプロセッサである必要はなく、例えば、ＲＯＭ１１１に記憶されたプログラムによって、ＣＰＵ１１０が光学系制御部１７０と同様の処理を実行しても良い。また、投影光学系１７１は、色合成部１６３から出力された合成光をスクリーンに投影するためのものであり、複数のレンズ、レンズ駆動用のアクチュエータからなり、レンズをアクチュエータにより駆動することで、投影画像の拡大、縮小、焦点調整などを行うことができる。

通信部１９３は、外部機器からの制御信号や静止画データ、動画データなどを受信するためのものであり、例えば、無線ＬＡＮ、有線ＬＡＮ、ＵＳＢ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などであってよく、通信方式を特に限定するものではない。また、画像入力部１３０の端子が、例えばＨＤＭＩ（登録商標）端子であれば、その端子を介してＣＥＣ通信を行うものであっても良い。ここで、外部装置は、液晶プロジェクタ１００と通信を行うことができるものであれば、パーソナルコンピュータ、カメラ、携帯電話、スマートフォン、ハードディスクレコーダ、ゲーム機、リモコンなど、どのようなものであってもよい。

なお、本実施例の画像処理部１４０、液晶制御部１５０、光源制御部１６０、光学系制御部１７０、これらの各ブロックと同様の処理を行うことのできる単数または複数のマイクロプロセッサあっても良い。または、例えば、ＲＯＭ１１１に記憶されたプログラムによって、ＣＰＵ１１０が各ブロックと同様の処理を実行しても良い。

次に図２を用いて本発明の第１実施例における第１フレーム及び第２フレームにおける第１の電圧の印加および第２の電圧の印加の制御方法について説明する。

図２の（ａ）は第１フレームに第１の電圧の印加を第２フレームに第２の電圧の印加を行う方法を示し、図２の（ｂ）は第１フレームに第２の電圧の印加を第２フレームに第１の電圧の印加を行う方法を示している。

本実施例では、第１の電圧の印加と該第１の電圧よりも低い第２の電圧の印加は、第１の電圧に対してゲイン処理をかけることで実現している。第２電圧の実現方法はゲイン処理に限らず、オフセットなど第１の電圧に対して該第１の電圧よりも低い電圧を実現できれば手段は問わない。もちろん対応画素の階調地に従ってゲイン値を変動させても構わないし、ゲインおよびオフセットの両方を使用しても構わない。

図２の（ａ）では、１ｓｔフレームに対しては、画像データに対して１００％のゲインをかけた画像データで駆動する。１００％のゲインをかけることで画像データそのままで液晶駆動を行う。それに対して２ｎｄフレームでは画像データに９０％のゲインをかけて液晶駆動を行う。即ち画像データが諧調４８の場合、１ｓｔフレーム画像データ諧調４８で駆動する事となる。次に２ｎｄフレームでは、諧調４８に対しての９０％の諧調データ４３（データは四捨五入）となる。

図２の（ｂ）では、１ｓｔフレームに対しては、画像データに対して９０％のゲインをかけた画像データで駆動する。それに対して２ｎｄフレームでは画像データに１００％のゲインをかけて液晶駆動を行う。即ち画像データが諧調４８の場合、１ｓｔフレーム画像データ諧調４８で駆動する事となる。次に２ｎｄフレームでは、諧調４８に対しての９０％の諧調データ４３（データは四捨五入）となる。

次に図３および図４を用いて本発明の第１実施例におけるスタック投影時のそれぞれの液晶プロジェクタに対する第１フレーム及び第２フレームにおける第１の電圧の印加および第２の電圧の印加の制御方法について説明する。

図３では、２台でスタック投影を行う際の第１フレーム及び第２フレームにおける第１の電圧の印加および第２の電圧の印加の組み合わせを示している。プロジェクタＡとプロジェクタＢはＮフレームの１ｓｔフレームに１００％のゲインをかけ、２ｎｄフレームに９０％のゲインをかけていることを示している。この場合図５に示すように、プロジェクタＡのＮフレーム目の１ｓｔフレームの明るさとプロジェクタＢのＮフレーム目の１ｓｔフレームの明るさの合算と、プロジェクタＡのＮフレーム目の２ｎｓフレームの明るさとプロジェクタＢのＮフレーム目の２ｎｄフレームの明るさの合算が異なり、Ｎフレーム目の１ｓｔフレームと２ｎｄフレーム、Ｎ＋１フレーム目の１ｓｔフレームと２ｎｄフレームで明るさが明暗し、フリッカーが視認できてしまう。

図４では、本発明の第１実施例における２台でスタック投影を行う際の第１フレーム及び第２フレームにおける第１の電圧の印加および第２の電圧の印加の組み合わせを示している。プロジェクタＡでは、Ｎフレームの１ｓｔフレームに１００％のゲインをかけ、２ｎｄフレームに９０％のゲインをかけており、プロジェクタＢはＮフレームの１ｓｔフレームに９０％のゲインをかけ、２ｎｄフレームに１００％のゲインをかけていることを示している。このように、第１の電圧と第２の電圧を適用するフレームを切り替えることで、プロジェクタＡのＮフレーム目の１ｓｔフレームの明るさとプロジェクタＢのＮフレーム目の１ｓｔフレームの明るさの合算と、プロジェクタＡのＮフレーム目の２ｎｓフレームの明るさとプロジェクタＢのＮフレーム目の２ｎｄフレームの明るさの合算が同じになり、この場合図６に示すように、Ｎフレーム目の１ｓｔフレーム、２ｎｄフレーム、Ｎ＋１フレーム目の１ｓｔフレームと２ｎｄフレームで明るさが一定に近づき、フリッカーを低減することが可能となる。

