JP2006138895A - 画像表示装置、液晶パネルの駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 応答速度が遅い液晶パネルを用いた場合でも、画質劣化を生じさせることなく画像をより鮮明に表示できる画像表示装置を提供すること。
【解決手段】光源からの光をフレーム周期内の所定のタイミングＴで液晶パネルに透過させるとともに、駆動信号を周期的に出力することで液晶パネルの画素毎の透過率をも周期的に振動させ、かつ画像信号に担持された階調データに基づいて駆動信号の位相を変える。このことにより、現在のフレーム周期での駆動信号の位相に対し、次のフレーム周期での駆動信号の位相を例えばΦだけ遅らせれば、光透過タイミングＴでの透過率の振動の位相もΦだけ遅れることになるから、次のフレーム周期では、現在のフレーム周期での階調よりも位相の遅れ分だけ暗い階調で表示できる（図中の縦矢印部分）。つまり、位相を制御することで、液晶の応答特性に関係なく任意の階調を表示できる。
【選択図】 図５

Description

本発明は、液晶パネルを用いて静止画像や動画像を表示する画像表示装置、および当該液晶パネルの駆動方法に関する。

現在、液晶パネルを用いた画像表示装置は、パーソナルコンピュータのディスプレイとして、ＣＲＴ（Cathode-Ray Tube）に変わって主流であるだけでなく、テレビの表示装置や投写型表示装置（液晶プロジェクタ）としても利用されている。
画像表示装置が階調を表示する原理は、各画素に印可する電圧レベルに応じた光の透過率の変化を利用したものであるが、この印加電圧に対して実際に光の透過率が変化する応答速度が遅いため、特に動画を表示する際には、「尾引き」や「ボケ」といった画質の劣化が起こる。

例えば、米国や日本などで通常使われているＮＴＳＣ（National Television Standards Committee）のアナログテレビジョン方式のカラーの規格では、毎秒29.97枚のフレームを表示しなければならない。すなわち１フレームの表示時間が約33msecということである。ところが典型的なアクティブマトリックス型の液晶パネルにおいては、通常の応答時間は20〜30msecかかってしまうことが知られており、単純に液晶パネルの各画素に対して、表示したいタイミングで駆動信号（電圧）を与えれば目的の透過率が得られるわけではない。

このような応答特性による動画像の表示品質の劣化を防ぐ方法として、液晶材料が一般に有する「印加電圧の変化の度合いが大きいほど応答速度も大きくなる」という性質を利用することが提案されている（特許文献１〜３参照）。

特許第２６５０４７９号公報 特開２００１−３３１１５４号公報 特開２００４−２４６１１８号公報

特許文献１の方法は、印可する電圧と応答時間とを関係付ける数式に基づいて透過率の変動曲線を予め求めるとともに、この変動曲線をデータテーブルに格納しておき、補正器でこの変動曲線から得られる補正値を参照することによって、要求される透過率に対応できるように電圧を補正するものである。
しかし、この方法では、複数フィールド（連続する３フィールド以上）より透過率の変動曲線を予測し、この予測に基づいて補正を行うため、予測に必要な複数フィールド分の変動曲線を画素毎に全てテーブルで保持して持つことになる。従って、精密な制御をするためにはＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶手段が多量に必要となる。また、様々な補正パターンに対応したい場合、それだけのテーブルを用意する必要がある。

特許文献２の方法は、上記の問題を解決するために提案されたものであり、１フィールド前の映像信号との差分から補正量を選択して加算または乗算する、という方法である。 しかし、この方法では、１フィールド分の情報しか用いないため、場合によってはノイズのような悪影響があったり、十分な補正効果が得られなかったりと、画像劣化を確実に防止できない場合があった。

特許文献３では、特許文献２の欠点を改善する提案がなされているが、これも、現在の映像信号と１フィールド前の映像信号のみを用いた補正を行うものであり、原理的に十分な補正効果が得られないことがあった。

本発明の目的は、応答速度が遅い液晶パネルを用いた場合でも、画質劣化を生じさせることなく画像をより鮮明に表示できる画像表示装置、および液晶パネルの駆動方法を提供することにある。

