JP5127089B2 - 表示装置、投射型表示装置、光変調装置の駆動装置、及び光変調装置の駆動方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示装置、特に投射型表示装置に関するものである。また反射型表示デバイスを用いた投射型表示装置に関するものである
【0002】
【従来の技術】
従来、反射ミラーの角度をリニアに可変することにより画像の表示を行う表示デバイスとしては、TMA(Thin-film Micromirror Array)等があり、特開平11-072724号公報、特表平10-508953号公報等により知られている。
【0003】
また、時分割駆動シーケンスに従って、多階調の映像信号を2値のパルス幅変調信号に変換して、表示素子を駆動することにより、多階調表示を実現する表示装置には、DMD(Digital Micromirror Device)等があり、特開平8-214243号公報、特開平8-214244号公報等により知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のリニア駆動の場合には、各表示セルの製造ばらつきによる反射角度の違いにより、表示面内に輝度むらが生じ、表示品位を劣化させる。また、表示階調数に対応したビット数のD/A変換器が必要であるため、回路サイズが大きくなりコストが高くなるという問題があった。
【0005】
また、多階調の映像信号を2値のパルス幅変調信号に変換して、表示素子を駆動する場合には、表示デバイスの応答速度やデータの転送速度により、表示解像度が制限されるという問題があった。
【0006】
そこで、本発明は、高い階調性を維持しながら、製造ばらつきによる表示品位の劣化を改善する投射型表示装置、および光変調装置の駆動装置、および光変調装置の駆動方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る表示装置は、光変調装置を備え、該光変調装置の1フレーム期間を入力されたNビット階調を、多値表示を行う下位Mビット階調と2値表示を行う上位(N−M)ビット階調とに分割し、当該2値表示を行う上位(N−M)ビット階調を表示データの各ビットの重みに応じた(N−M)個のサブフレーム期間に割り当て、当該多値表示を行う下位Mビットを1個のサブフレーム期間に割り当て、(N−M+1)個のサブフレームに分割することによって当該入力されたNビット階調の表示データの階調を表現する表示装置であって、前記サブフレーム期間が白または黒の2値表示を行うサブフレームと多値表示を行うサブフレームにより構成され、前記多値表示を行うサブフレームは、割り当てられた時間が最小であるサブフレームであることを特徴とする。
【0008】
本発明に係る表示装置は、マイクロミラーを備えた反射型のデバイスを画像形成手段に用い、投射光学系から投射表示する表示装置であり、さらに該光変調装置の1フレーム期間を入力されたNビット階調を、多値表示を行う下位Mビット階調と2値表示を行う上位(N−M)ビット階調とに分割し、当該2値表示を行う上位(N−M)ビット階調を表示データの各ビットの重みに応じた(N−M)個のサブフレーム期間に割り当て、当該多値表示を行う下位Mビットを1個のサブフレーム期間に割り当て、(N−M+1)個のサブフレームに分割することによって当該入力されたNビット階調の表示データの階調を表現する表示装置において、前記マイクロミラーは、投射光学系への光の反射量を最大とする第1の反射角度と、投射光学系への光の反射量を零とする第2の反射角度と、前記第1の反射角度と前記第2の反射角度との間にあり、第1の光反射量と第2の光反射量との中間の光反射量を有する第3の反射角度との、少なくとも3つの反射角度によって制御され、前記サブフレーム期間は、前記第2の反射角度と前記第1の反射角度とを切り替えて表示する第1の表示期間と、前記第2の反射角度と前記第1の反射角度あるいは前記第3の反射角度とを切り替えて表示する第2の表示期間あり、前記第2の表示期間は、前記サブフレーム期間の中で、最も短い期間であることを特徴とする。
【0016】
【発明の実施の形態】
(実施例1)
以下、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明する。
【0017】
図1は、本発明の第1の実施例に基づく機能ブロックを示す。
【0018】
