JP5130633B2 - 画像表示デバイスおよび画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の画素によって構成される画素群によって画像を表示する画像表示デバイスおよび画像表示装置に関する。

複数の画像表示デバイスを用いて映像表示を行う例えば投射型映像表示装置には、３板式と呼ばれる画像表示デバイスを３つ使用する方式がある。これは、光を赤、緑、青の３色に分離し、それぞれの色毎に画像表示デバイスによって輝度を変化させ、その後プリズムなどの光学ブロックなどで合成して所望の映像を得るという方法である。

この方法による利点としては、赤、緑、青の色毎に画像表示デバイスを用意するため、色再現性が優れていて、明るいということが挙げられる。一方、欠点として、表示デバイスが３つ必要であるという点から回路が複雑であることと各色の表示デバイスの位置合わせが必要であることが挙げられる。

ここで、画像表示デバイスの位置合わせは、赤色で構成された映像、緑色で構成された映像、青色で表示される映像を重ね合わせて表示させるために必要で、その位置合わせ精度は１画素程度に精密に合わせることが必要である。この位置合わせが精度よく行われないと色ずれした映像を表示することになり、高画質の映像表示を実現することができない。

画像表示デバイスの１画素は非常に小さく、小さいものは数μｍ程度しかないため画像表示デバイスの位置を合わせるのは非常に難しく、特に投射型液晶表示装置に使用する液晶表示デバイスの画素サイズは縮小傾向にあるため、位置合わせは今後ますます難しくなると考えられる。また、取り付け時は精度が良かったとしても、時間がたつと取り付け位置が微妙にずれてしまうこともある。

以上のようにデバイスの位置合わせには、プリズムなどの光学ブロックへ１画素以内のズレで接着する精度と、表示デバイスの取り付け位置が経年変化しないような取り付け構造が必要とされる。ここで、従来の投射型映像表示装置における画像表示デバイスの位置合わせ構造として、特許文献１が開示されている。

特開平８−１８４９２８号公報

しかし、実際には画像表示デバイスを精度良くプリズムに取り付けることは非常に難しく、また、取り付けたあとに表示デバイスの位置ズレが生じてしまうこともあり、歩留まりの向上が難しい状況となっている。特に、取り付け後の位置ずれに関しては、いったん固定した後は修正ができないため、位置ズレはそのまま製品不良となってしまう。このような課題に対し、従来の技術では、予め信号を入れ替えるなど信号処理系での対応をとっていたが、表示位置で必要となる駆動ドライバ間での信号のやり取りや、一番外側の表示画素用にも余分に駆動ドライバが必要になるなど、回路的にもコスト的にも負担が大きくなるという問題が生じる。

本発明はこのような課題を解決するために為されたものである。すなわち、本発明は、複数の画素が配列された画素群と、画素群の各画素に対して画像信号を供給するドライバ回路と、ドライバ回路から画素群の各画素に対して画像信号を伝送するバスラインについての回路切り替えによって画像信号の供給先を画素ピッチ単位でずらすスイッチ回路とを備える画像表示デバイスである。

また、本発明は、複数の画像表示デバイスによる画像を重ね合わせて一つの画像を構成する画像表示装置において、画像表示デバイスが、複数の画素が配列された画素群と、画素群の各画素に対して画像信号を供給するドライバ回路と、ドライバ回路から画素群の各画素に対して画像信号を伝送するバスラインについての回路切り替えによって画像信号の供給先を画素ピッチ単位でずらすスイッチ回路とを備えるものである。

ここで、画像表示デバイスとしては、反射型液晶表示デバイス、透過型液晶表示デバイス、有機ＥＬ表示デバイス、プラズマ表示デバイス、デジタルマイクロミラーデバイスといった画素毎に信号を与えることで表示を行うデバイスであり、画像表示装置としては、複数の画像表示デバイスの画像を重ね合わせて一つの画像を構成する投影型表示装置などの表示装置である。