本発明の画像表示装置は、液晶パネルを用いて画像（含む静止画像および動画像）を表示する画像表示装置において、光源と、光源からの光を画像のフレーム周期内の所定の時間にのみ画素に対して透過させる光透過手段と、前記液晶パネルの画素毎の透過率を周期的に振動させるための駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、画像信号に担持された階調データに基づいて前記駆動信号の位相を制御する位相制御手段とを備えていることを特徴とする。
このような本発明によれば、駆動信号生成手段および位相制御手段により、ＰＭ（Phase Modulation）変調を伴う駆動信号で液晶パネルを駆動し、周期的に振動して変化する透過率の位相をも変化させ、フレーム周期内の所定の時間で透過する光に対して透過率を変化させ、階調を表示させる。従って、階調表示を液晶パネルの応答特性に関係なく行うことができ、各画素の時間応答に起因する「尾引き」や「ボケ」といった品質劣化が生じるのを防止できる。また、光透過手段により液晶パネルに対して間欠的に光を透過させるため、従来のホールド表示方式に起因する残像感がなくなり、よりシャープで美しい映像が得られる。

本発明の画像表示装置において、前記駆動信号生成手段は、電圧レベルの異なる駆動信号を交互に出力することで透過率を振動させることが望ましく、こうすることで透過率の振動を確実に行えるとともに、一般的な矩形波の組み合わせにより位相制御を容易にできる。

本発明の画像表示装置では、各画素の透過率の時間変化が均等になるように駆動信号を補正する補正手段が設けられていることが望ましい。
このような本発明によれば、画素の特性に応じて補正手段が駆動信号を補正するので、透過率の振動が全ての画素で均等な時間変化および振幅で行われるようになり、画素間での階調のばらつきが抑制され、表示ムラが解消される。

本発明の画像表示装置において、前記光源は固体光源であり、前記光透過手段は、当該固体光源を周期的に点滅させる駆動回路であるか、または、前記光源は気体発光光源であり、前記光透過手段は、当該気体発光光源からの光を周期的に遮光する遮光手段であることが望ましく、このような構成により、液晶パネルに対してフレーム周期の所定の時間にのみ光を確実に透過させることができる。
なお、本発明において、固体光源としては、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）が好適に用いられ、気体発光光源としては、メタルハライドランプ、ハロゲンランプ、高圧水銀ランプ等が好適に用いられる。
また、遮光手段としては、円板状回転体の円周上に等周間隔で複数の透過スリットを設けた回転遮光板や、互いの格子軸を一致させたり所定の角度で交差させたりして重ねられる複数の偏光板が好適に用いられる。

本発明の画像表示装置では、光透過する領域を前記フレーム周期内で前記液晶パネルの全域にわたって走査する光偏向手段が設けられ、前記光透過手段としは、光透過された領域にある画素に対してフレーム周期の所定の時間にのみ光を透過させてもよい。
このような場合には、光の領域照射による画像表示が可能である。
そして、特に光の利用効率をさらに向上させるためには、前記光偏向手段をポリゴンミラーとすることが好ましい。

本発明の画像表示装置では、前記光源からの光を集光して前記光偏向手段に照射する集光手段を備えていることが好ましく、光源からの光の利用効率が向上する。

本発明の液晶パネルの駆動方法では、液晶パネルを駆動する駆動装置は、光源からの光を画像のフレーム周期内の所定の時間にのみ画素に対して透過させる手順と、前記液晶パネルの画素毎の透過率を周期的に振動させるための駆動信号を生成する手順と、画像信号に担持された階調データに基づいて前記駆動信号の位相を制御する手順とを実行することを特徴とする。
このような本発明は、前述した画像表示装置の液晶パネルを駆動する方法であり、画像表示装置において説明した作用効果と同様な作用効果を得ることができる。

本発明の液晶パネルの駆動方法では、前記駆動装置は、現在のフレーム周期での光透過が透過率の振動の立ち上がりで行われている場合、駆動信号の位相を遅らせるとともに、次のフレーム周期での光透過をも振動の立ち上がりで行う。
このような本発明によれば、大きな透過率を次のフレーム周期でより小さな透過率に変更できる。

本発明の液晶パネルの駆動方法では、前記駆動装置は、現在のフレーム周期での光透過が透過率の振動の立ち上がりで行われている場合、駆動信号の位相を遅らせるとともに、次のフレーム周期での光透過を振動の立ち下がりで行う。
このような本発明によれば、小さな透過率を次のフレーム周期でより大きな透過率へ変更できるし、現在のフレーム周期での位相状態や次のフレーム周期での位相の遅らせ具合によっては、大きな透過率を次のフレーム周期でより小さな透過率へ変更できる。