図1において、1はγ変換回路、2はPWM変換回路、5はD/A変換回路、6は駆動回路、7は表示デバイスであるところのTMA素子である。また、PWM変換回路2はメモリ3およびメモリインターフェース回路4より構成される。
【0019】
映像信号は、DSP(デジタル信号プロセッサ、不図示)にてコントラスト、ブライト、色変換、および画面の拡大/縮小など各種の信号処理を行った後に、γ変換回路1に入力される。ガンマ変換回路1では、入力映像信号に予め施されているガンマ特性に対してデガンマ処理を行うとともに、表示デバイス7のガンマ特性に合わせたガンマ処理が行われる。
【0020】
図2はデガンマ処理の例を示す特性例である。入力映像信号は、通常CRT表示に適した伝送ガンマ特性を有するため、これを打ち消す逆のガンマ特性(CRT応答逆ガンマ)に変換する。このため、図2から明らかなように黒側の信号成分が圧縮されて階調の劣化を生じ、擬似輪郭など、画像劣化の原因となる。
【0021】
ガンマ変換回路1では、前記伝送ガンマと表示デバイス7のガンマ特性を相殺する特性(デガンマ処理)を有するように設定される。ここで、表示デバイス7として使用するTMA素子は、文献「Thin-film Micromirror Array for Information Display Systems」Euro Display '99 in Berlin に示されるように、リニアなガンマ特性を持つため、伝送ガンマに対するデガンマ処理のみを行えばよい。
【0022】
RAMなどのルックアップテーブル(LUT)で構成されるガンマ変換回路1は、入力ビット(bit)数に対して、出力ビット数を多くすることにより階調数の劣化を生じないように工夫している。例えば、アドレス8ビット、データ10ビットのRAMを使用し、入力信号をアドレスに入力し、データを出力する。
【0023】
ガンマ変換回路1より出力された10ビットのデータは、メモリインターフェース回路4を介してメモリ3に入力される。
【0024】
そして、表示デバイスのサブフレームに応じて、フレームメモリ3から読み出され、D/A変換回路5により、多値信号に変換され、駆動回路6を経て、表示デバイス7であるTMAに表示される。
【0025】
ここで、メモリ制御回路は、次に示すように、1フレーム内のサブフレームの数に合わせて、メモリ3より所望のデータを読み出し、メモリI/F4 にて、所望のデータ列に並び変えて、D/A変換回路5へ入力する。
【0026】
以下、本発明による駆動方法の詳細について、説明する。
【0027】
まず、比較のため、従来の駆動方法について、説明する。
【0028】
図3は、8ビット(256)階調の表示データを各ビットデータに対応して、ON時間を可変して階調を表す場合を示す。表示デバイスの反射角度を2値制御し、ON時に白を表示し、OFF時に黒を表示するものとする。
【0029】
1フレーム期間をMSBからLSBまでの各ビットの重みに応じたサブフレーム期間を割り当てる。8ビットデータの場合は、8個のサブフレーム数に分割され、7ビット目(MSB)から0ビット目(LSB)まで、順に1フレーム期間の1/2、1/4、1/8、1/16、1/32、1/64、1/128、そして1/256のON時間が割り当てられる。言い換えると、割り当て時間が最小である0ビット目(LSB)のサブフレーム期間を基本タイムスロットとすると、1フレーム期間のタイムスロットは255となる。従って、1フレーム期間を16.6msec(ミリ秒)とすると、単位タイムスロットに割り当てられるON時間は16.6m/255=65μsec(マイクロ秒)となり、1フレームをRGBの各色で分割して使用するカラーシーケンシャル方式の場合は、更に1/3の21.7μsecとなる。
【0030】
従って、デバイスの応答速度によって実現可能な階調数に制限を受け、それは、基本タイムスロットに割り当てられる時間で決まる。
【0031】
図4は、本発明による駆動方法を示す図であり、図3と同じ8ビット(256)階調に相当する8個のサブフレームを用いて、10ビット(1024)階調を表示することを可能としている。ここで、上位7bit分のデータに相当する7個のサブクレームに対する駆動方法は図3と同様である。
【0032】
10ビットのデータは、まず、7個のサブフレームに対して、9ビット目(MSB)から3ビット目までを割り当て、それぞれ、順に1フレーム期間の1/2、1/4、1/8、1/16、1/32、1/64、そして1/128の期間を有し、その期間において各々白または黒の2値表示を行う。次に、2ビット目から0ビット目(LSB)までの3ビット(8)階調を最後の8番目のサブフレームに割り当て、この期間において表示デバイスの反射角度を8段階で変化させることにより8階調の表示を行う。