このような本発明では、画素群の各画素に対して画像信号を伝送するバスラインについて、画像信号の供給先を画素ピッチ単位でずらすスイッチ回路を用いていることから、ドライバ回路による特別な信号操作によることなく、簡単な回路構成のみで表示画像の位置を画素ピッチ単位でずらすことができるようになる。

したがって、本発明によれば、信号処理系に頼ることなく、映像表示の位置を簡単に変更することが可能となる。これにより、従来必要となっていた駆動ドライバ間での信号のやり取りや、一番外側の駆動用ドライバなどが不要になり工数削減やコスト低減が可能になる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。図１は、本実施形態に係る画像表示デバイスの一例である液晶表示装置を説明する模式平面図である。すなわち、この液晶表示装置１は、反射型液晶デバイスであり、所定の隙間を介して重ね合わされ、その隙間に液晶を封入する一対の基板と、液晶の封入領域に設けられる複数の画素１４と、複数の画素１４を駆動するドライバ回路（信号入力部１１、走査部１２）と、信号入力部１１から各画素列へ画像信号を供給するデータバス１３とを備えた構成となっている。

図１は模式平面図であるため、一対の基板のうち駆動側基板１０が示されている。反射型液晶デバイスでは、駆動側基板１０としてシリコン等の半導体基板（半導体膜を形成した基板を含む。）を用い、この基板に半導体プロセス技術によって液晶駆動用のスイッチング素子と、そのスイッチング素子から液晶に電圧を印加する反射電極とがマトリクス状に形成される。この反射電極の形成範囲が液晶による映像の表示領域Ｓ１となる。また、駆動側基板１０の表示領域Ｓ１の周辺には、スイッチング素子を駆動する走査部１２や信号入力部１１も形成されている。なお、ドライバ回路は外部に設けてフレキシブルケーブル等によって信号のみを入力する形態であってもよい。

駆動側基板１０に対向する基板としてはガラス基板が用いられる。このガラス基板には一様に透明電極が形成されており、駆動側基板１０の反射電極に対する対向電極として用いられる。これら駆動側基板１０とガラス基板とが一対の基板として図示しないシール剤を介して貼り合わされ、シール剤の厚さによって構成される基板間ギャップに液晶が封入されることになる。

本実施形態に係る画像表示デバイスである液晶表示装置１は、デバイス内に配置されているデータ線２０への信号線接続を切り替えるスイッチ回路１５が設けられており、このスイッチ回路１５によって信号を流す位置を変え、本来の位置から画素ピッチ単位で表示位置の変更が可能となっている。

図２は、液晶表示装置内のデータ線の構造を示す模式図である。なお、ここでは説明を分かりやすくするため、図中横方向に沿った３画素分の配線について示すが、実際には全ての画素１４についてデータ線２０が接続されることになる。

図２（ａ）はスイッチ回路による通常接続の状態を示している。データ線２０は、画素１４の列（図中縦方向）毎に１本設けられており、スイッチ回路１５の出力側に接続されるデータバス１３から信号が供給される。一方、スイッチ回路１５の入力側は信号入力部１１（図１参照）から出力される信号線（データ線１３の本数と同じ）１６ａ〜１６ｃと２本の端部配線１７ａ、１７ｂとが入力されている。信号線１６の並びは画素１４の並びと対応しており、画素１４ａの列には信号線１６ａ、画素１４ｂの列には信号線１６ｂ、画素１４ｃの列には信号線１６ｃが対応している。

スイッチ回路１５が通常接続の状態では、信号入力部１１（図１参照）から出力される信号線１６とデータバス１３の各線とが各々対応して接続されるようになっている。これにより、画素１４ａの列には信号線１６ａからの信号が入力され、画素１４ｂの列には信号線１６ｂからの信号が入力され、画素１４ｃの列には信号線１６ｃからの信号が入力される。この状態では画像表示のシフトは行われない。