本発明の液晶パネルの駆動方法では、前記駆動装置は、現在のフレーム周期での光透過が透過率の振動の立ち下がりで行われている場合、駆動信号の位相を遅らせるとともに、次のフレーム周期での光透過を振動の立ち上がりで行う。
このような本発明でも、大きな透過率を次のフレーム周期でより小さな透過率へ変更できるし、現在のフレーム周期での位相状態や次のフレーム周期での位相の遅らせ具合によっては、小さな透過率を次のフレーム周期でより大きな透過率へ変更できる。

本発明の液晶パネルの駆動方法では、前記駆動装置は、現在のフレーム周期での光透過が透過率の振動の立ち下がりで行われている場合、駆動信号の位相を遅らせるとともに、次のフレーム周期での光透過を振動の立ち下がりで行う。
このような本発明では反対に、小さな透過率を次のフレーム周期でより大きな透過率へ変更できる。

本発明の液晶パネルの駆動方法では、画像信号に担持された階調データに応じて光の透過光量を変化させてもよく、こうすることで階調範囲を拡大できる。
ここで、光量を可変にするためには、フレーム周期での光の透過期間および／または光の輝度を変更することが考えられる。

以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、後述する第２、第３実施形態において、次説する第１実施形態と同一または同一機能を有する構成には同じ符号を付し、第２、第３実施形態でのそれらの説明を省略または簡略化する。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る画像表示装置としての液晶プロジェクタ１の概略構成を示すブロック図、図２は、液晶プロジェクタ１の主要構成部分を示すブロック図、図３は、液晶プロジェクタ１の要部を模式的に示す平面図である。

図１、図３において、液晶プロジェクタ１は、固体光源としてのＬＥＤ２（２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ）から射出される光束を静止画像あるいは動画像の画像信号に応じて変調して光学像を形成し、形成した光学像をスクリーン１００上に拡大投射するものであり、３つの偏光変換装置３（３Ｒ，３Ｇ，３Ｂ）と、３つの電気光学装置４（４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ）と、クロスダイクロイックプリズム５と、投射レンズ６と、駆動装置７とを備えた３板式である。

ＬＥＤ２は、光透過手段としてのＬＥＤ駆動回路２１によって駆動されることで、点灯および消灯を繰り返す間欠点灯を実施し、偏光変換装置３に向けて光束を射出する。ＬＥＤ２Ｒからは赤色光が、ＬＥＤ２Ｇからは緑色光が、ＬＥＤ２Ｂからは青色光がそれぞれ射出される。このようなＬＥＤ２は、Ｓｉ基板上に複数配列された固体発光素子であるＬＥＤ素子によって構成されている。ＬＥＤ駆動回路２１は、後述する駆動装置７からの制御信号に基づいてＬＥＤ素子に駆動電圧を印加する。

偏光変換装置３は、ＬＥＤ２から射出される各色光に応じた３つの偏光変換装置３Ｒ，３Ｇ，３Ｂで構成され、ＬＥＤ２から射出された各色光の偏光方向を略一方向の直線偏光に揃える。本実施形態では、偏光変換装置３Ｒ，３ＢはＬＥＤ２ＲおよびＬＥＤ２Ｂから射出される赤色、青色光をＰ偏光光束に揃えて射出し、偏光変換装置３ＧはＬＥＤ２Ｇから射出される緑色光をＳ偏光光束に揃えて射出する。

電気光学装置４は、偏光変換装置３Ｒ，３Ｇ，３Ｂから射出される各色光に応じた３つの電気光学装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂで構成され、後述する駆動装置７による制御駆動の下、入力する画像信号に担持された階調データに応じて偏光変換装置３Ｒ，３Ｇ，３Ｂから射出された光束の光透過率を変化させ、入射した色光を変調して光学像を形成する。このような電気光学装置４は、３つの入射側偏光板４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂと、３つの液晶パネル４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂと、３つの射出側偏光板４３Ｒ，４３Ｇ，４３Ｂとを備える。

電気光学装置４のうち、液晶パネル４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂは、具体的な図示は省略するが、一対の透明なガラス基板間に電気光学物質である液晶を密閉封入した構成であり、駆動装置７から与えられた駆動信号に従って液晶の配向状態すなわち透過率が画素毎に制御され、入射側偏光板４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂから射出された偏光光束の偏光方向を変調する。