【0033】
以上のように、サブフレームの最小期間において、多値表示を行うことにより、デバイスの応答速度に制限されること無く、多階調の高画質表示を行うことを可能とした。
【0034】
TMA素子を用いて本発明による駆動を行うことにより、従来のリニア駆動の場合に生じた各表示セルの製造ばらつきによる表示面内の輝度むらを減少させることが可能となる。また、従来は表示階調数に応じたビット数のD/A変換器が必要であったが、本発明によれば、最小期間のサブフレームで表現する階調数に対応したビット数のD/A変換器でよいため、回路サイズが小さくなり低コストである。本実施例では、3ビットのD/A変換器を用いて1024階調の高画質表示を行うことを可能としている。
【0035】
(実施例2)
8ビット(256)の階調表示を行う場合、実施例1で述べたように1フレーム期間は8個のサブフレームに分割され、1フレーム期間16.6msec時の単位タイムスロットは65μsec、カラーシーケンシャル方式では21.7μsecである。
【0036】
この時、表示解像度をXGA(1024×768)するとデータ転送レートはそれぞれ12Gbpsと36Gbpsとなる。これをバス幅64ビットで転送するとすると、それぞれ187.5MHzと562.5MHzの転送クロックが必要となる。
【0037】
従って、実際に実現できる階調数は、デバイスのデータ転送レートによっても制限を受ける。
【0038】
図5は、本発明による第2の実施例における駆動方法を示す図である。この図では、各サブフレームを単位タイムスロット数で表現している。この例では、表現階調数を8ビット(256)とし、第3の駆動状態として第1の駆動状態である白表示時の光反射量(第1の光反射量)に対して、25%の光反射量(第3の光反射量)となるようにしている。なお、TMA素子における光反射量の制御はマイクロミラーのチルト角で行われ、そのチルト角は駆動電圧でリニアに制御される。従って、第3の駆動状態は、駆動電圧を第1の駆動状態における駆動電圧の25%とすることにより実現することができる。
【0039】
ここで、0(LSB)、1、4、および5ビットに対応するサブフレーム期間を第3の駆動状態で駆動し、2、3、6、および7ビット(MSB)に対応するサブフレーム期間を第1の駆動状態で駆動することとすると、第1の駆動状態と第3の駆動状態との光反射量の比は4:1であるので、第1の駆動状態におけるそれぞれの必要タイムスロット数は第3の駆動状態における必要タイムスロット数に比較して1/4にする事ができる。すなわち、2、3、6、および7ビット(MSB)に対応するサブフレーム期間に必要なタイムスロット数は、それぞれ、1、2、16、32となる。従って、8ビット階調表示に必要なタイムスロットの総数は102となり、第1の駆動状態と第2の駆動状態との2値制御で8ビット階調を表示する場合の1/2.5にすることができる。
【0040】
この時の単位タイムスロットに割り当てられる時間を計算すると、1フレーム期間を16.6msecとして、163μsec、カラーシーケンシャル方式の場合は、54.5μsecとなる。
【0041】
また、表示解像度をXGA(1024×768)として、データ転送レートは、それぞれ4.8Gbpsと14.5Gbpsとなる。転送クロックは、バス幅64ビットで転送するとすると、それぞれ75.4MHzと226.2MHzとなる。
【0042】
図6は、第2の実施例における別の駆動方法を示す図である。この例では、第3の駆動状態における光反射量が第1の駆動状態の1/16となるように設定している。この場合、0(LSB)から3ビットを第3の駆動状態で駆動し、4から7ビット(MSB)を第1の駆動状態で駆動すると、8ビット階調表示に必要なタイムスロットの総数は30となり、2値制御の場合の1/8.5とする事ができる。
【0043】
この時の単位タイムスロットに割り当てられる時間を計算すると、1フレーム期間を16.6msecとして、553μsec、カラーシーケンシャル方式の場合は、184μsecとなる。
【0044】
また、表示解像度をXGA(1024×768)としてデータ転送レートは、それぞれ1.4Gbpsと4.3Gbpsとなる。転送クロックは、バス幅64ビットで転送するとすると、それぞれ22.2MHzと66.7MHzとなる。