一方、図２（ｂ）はスイッチ回路による切り替え接続の状態を示している。すなわち、スイッチ回路１５に外部から表示位置切替信号が入力されると、スイッチ回路１５は通常接続の状態から、データバス１３の各線の接続を隣接する信号線１６にシフトさせる切り替えを行う。図２（ｂ）に示す例では、スイッチ回路１５による接続を左隣りの信号線１６に切り替えている。

この切り替え接続によって、画素１４ａの列は端部配線１７ａ、画素１４ｂの列は信号線１６ａ、画素１４ｃの列は信号線１６ｂが接続される状態となる。これにより、画素１４ａの列には端部配線１７ａからの信号が入力され、画素１４ｂの列には信号線１６ａからの信号が入力され、画素１４ｃの列には信号線１６ｂからの信号が入力される。つまり、図２（ａ）に示す通常接続の状態に対して、本来左隣りの画素列に送られるべき信号が１画素ピッチ分右側にずれて送られるようになり、画像表示が１画素ピッチ分右側へシフトする状態となる。

また、図示しないが、スイッチ回路１５を通常接続の状態から右隣りの信号線に切り替えるようにすれば、画素１４ａの列は信号線１６ｂ、画素１４ｂの列は信号線１６ｃ、画素１４ｃの列は端部配線１７ｂが接続される状態となり、これによって、画素１４ａの列には信号線１６ｂからの信号が入力され、画素１４ｂの列には信号線１６ｃからの信号が入力され、画素１４ｃの列には端部配線１７ｂからの信号が入力される。つまり、図２（ａ）に示す通常接続の状態に対して、本来右隣りの画素列に送られるべき信号が１画素ピッチ分左側にずれて送られるようになり、画像表示が１画素ピッチ分左側へシフトする状態となる。

なお、端部配線１７ａ、１７ｂは一定の電圧が印加もしくは接地されており、これと接続された画素１４には画像表示が行われない状態となる。また、画素１４の列数としては、画像表示をシフトした際にシフトした側の端部の画像も表示できるよう規定の画素列数より少なくともシフトする列数分は多く設けておくようにする。

図２に示すスイッチ回路１５では、通常接続の状態に対して左右１画素ピッチ分の切り替えを行うことができる構成であるが、さらに多くの切り替えが可能な構成にすれば複数画素ピッチ分の切り替えを行うこともできるようになる。

また、図３は、他のスイッチ回路の例を示す模式図である。なお、ここでも説明を分かりやすくするため、図中横方向に沿った３画素分の配線について示すが、実際には全ての画素についてデータ線が接続されることになる。

図３に示すスイッチ回路の例は、画素１４につながる全てのデータ線２０としてスイッチ回路１５によって１本で３本のデータバスとの接続が可能となっており、外部からの表示位置切替信号の入力によって３本のうち、どの信号を使用するか選択できる構造になっている。

すなわち、信号入力部１１から出力される配線として、画素１４の列に対応した信号線１６ａ〜１６ｃと、２本の端部配線１７ａ、１７ｂとがデータバス１３に接続されており、一つの画素１４の列について対応する信号線を中心とした左右の信号線もしくは端部配線の合計３本のうち１本をスイッチ回路１５によって選択できる構成となっている。スイッチ回路１５はスイッチ制御部１８からの表示位置切替信号によって制御される。

先ず、図３（ａ）に示すように、通常接続の状態ではスイッチ回路１５はセンターの信号線を選択・使用し、画素１４にデータを送り込んでいる。これにより、画素１４ａの列には信号線１６ａからの信号が入力され、画素１４ｂの列には信号線１６ｂからの信号が入力され、画素１４ｃの列には信号線１６ｃからの信号が入力される。この状態では画像表示のシフトは行われない。