クロスダイクロイックプリズム５は、各電気光学装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂからの色光毎に変調された光学像を合成してカラー画像を形成する光学素子である。このクロスダイクロイックプリズム５は、４つの直角プリズム５１を貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム５１同士を貼り合わせた界面には、誘電体多層膜５２Ａ，５２Ｂが形成されている。

投射レンズ６は、クロスダイクロイックプリズム５にて形成したカラー画像をスクリーン１００上に拡大投射するものであり、複数のレンズが組み合わされた組レンズとして構成され、鏡筒内に収納されている。

駆動装置７は、前記液晶パネル４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂに駆動信号を印加するように構成されている。駆動信号は、図４に示すように、Ｖ１，Ｖ２といった電圧レベルの異なる２種類の矩形波として連続的に出力される。これらの電圧レベルＶ１，Ｖ２の値は基本的に、画像信号の階調データとは無関係であって、階調データに応じて変わることはない。

つまり、図４での透過率の変化を示すカーブは、ノーマリブラックの液晶における駆動信号に対する応答特性を示すものといってよく、電圧レベルＶ１，Ｖ２の駆動信号を連続して印可することにより、その応答特性を利用して透過率を周期的に振動させている。この際、電圧レベルＶ１，Ｖ２の値は、駆動信号の出力周期をフレーム周期と同期させた場合に、そのフレーム周期と透過率の振動周期（丁度ｍａｘおよびｍｉｎの間で振動させた時の周期）とが一致するように設定されている。

そして、本実施形態での階調を表示させる原理は、図４に示すように、フレーム周期内において、所定の時間にのみＬＥＤ２を点灯させ（光制御）、その点灯時点の透過率で階調を表示する。図中の網掛け部分は、光透過が行われていない時間である（他の図面でも同様である）。このため、他の階調の表示は、駆動信号の位相を変えることにより透過率の振動周期の位相をも変化させ、よってＬＥＤ２点灯時の透過率を変えることで実現可能である。ただし、本実施形態では、駆動信号に対する応答特性の関係で、駆動信号の出力周期の位相を遅らせることでのみ、透過率の振動周期の位相をも遅らせて透過率を変えることができる。

例えば、図５には、駆動信号の出力周期の位相をΦだけ遅らせることにより、透過率の振動周期の位相をも同じくΦだけ遅らせることが示されている。こうすることで、次のフレーム周期では、現在のフレーム周期の場合よりも透過率が遅れて立ち上がるため、各フレーム周期内においてＬＥＤ２を点灯させるタイミングＴが同じであれば、図中に縦矢印で示すように、次のフレーム周期での透過率が小さくなり、より暗い階調を表示させることができる。

なお、駆動信号の出力周期を遅らせるための電圧レベルＶ３は、電圧レベルＶ１よりも僅かに低いのであるが、これはより大きな電圧レベルＶ１により透過率を過渡応答させていることによる。つまり、電圧レベルＶ１のままで位相を遅らせると、透過率がｍａｘ値を上回ってしまい、ｍａｘ値で安定しないからである。

また、図６には、透過率の振動周期の位相を反転させることが示されている。位相の反転は、駆動信号の出力周期の位相をより遅らせることで実現可能である。こうすることにより、例えば、現在のフレーム周期では、透過率の立ち上がり部分を利用して階調が表示されているのに対し、次のフレーム周期では、立ち下がり部分を利用して階調を表示させることができる。しかも、図６の場合では、位相の遅れ具合が大きく、次のフレーム周期でさらに透過率を小さくでき、より暗い階調を表示することが示されている。

ところで、図５、図６では、位相を遅らせて透過率をより小さくし、より暗い階調で表示させることについて述べたが、透過率をより大きくし、より明るくする場合も当然にある。また、現在のフレーム周期においても、透過率の立ち下がり部分を利用して光透過を行い、階調を表示することも考えられる。このため、位相を変えて任意の透過率すなわち階調を実現するには、総じて以下の場合分けをすることができる。

（１）現在のフレーム周期での光透過が透過率の振動の立ち上がりで行われている場合で、次のフレーム周期での光透過をも立ち上がりで行う場合。
（２）現在のフレーム周期での光透過が透過率の振動の立ち上がりで行われている場合で、次のフレーム周期での光透過を立ち下がりで行う場合。
（３）現在のフレーム周期での光透過が透過率の振動の立ち下がりで行われている場合で、次のフレーム周期での光透過を立ち上がりで行う場合。
（４）現在のフレーム周期での光透過が透過率の振動の立ち下がりで行われている場合で、次のフレーム周期での光透過をも立ち下がりで行う場合。