【0045】
この様に、第3の駆動状態を用いることによってデバイスに要求される応答速度を遅くすることができると共に、データ転送レートおよび転送クロック周波数を抑制することができる。
【0046】
(実施例3)
本発明の第3の実施例による投射型表示装置のシステムブロック図を図7に示す。
【0047】
図7において、51は光源、52は第1の集束レンズ、53はカラーホイール、54は第2の集束レンズ、55はTMAデバイス、56はズームレンズ、57はスクリーンであり、58は映像信号入力部、59はDSP(信号処理部)、60は駆動信号処理部である。
【0048】
光源51より照射された光は、第1の集束レンズ52により集束され、カラーフィルタホイール53に入射する。カラーホイール53はモーターにより回転し、順次RGBおよびWhiteの光を通過させる。通過した光は、第2の集束レンズ54により、TMAチップ55に照射される。また、映像信号は、映像信号入力部58より入力され、DSP59により各種の画像処理を行った後に、駆動信号処理部60に入力される。駆動信号処理部では、実施例1および2で説明したTMA55の駆動信号を発生する。
TMAチップ55は、駆動信号処理部60により駆動された画像に応じて、各画素のチルト角を制御し、第2に集束レンズ54より照射された光を前記画像データに応じて反射する。反射された画像は、ズームレンズ56を介して、スクリーン57に投射される。
【0049】
ここで、駆動処理部58は、前述のPWM変換回路2,D/A変換回路6を含む回路からなり、実施例1および2で説明した駆動を行う。
【0050】
従って、本発明の投射型表示装置により、従来のリニア駆動の場合に生じた各表示セルの製造ばらつきによる表示面内の輝度むらを減少させることが可能となる。また、従来は表示階調数に対応したビット数のD/A変換器が必要であったが、本発明によれば、最小期間のサブフレームで表現する階調数に応じたビット数のD/A変換器でよいため、回路サイズが小さくなり低コストである。
【0051】
また、デバイスに要求する応答速度を遅くすることができ、さらにデータ転送レートおよび転送クロック周波数を抑制することができる。
【0052】
また、本発明の実施例では、反射型の光変調素子を用いて説明したが、透過型の光変調素子を用いても同様に実現することが可能である。
【0053】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、
光変調装置を画像形成手段に用い、投射光学系から投射表示する表示装置であり、さらに該光変調装置の1フレーム期間における時間軸方向のON時間を変化させることによって階調を表現する表示装置において、
前記ON時間において少なくとも3つの光利用割合の状態を備え、
第2の反射角度と第1の反射角度とを切り替えて表示する第1の表示期間と、
第2の反射角度と第1の反射角度あるいは第3の反射角度とを切り替えて表示する第2の表示期間と、を備えることにより、
従来のリニア駆動の場合に生じた各表示セルの製造ばらつきによる表示面内の輝度むらを減少させることが可能となる。また、従来は表示階調数に応じたビット数のD/A変換器が必要であったが、本発明によれば、最小期間のサブフレームで表現する階調数に応じたビット数のD/A変換器でよいため、回路サイズが小さくなり低コストである。
【0054】
また、本発明の第2実施例の駆動方法を用いることによってデバイスに要求される応答速度を遅くすることができると共に、データ転送レートおよび転送クロック周波数を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による第1の実施例の機能ブロック図である。
【図2】ガンマ変換特性の説明図である。
【図3】従来の駆動方法の説明図である。
【図4】本発明による第1の実施例による駆動方法の説明図である。
【図5】本発明による第2の実施例による駆動方法の説明図である。
【図6】本発明による第2の実施例による別の駆動方法の説明図である。
【図7】本発明による第3の実施例による投射型表示装置のブロック図である。
【符号の説明】
1 ガンマ変換器
2 PWM変換回路
3 メモリ
4 メモリインターフェース回路
5 メモリ制御回路
6 D/A変換回路
7 駆動回路
8 TMAデバイス
Claims (4)