ただし、第１の電圧の印加および第２の電圧の印加の制御を、動画視認性を目的とした場合、図４に示した電圧制御を行うと、動画視認性の効果が低減してしまうため、動画視認性を優先とする場合には、図３に示した電圧制御を行ってもよい。

さらに、第１フレーム及び第２フレームにおける第１の電圧の印加および第２の電圧の印加の制御方法について説明したが、操作部１１３をユーザが操作することにより、電圧制御方法を切り替えてもいいし、通信部１９３に接続したカメラなどを用いて液晶プロジェクタの投写状況を判断して自動もしくは選択により切り替えてもよい。また、通信部１９３に限らず、液晶プロジェクタにカメラ、センサーを内蔵し、内臓されたカメラ、センサーによって投写状況を判断し、自動もしくは選択により切り替えてもよい。この時、液晶プロジェクタの台数が偶数、奇数にかかわらず、第１フレーム及び第２フレームにおける第１の電圧の印加および第２の電圧の印加の制御方法はそれぞれの液晶プロジェクタにおいて互い違いに設定してもよいし、全体のフリッカーが最小となるように制御してもよい。また、液晶プロジェクタが動画視認性を優先とするモードを持ち、前記モードに設定されている場合は、前記の通り、１ｓｔフレームと２ｎｄフレームに対する第１の電圧の印加および第２の電圧を同期させる設定を優先させてもよい。

このように、スタック投影時には、１ｓｔフレームと２ｎｄフレームにおいて第１の電圧の印加と第２の電圧の印加を互い違いに設定することで、スタック投影においてディスクリネーションによる画質低下を軽減したうえでフリッカーの影響を低減することが可能な画像表示装置を提供することが可能となる。

図３および図４を用いて本発明の第２実施例におけるマルチ投影時のそれぞれの液晶プロジェクタに対する第１フレーム及び第２フレームにおける第１の電圧の印加および第２の電圧の印加の制御方法について説明する。

マルチ投影時に図４のように電圧制御を行った場合、図７に示すように、プロジェクタＡのＮフレーム目の１ｓｔフレームの明るさ、Ｎフレーム目の２ｎｓフレームの明るさ、Ｎ＋１フレーム目の１ｓｔフレームの明るさ、Ｎ＋２フレーム目の２ｎｓフレームの明るさが交互に明暗し、さらに、Ｎフレーム目の１ｓｔフレームでプロジェクタＡとプロジェクタＢが互いに明暗となり、Ｎフレーム目の２ｎｄフレームではプロジェクタＡとプロジェクタＢで明暗が逆となり、Ｎ＋１フレーム目の１ｓｔフレームで再度プロジェクタＡとプロジェクタＢで明暗が逆となる。これにより、フリッカーが視認できてしまう。

そこで、図３のように電圧制御を行った場合、図８に示すように、プロジェクタＡのＮフレーム目の１ｓｔフレームの明るさ、Ｎフレーム目の２ｎｓフレームの明るさ、Ｎ＋１フレーム目の１ｓｔフレームの明るさ、Ｎ＋２フレーム目の２ｎｓフレームの明るさが交互に明暗することにはなるが、Ｎフレーム目の１ｓｔフレームでプロジェクタＡとプロジェクタＢで明るさがそろい、Ｎフレーム目の２ｎｄフレームではプロジェクタＡとプロジェクタＢでも明るさがそろい、さらにＮ＋１フレーム目の１ｓｔフレームで再度プロジェクタＡとプロジェクタＢでも明るさがそろう。これにより、図４で示した電圧制御に比べ、フリッカーを低減することができる。

これら制御装置決定方法によってマルチ投影においてディスクリネーションによる画質低下を軽減したうえでフリッカーの影響を低減することが可能な画像表示装置を提供することが可能となる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１００ 液晶プロジェクタ、１１０ ＣＰＵ、１３０ 画像入力部、
１４０ 画像処理部、１４１ 前処理部、１４２ メモリ制御部、
１４３ 画像メモリ、１４５ 階調変換部、１４６ 後処理部、
１５０ 液晶制御部、１５１Ｒ，１５１Ｇ，１５１Ｂ 液晶素子、
１６０ 光源制御部、１６１ 光源、１９９ レジスタバス

Claims (4)

1. 液晶素子を駆動する液晶駆動装置であって、連続して入力される入力フレーム画像データのそれぞれに対して第１のフレーム画像データおよび第２のフレーム画像データを生成する画像データ生成手段と、前記第１のフレーム画像データおよび前記第２のフレーム画像データのそれぞれに基づいて、順次、１フレーム期間に含まれる複数のサブフレーム期間のそれぞれにおいて前記液晶素子の画素に対する第１の電圧の印加と該第１の電圧よりも低い第２の電圧の印加を制御することで該画素に階調を形成させる駆動手段と、を有し、前記第１のフレーム画像データおよび前記第２のフレーム画像データに対して、前記第１の電圧と前記第２の電圧の割り当て方を切り替えられることを特徴とする画像表示装置。
2. 複数台の装置を用いて単一の表示領域へ表示を行う際に、前記割り当て方を反転させることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 複数台の装置を用いて複数の表示領域へ表示を行う際に、前記割り当て方を統一させることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
4. 動画視認性を向上させる駆動状態を有し、前記駆動状態の際に前期割り当て方を統一させることを特徴とする請求項２に記載の画像表示装置。