（１）の場合について図７に示した。図７での位相の遅れ具合は、図５に示したものと略同じである。この図から明らかなように、現在のフレーム周期での光透過が透過率の振動の立ち上がりで行われている場合で、次のフレーム周期での光透過をも立ち上がりで行うと、図５でも説明したように、現在のフレームの場合よりも次のフレームでの透過率を小さくでき、より暗い階調で表示できる。

（２）の場合について図８に示した。この図によれば、現在のフレーム周期での光透過が透過率の振動の立ち上がりで行われている場合で、次のフレーム周期での光透過を立ち下がりで行うには、位相の遅れ具合をより大きくして位相を反転させればよく、こうすることで、現在のフレーム周期の場合よりも次のフレーム周期での透過率を大きくでき、より明るい階調で表示できる。
また、現在のフレーム周期での位相状態、および次のフレーム周期での位相の遅れ具合によっては、図６に示したように、現在のフレーム周期の場合よりも次のフレーム周期での透過率を小さくでき、より暗い階調で表示できる。ただし、前記（１）で説明したように、位相を僅かに遅らせることで透過率を大から小へ変化させることが可能であるため、この（２）については専ら、透過率を小から大へ変化させたい場合に用いることが好ましい。

（３）の場合について図９に示した。この図によれば、現在のフレーム周期での光透過が透過率の振動の立ち下がりで行われている場合で、次のフレーム周期での光透過を立ち上がりで行うには、電圧レベルＶ２側で位相を遅らせるとともに、位相の遅れ具合をより大きくして位相を反転させればよく、こうすることで、現在のフレーム周期の場合よりも次のフレーム周期での透過率を小さくでき、より暗い階調で表示できる。
また、現在のフレーム周期での位相状態、および次のフレーム周期での位相の遅れ具合によっては、図示を省略するが、現在のフレーム周期の場合よりも次のフレーム周期での透過率を大きくでき、より明るい階調で表示することも可能である。ただし、後述の（４）で説明するように、位相を僅かに遅らせることで透過率を小から大へ変化させることが可能であるため、この（３）については専ら、透過率を大から小へ変化させたい場合に用いることが好ましい。

なお、駆動信号の出力周期を遅らせるための電圧レベルＶ４は、電圧レベルＶ２よりも僅かに高いのであるが、これはより小さな電圧レベルＶ２により透過率を過渡応答させていることによる。つまり、電圧レベルＶ２のままで位相を遅らせると、透過率がｍｉｎ値を下回ってしまい、ｍｉｎ値で安定しないからである。

（４）の場合について図１０に示した。この図によれば、現在のフレーム周期での光透過が透過率の振動の立ち下がりで行われている場合で、次のフレーム周期での光透過をも立ち下がりで行うには、僅かに位相を遅らせればよく、こうすることで、現在のフレーム周期の場合よりも次のフレーム周期での透過率を大きくでき、より明るい階調で表示できる。

以上のような駆動信号の位相制御は、駆動装置７によって行われる。以下には、駆動装置７の構成を図２のブロック図に基づいてより詳説する。
駆動装置７は、図１に示したＬＥＤ駆動回路２１への制御信号を生成する部分や、液晶パネル４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂを制御する部分の他、液晶プロジェクタ１の他の構成要素を駆動・制御するする部分を備えたドライバーとして構成されるが、図２には、そのうちの液晶パネル４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂを制御する部分について示されている。

図２において、駆動装置７は、制御部７１と、テーブル記憶部７２と、エッジ記憶部７３と、階調データ記憶部７４とを備えている。

制御部７１には、液晶パネル４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂへの駆動信号を生成する駆動信号生成手段７５、画像信号に担持された階調データに応じて駆動信号の位相を制御する位相制御手段７６、および液晶パネル４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂを構成する各画素の透過率の時間変化が画素毎に均等になるように駆動信号の電圧レベルを補正する補正手段７７が設けられている。