次に、外部よりあるタイミングで画像の表示位置を左に切り替える信号(表示位置切替信号)をスイッチ回路１５に入力すると、図３（ｂ）に示すように全てのデータ線のスイッチが切り替わり、本来右側のデータ線に供給されていた信号が供給されるようになる。つまり、画素１４ａの列には信号線１６ｂからの信号が入力され、画素１４ｂの列には信号線１６ｃからの信号が入力され、画素１４ｃの列には端部配線１７ｂからの信号が入力される。この結果、画像の表示位置が１画素ピッチ分左側にシフトすることになる。

また、外部より画像の表示位置を右に切り替える信号(表示位置切替信号)を入力すると、図示しないが先とは反対にスイッチ回路１５が切り替わり、本来左側のデータ線に供給されていた信号が画素１４に供給されるようになる。つまり、画素１４ａの列には端部配線１７ａからの信号が入力され、画素１４ｂの列には信号線１６ａからの信号が入力され、画素１４ｃの列には信号線１６ｂからの信号が入力される。この結果、画像の表示位置が１画素ピッチ分右側にシフトすることになる。

このように、本実施形態に係る画像表示デバイスによれば、複雑なドライバ回路の追加や大幅な変更を伴うことなく簡単なスイッチ回路１５と配線だけで画像の表示位置をシフトできる構成を実現でき、画像表示デバイスの取り付け位置のずれ分を画像のシフト表示で簡単に修正することが可能となる。

なお、上記実施形態では、いずれも画素１４の横方向に沿った画像シフトの例について説明したが、画素１４の縦方向に沿った画像シフトを同様なスイッチ回路の切り替えによって行ってもよい。また、画像の縦方向もしくは横方向のいずれか一方について上記スイッチ回路によるシフトを行い、いずれか他方についてはドライバ回路からの信号供給のタイミング調整によって行うようにしてもよい。

ここで、具体的な画像表示デバイスのレジ合わせについて説明する。図４は、レジ合わせの方法を説明する模式図である。この例では、光学系の一部であるビームスプリッタ１０４に対する液晶表示装置１の位置決めを行っている状態を示している。液晶表示装置１をビームスプリッタ１０４の基準位置に取り付けるには、液晶表示装置１０に所定の基準画像信号を与え、基準画像を表示させる。

この状態でランプ光源１０１から液晶表示装置１に光を入射すると、基準画像（ここではマークの映像２２’）が投射レンズ１０７を介して拡大投影される。この投影されるマークの映像２２’を基準として液晶表示装置１の位置を調整し、ビームスプリッタ１０４に取り付けることになる。

ここで、液晶表示装置１をビームスプリッタ１０４に固定すると、固定の際のわずかな位置ずれが発生する可能性がある。この位置ずれに起因する画像表示位置のずれを補正するため、先に説明したスイッチ回路への表示位置切替信号によって画像の表示位置をシフトさせることになる。

なお、３板式の液晶プロジェクタではＲ，Ｇ，Ｂ３色に応じて液晶表示装置のレジ合わせを行うことになるが、この場合には図４に示す調整のための構成が３枚分となっており、３枚の液晶表示装置の基準画像を同時に表示させる。投影像には３枚の液晶表示装置の基準画像によるマークの映像が重畳され、これらが正確に重なり合うよう液晶表示装置の配置を調整し、固定後はスイッチ回路への表示位置切替信号の入力によっていずれかの方向へ画像表示をシフトさせれば、固定後のレジずれを補正した高画質のカラー映像を得られるようになる。

本実施形態に係る液晶表示装置１は、複数枚の液晶パネル（液晶表示装置１）のレジ合わせが必要となる例えばプロジェクションシステム（液晶プロジェクタ）に適用するのが望ましい。図５は、本実施形態の液晶表示装置を用いたプロジェクションシステムの例を示す模式図である。すなわち、プロジェクションシステム１００は、ランプ光源１０１、レンズ部１０２、ダイクロイック色分離フィルタ１０３、ビームスプリッタ１０４ｒ、１０４ｇ、１０４ｂ、液晶表示装置１ｒ、１ｇ、１ｂ、駆動回路１０５ｒ、１０５ｇ、１０５ｂ、プリズム（ダイクロイックミラー）１０６および投射レンズ１０７を備えた構成となっている。この液晶表示装置１ｒ、１ｇ、１ｂとして、上記説明した本実施形態に係る反射型液晶表示素子を用いている。