- 光変調装置を備え、該光変調装置の1フレーム期間を入力されたNビット階調を、多値表示を行う下位Mビット階調と2値表示を行う上位(N−M)ビット階調とに分割し、当該2値表示を行う上位(N−M)ビット階調を表示データの各ビットの重みに応じた(N−M)個のサブフレーム期間に割り当て、当該多値表示を行う下位Mビットを1個のサブフレーム期間に割り当て、(N−M+1)個のサブフレームに分割することによって当該入力されたNビット階調の表示データの階調を表現する表示装置であって、前記サブフレーム期間が白または黒の2値表示を行うサブフレームと多値表示を行うサブフレームにより構成され、前記多値表示を行うサブフレームは、割り当てられた時間が最小であるサブフレームであることを特徴とする表示装置。
- マイクロミラーを備えた反射型のデバイスを画像形成手段に用い、投射光学系から投射表示する表示装置であり、さらに該光変調装置の1フレーム期間を入力されたNビット階調を、多値表示を行う下位Mビット階調と2値表示を行う上位(N−M)ビット階調とに分割し、当該2値表示を行う上位(N−M)ビット階調を表示データの各ビットの重みに応じた(N−M)個のサブフレーム期間に割り当て、当該多値表示を行う下位Mビットを1個のサブフレーム期間に割り当て、(N−M+1)個のサブフレームに分割することによって当該入力されたNビット階調の表示データの階調を表現する表示装置において、前記マイクロミラーは、投射光学系への光の反射量を最大とする第1の反射角度と、投射光学系への光の反射量を零とする第2の反射角度と、前記第1の反射角度と前記第2の反射角度との間にあり、第1の光反射量と第2の光反射量との中間の光反射量を有する第3の反射角度との、少なくとも3つの反射角度によって制御され、前記サブフレーム期間は、前記第2の反射角度と前記第1の反射角度とを切り替えて表示する第1の表示期間と、前記第2の反射角度と前記第1の反射角度あるいは前記第3の反射角度とを切り替えて表示する第2の表示期間あり、前記第2の表示期間は、前記サブフレーム期間の中で、最も短い期間であることを特徴とする投射型表示装置。
- 光変調装置を画像形成手段に用い、投射光学系から投射表示する表示装置において、該光変調装置の1フレーム期間を入力されたNビット階調を、多値表示を行う下位Mビット階調と2値表示を行う上位(N−M)ビット階調とに分割し、当該2値表示を行う上位(N−M)ビット階調を表示データの各ビットの重みに応じた(N−M)個のサブフレーム期間に割り当て、当該多値表示を行う下位Mビットを1個のサブフレーム期間に割り当て、(N−M+1)個のサブフレームに分割することによって当該入力されたNビット階調の表示データの階調を表現する光変調装置の駆動方法であり、前記サブフレーム期間が白または黒の2値表示を行うサブフレームと多値表示を行うサブフレームにより構成され、前記多値表示を行うサブフレームは、割り当てられた時間が最小であるサブフレームであることを特徴とする光変調装置の駆動方法。
- マイクロミラーを備えた反射型のデバイスを画像形成手段に用い、投射光学系から投射表示する表示装置であり、さらに該光変調装置の1フレーム期間を入力されたNビット階調を、多値表示を行う下位Mビット階調と2値表示を行う上位(N−M)ビット階調とに分割し、当該2値表示を行う上位(N−M)ビット階調を表示データの各ビットの重みに応じた(N−M)個のサブフレーム期間に割り当て、当該多値表示を行う下位Mビットを1個のサブフレーム期間に割り当て、(N−M+1)個のサブフレームに分割することによって当該入力されたNビット階調の表示データの階調を表現する表示装置の駆動方法において、前記マイクロミラーは、投射光学系への光の反射量を最大とする第1の反射角度と、投射光学系への光の反射量を零とする第2の反射角度と、前記第1の反射角度と前記第2の反射角度との間にあり、第1の光反射量と第2の光反射量との中間の光反射量を有する第3の反射角度との、少なくとも3つの反射角度によって制御され、前記サブフレーム期間は、前記第2の反射角度と前記第1の反射角度とを切り替えて表示する第1の表示期間と、前記第2の反射角度と前記第1の反射角度あるいは前記第3の反射角度とを切り替えて表示する第2の表示期間あり、前記第2の表示期間は、前記サブフレーム期間の中で、最も短い期間であることを特徴とする投射型表示装置の駆動方法。
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