制御部７１の駆動信号生成手段７５は、電圧レベルＶ１〜Ｖ４の駆動信号を生成して液晶パネル４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂに出力する機能を有しており、次のフレーム周期において階調を変化させて表示する場合には、その階調に応じて決定された遅れ具合に基づき駆動信号の位相を遅らせる。このことにより、階調表示を液晶パネル４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂの応答特性に関係なく行うことができ、各画素の時間応答に起因する「尾引き」や「ボケ」といった品質劣化が生じるのを防止できる。また、明るい階調から暗い階調へ（あるいはその逆）瞬時に変化させることができ、シャープな階調切換を実現できる。

位相制御手段７６は、次のフレーム周期で階調を変化させて表示する場合に、現在のフレーム周期での位相状態に対する次のフレーム周期での位相の遅れ具合（位相の遅れ具合をどの程度にすれば目標とする透過率が得られるか）を決定し、この遅れ具合を駆動信号生成手段７５に出力するとともに、図１に示したＬＥＤ駆動回路２１に制御信号として出力する。

具体的に、現在のフレーム周期での階調データが階調データ記憶部７４にストアされ、また、現在のフレーム周期での光透過を透過率の振動カーブにおいて立ち上がりで行ったのか、あるいは立ち下がりで行ったのかが光透過のタイミングとしてエッジ記憶部７３にストアされている。そして、次のフレーム周期での位相の遅れ具合は、ストアされた現在のフレーム周期での階調データとリアルタイムで入力されて来る次のフレーム周期での階調データとの比較、および現在のフレーム周期での光透過のタイミングにより決定される。つまり、その比較の結果と、透過のタイミングと、位相の遅れ具合との関係がテーブル記憶部２７に位相テーブルとして予め記憶されており、この位相テーブルを参照して位相の遅れ具合が決定されるのである。

補正手段７７は、次の機能を有している。すなわち、液晶パネル４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂを構成する各画素は、品質のばらつき等により、印加電圧に対する透過率の時間応答特性などが微妙に異なることが一般的である。従って、各画素に一様な電圧レベルの駆動信号を印加したのでは、ある画素では透過率がｍａｘ値やｍｉｎ値を越えたり、ある画素では透過率がｍａｘ値やｍｉｎ値に至らなかったりと、透過率の振動状態が画素毎に異なってしまい、画像の表示ムラが生じる。そこで、補正手段７７は、画素毎の特性に合わせた補正値で駆動電圧の電圧レベルを補正し（γ補正）、補正された駆動信号を印加することで全ての画素における透過率がｍａｘおよびｍｉｎの間で正しく振動するようにしている。各画素の補正値は、テーブル記憶部２７に予め補正テーブルとして記憶されている。

次に、図１１のフローチャートを参照し、階調を変化させる場合のフローについて説明する。
図１１において先ず、位相制御手段７６は、次のフレーム周期で階調を変化させる場合に、その透過率を現在のフレーム周期での透過率よりも小さくするのか、あるいは大きくするのかを階調データの比較により判定する（ステップＳＴ１）

比較の結果、次のフレーム周期での透過率を小さくする場合には、現在のフレーム周期での光透過のタイミングをエッジ記憶部７３から呼び出して判定し（ステップＳＴ２）、振動の立ち上がりで光透過を行ったのであれば、次のフレーム周期でも立ち上がりで光透過を行うことにより、透過率をより小さくして暗い階調での表示を行う（ステップＳＴ３）。反対に、ＳＴ２において、振動の立ち下がりで光透過を行ったのであれば、次のフレーム周期では、位相を反転させて立ち上がりで光透過を行うことにより、透過率をより小さくして暗い階調での表示を行う（ステップＳＴ４）。

一方、ＳＴ１において、次のフレーム周期での透過率を大きくする場合にも、現在のフレーム周期での光透過のタイミングをエッジ記憶部７３から呼び出して判定する（ステップＳＴ５）。この結果、振動の立ち上がりで光透過を行ったのであれば、次のフレーム周期では、位相を反転させて立ち下がりで光透過を行うことにより、透過率をより大きくして明るい階調での表示を行う（ステップＳＴ６）。反対に、ＳＴ５において、振動の立ち下がりで光透過を行ったのであれば、次のフレーム周期でも立ち下がりで光透過を行うことにより、透過率をより大きくして明るい階調での表示を行う（ステップＳＴ７）。