このシステムでは、ランプ光源１０１から出射した光をレンズ部１０２からダイクロイック色分離フィルタ１０３に送り、ここで２方向へ分離する。２方向へ分離された光は、全反射ミラー１０８、１０９、ビームスプリッタ１０４ｒ、１０４ｇ、１０４ｂ、ダイクロイックミラー１１０、プリズム１０６によってＲ（RED）、Ｇ（GREEN）、Ｂ（BLUE）３色に対応した反射型の液晶表示装置１ｒ、１ｇ、１ｂから成る表示部に各々送られる。

例えば、Ｒ（RED）に対応した液晶表示装置１ｒには、ダイクロイック色分離フィルタ１０３から全反射ミラー１０８、ビームスプリッタ１０４ｒを介してランプ光源１０１からの光が入射し、Ｇ（GREEN）に対応した液晶表示素子１ｇには、ダイクロイック色分離フィルタ１０３から全反射ミラー１０８、ダイクロイックミラー１１０およびビームスプリッタ１０４ｇを介してランプ光源１０１からの光が入射し、Ｂ（BLUE）に対応した液晶表示素子１ｂには、ダイクロイック色分離フィルタ１０３から全反射ミラー１０９、ビームスプリッタ１０４ｂを介してランプ光源１０１からの光が入射する。

各液晶表示素子１ｒ、１ｇ、１ｂは、ダイクロイックミラーであるプリズム１０６の複数の面に各々対応する状態で、ビームスプリッタ１０４ｒ、１０４ｇ、１０４ｂを介して設けられている。また、各液晶表示素子１ｒ、１ｇ、１ｂは各々対応する駆動回路１０５ｒ、１０５ｇ、１０５ｂによって駆動され、入射した光を液晶層で映像にして反射し、光合成手段であるプリズム１０６によって合成して投射レンズ１０７に送られる。これにより、Ｒ（RED）、Ｇ（GREEN）、Ｂ（BLUE）３色に対応した映像が図示しないスクリーンに投影され、カラー画像として再現されることになる。

このような液晶プロジェクタに本実施形態の液晶表示装置１（１ｒ、１ｇ、１ｂ）を用いれば、特別な駆動回路を用いることなく液晶表示装置１（１ｒ、１ｇ、１ｂ）の正確な画像重ね合わせを実現することが可能となる。

また、本実施形態の液晶表示装置１を用いることで、プリズム１０６への固定後もレジ合わせができることから、取り付ける際の取り付け精度を緩和することができる。また、複数の表示デバイスから出力された各色映像を用いて色ずれのない画像を達成するためには、各色の出力光の重ねを1画素以内に合わせる必要があるが、本実施形態の液晶表示装置１を用いることで本来の表示位置よりも左右方向に少なくとも１画素ずらすことが可能となり、たとえ取り付け位置が左右に１画素程度ずれても色ずれが発生しないように表示位置の修正が可能となる。これにより位置あわせ精度を緩くすることができ、タクト短縮や歩留まり改善を見込めるようになる。

また、プリズム１０６に取り付けた後の位置ズレの修正に対しても大きな優位性を発揮する。つまり、たとえ取り付け精度を細かくできても実際の取り付け後にずれてしまうことがある。この場合でも、表示デバイスを取り外すことなく表示位置の変更が可能であり、歩留まりの改善が見込めることになる。

さらに、表示位置ズレ量は規格に入っていても規格一杯一杯だった場合は、表示位置をずらすことでさらに色ずれ量を減らすことが可能である。このため、更なる高画質化が可能になる。以上のように本実施形態によれば、製品歩留まりの向上や製品の高画質化に対して貢献が可能であることに加え、これを低コストで提供することが可能となる。

