JP5127089B2

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

Info

Publication number: JP5127089B2
Application number: JP2000316478A
Authority: JP
Inventors: 幸彦坂下; 朗弘大内
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-10-17
Filing date: 2000-10-17
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2020-10-17
Also published as: US6719427B2; US20020044262A1; JP2002123221A

Description

【０００１】
【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
２ＰＷＭ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
６Ｄ／Ａ変換回路
７駆動回路
８ＴＭＡデバイス

Claims

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。