なお、同一階調で表示させる場合には、次のフレーム周期での透過率と、現在の透過率とが同じであるため、位相制御手段７６を機能させる必要はなく、駆動信号生成手段７５からは同じ位相で駆動信号を出力させればよい。
また、本実施形態では、液晶パネル４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂをノーマリブラックとして説明したが、ノーマリホワイトの場合でも、位相制御の原理は同じである。

〔第２実施形態〕
図１２は、本発明の第２実施形態に係る画像表示装置としての液晶プロジェクタ１の概略構成を示すブロック図、図１３は、液晶プロジェクタ１の要部を模式的に示す平面図である。
本実施形態での液晶プロジェクタ１では、光源としては、気体発光光源であるメタルハライドランプ８１１が用いられ、光透過手段としては、メタルハライドランプ８１１から射出される光を周期的に遮光する遮光手段９が用いられている。これらの点で、第１実施形態とは構成が大きく異なる。

気体発光光源としては、メタルハライドランプ８１１の他、ハロゲンランプ、高圧水銀ランプ等であってもよい。
また、遮光手段９としては、円板状回転体の円周上に等周間隔で複数の透過スリットを設けた回転遮光板や、互いの格子軸を一致させたり所定の角度で交差させたりして重ねられる複数の偏光板を採用できる。
これらのメタルハライドランプ８１１や遮光手段９は、具体的には、図１３に示す光学ユニット８内に収容されている。以下には、光学ユニット８の他の構成について詳細に説明する。

光学ユニット８は、インテグレータ照明光学系８１と、色分離光学系８２と、リレー光学系８３とを備える。

インテグレータ照明光学系８１は、液晶パネル４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂの画像形成領域を略均一に照明するための光学系である。このインテグレータ照明光学系８１は、前述のメタルハライドランプ８１１と、前述の遮光手段９と、第１レンズアレイ８１２と、第２レンズアレイ８１３と、偏光変換素子８１４と、重畳レンズ８１５とを備える。遮光手段９の配置位置は、重畳レンズ８１５の後段側であってもよく、遮光手段９の具体的な構成に応じて適宜に決められてよい。

第１レンズアレイ８１２は、光軸方向から見て略矩形状の輪郭を有する小レンズがマトリクス状に配列された構成を有している。各小レンズは、メタルハライドランプ８１１から射出される光束を、複数の部分光束に分割している。
第２レンズアレイ８１３は、第１レンズアレイ８１２と略同様な構成を有しており、小レンズがマトリクス状に配列された構成を有している。この第２レンズアレイ８１３は、重畳レンズ８１５とともに、第１レンズアレイ８１２の各小レンズの像を液晶パネル４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂ上に結像させる機能を有している。
偏光変換素子８１４は、第２レンズアレイ８１３と重畳レンズ８１５との間に配置され、第２レンズアレイ８１３からの光を略１種類の偏光光に変換するものである。

色分離光学系４２は、２枚のダイクロイックミラー８２１，８２２と、反射ミラー８２３とを備え、ダイクロイックミラー８２１，８２２によりインテグレータ照明光学系８１から射出された複数の部分光束を、赤、緑、青の３色の色光に分離する機能を有している。

リレー光学系８３は、入射側レンズ８３１、リレーレンズ８３３、および反射ミラー８３２，８３４を備え、色分離光学系８２で分離された赤色光を液晶パネル４２Ｒまで導く機能を有している。

以上のような光学ユニット８によれば、ダイクロイックミラー８２１では、インテグレータ照明光学系８１から射出された光束の青色光成分が反射するとともに、赤色光成分と緑色光成分とが透過する。ダイクロイックミラー８２１によって反射した青色光は、反射ミラー８２３で反射し、フィールドレンズ８１８を通って液晶パネル４２Ｂに達する。このフィールドレンズ８１８は、第２レンズアレイ８１３から射出された各部分光側をその中心軸（主光線）に対して平行な光束に変換する。他の緑色光用、赤色光用の液晶パネルの光入射側に設けられたフィールドレンズ８１８も同様である。

ダイクロイックミラー８２１を透過した赤色光と緑色光のうちで、緑色光はダイクロイックミラー８２２によって反射し、フィールドレンズ８１８を通って液晶パネル４２Ｇに達する。一方、赤色光はダイクロイックミラー８２２を透過してリレー光学系８３を通り、さらにフィールドレンズ８１８を通って液晶パネル４２Ｒに達する。