本発明に係る画像表示デバイスは、反射型液晶表示デバイス以外であっても適用可能である。例えば、基板の表面がマトリクス状に分割され、分割された各部分が一つ一つの画素となっているアクティブマトリクス型表示デバイスにおいて、画素がマイクロミラー構成となっており、入力信号によりミラーの向きを変え、反射光のオン・オフを細かく行うことで階調表現を行うデジタルマイクロミラーデバイスや、有機ＥＬ表示デバイス、プラズマ表示デバイス、透過型液晶表示デバイスといった画素単位で表示駆動を行うことができる表示デバイスであれば適用可能である。また、投射型映像表示装置としては、本発明に係る画像表示デバイス（上記液晶表示デバイスのほか、デジタルマイクロミラーデバイス、有機ＥＬ表示デバイス、プラズマ表示デバイス等を含む）を光合成手段に２枚取り付けたものや４枚取り付けたものであっても適用可能である。

本実施形態に係る画像表示デバイスの一例である液晶表示装置を説明する模式平面図である。 液晶表示装置内のデータ線の構造を示す模式図である。 他のスイッチ回路の例を示す模式図である。 レジ合わせの方法を説明する模式図である。 本実施形態の液晶表示装置を用いたプロジェクションシステムの例を示す模式図である。

符号の説明

１…液晶表示装置、１０…駆動側基板、１１…信号入力部、１２…走査部、１３…データバス、１４…画素、１５…スイッチ回路、１６…信号線、２０…データ線

Claims (6)

1. 複数の画素が配列された画素群と、
   前記画素群の各画素に対して画像信号を供給するドライバ回路と、
   前記ドライバ回路から前記画素群の各画素に対して前記画像信号を伝送するバスラインについての回路切り替えによって前記画像信号の供給先を画素ピッチ単位でずらすスイッチ回路とを備え、
   前記スイッチ回路に対する入力信号線数と出力信号線数との差が２本であり、
   入力信号線は、
   前記画素群の画素の列毎に設けられるデータ線と同じ本数で、前記画素群の画素の並びに対応して設けられた信号線群と、
   前記信号線群の並びの両端部に設けられ、一定の電圧が印加もしくは接地された２本の端部配線とから成る画像表示デバイス。
2. 前記スイッチ回路は、前記ドライバ回路に内蔵されている請求項１に記載の画像表示デバイス。
3. 前記画素群の各画素は、少なくとも前記スイッチ回路によってずらす画素数分多く設けられている請求項１または請求項２に記載の画像表示デバイス。
4. 前記画素群の複数の画素がマトリクス状に配列されている場合、縦方向の画素列または横方向の画素列のいずれかについて前記スイッチ回路による切り替えを行う請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の画像表示デバイス。
5. 前記画素群の複数の画素がマトリクス状に配列されている場合、縦方向の画素列または横方向の画素列のいずれか一方については前記スイッチ回路による切り替えを行い、いずれか他方については前記ドライバ回路からの画像信号供給のタイミング調整を行う請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の画像表示デバイス。
6. 複数の画像表示デバイスによる画像を重ね合わせて一つの画像を構成する画像表示装置において、
   前記画像表示デバイスは、
   複数の画素が配列された画素群と、
   前記画素群の各画素に対して画像信号を供給するドライバ回路と、
   前記ドライバ回路から前記画素群の各画素に対して前記画像信号を伝送するバスラインについての回路切り替えによって前記画像信号の供給先を画素ピッチ単位でずらすスイッチ回路とを備え、
   前記スイッチ回路に対する入力信号線数と出力信号線数との差が２本であり、
   入力信号線は、
   前記画素群の画素の列毎に設けられるデータ線と同じ本数で、前記画素群の画素の並びに対応して設けられた信号線群と、
   前記信号線群の並びの両端部に設けられ、一定の電圧が印加もしくは接地された２本の端部配線とから成る画像表示装置。

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