そして、本実施形態において、駆動装置７からは遮光手段９を駆動制御するための制御信号が出力されるようになっている。この制御信号により、フレーム周期内において所定の光透過タイミングＴ（図５、図６）で遮光手段９から光が射出され、液晶パネル４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂに間欠的かつ周期的に照射されるようになっている。
駆動装置７の他の機能は第１実施形態と同じであるため、ここでの説明を省略する。そして、駆動装置７によって駆動信号の位相を制御することにより、第１実施形態と同様に本発明の目的を達成できる。

〔第３実施形態〕
図１４に示す本発明の第３実施形態の液晶プロジェクタ１では、光源および光透過手段として、第１実施形態と同様にＬＥＤ２およびＬＥＤ駆動回路２１が用いられているとともに、ＬＥＤ２と液晶パネル４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂとの間には、光偏向手段としてのポリゴンミラー１０が設けられ、また、ポリゴンミラー１０の前段には、光の利用効率を向上させるために集光レンズ等からなる集光手段１１が設けられている。これらのポリゴンミラー１０および集光手段１１は、液晶パネル４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂを用いた３板式の液晶プロジェクタ１では、各液晶パネル４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂに対応して３セットずつ設けられる。

このような実施形態によれば、集光手段１１で集光された光束は、ポリゴンミラー１０によって液晶パネル４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂの所定の領域を透過し（図中の２点鎖線参照）、ポリゴンミラー１０の回転によりその透過領域が移動することにより、照射面の全域にわたる走査が行われ、１フレームの画像表示が行われる。
このような実施形態においても、第１実施形態と同様に、駆動信号の位相を制御することで、本発明の目的を達成できるのである。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記各実施形態では、液晶パネル４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂに対して光を透過させている期間は各フレーム周期で同じであったが、駆動装置は、駆動信号の位相を変えるのに加えて、フレーム周期毎に光透過期間を変えたり、光源の輝度を変えたりして透過光量を変化させ、よって階調を変えてもよい。
また、図５、図６で説明したように、光透過のタイミングＴは、各フレーム周期の中で同じであったが、駆動装置は、駆動信号の位相を変えるのに加えて、タイミングＴを変えて階調を変化させてもよい。つまり、光源を駆動する駆動信号の位相を変えるのである。

前記各実施形態の画像表示装置としては、画像をスクリーン１００に投写する投写型表示装置である液晶プロジェクタ１について説明したが、本発明の画像表示装置としては、いわゆる液晶リアプロジェクタであってもよく、また、投写型ではなく、バックライトを備えた液晶ディスプレイなど、直視型であってもよい。

前記各実施形態では、３板式の液晶プロジェクタ１について説明したが、本発明は単板式の液晶プロジェクタにも適用できる。
また、本発明に係る液晶パネルは、各実施形態で説明したような透過型として用いられる他、反射型として用いられてもよい。

前記第３実施形態では、ポリゴンミラー１０および集光手段１１を用いた場合の光源および光透過手段として、ＬＥＤ２およびＬＥＤ駆動回路２１を採用したが、これらの代わりとして、第２実施形態のような気体発光光源および遮光手段からなる光源および光透過手段を用いてもよい。

本発明は、液晶パネルを用いた画像表示装置、および液晶パネルの駆動方法であって、例えば、各種の液晶プロジェクタや、バックライトを備えた直視型の液晶ディスプレイなどに利用できる。

本発明の第１実施形態に係る画像表示装置の概略構成を示すブロック図。 第１実施形態の画像表示装置の主要構成部分を示すブロック図。 画像表示装置の要部を模式的に示す平面図。 階調表示の原理を説明するためのタイムチャート。 階調変化を駆動信号の位相の遅れにより説明するためのタイムチャート。 階調変化を駆動信号の位相の反転により説明するためのタイムチャート。 より暗い階調への階調変化を駆動信号の位相の遅れにより説明するためのタイムチャート。 より明るい階調への階調変化を駆動信号の位相の反転により説明するためのタイムチャート。 より暗い階調への階調変化を駆動信号の位相の反転により説明するためのタイムチャート。 より明るい階調への階調変化を駆動信号の位相の遅れにより説明するためのタイムチャート。 階調を変化させる際のフローを示すフローチャート。 本発明の第２実施形態に係る画像表示装置の概略構成を示すブロック図。 第２実施形態の画像表示装置の要部を模式的に示す平面図。 本発明の第３実施形態に係る画像表示装置の概略構成を示すブロック図。

符号の説明

１…画像表示装置である液晶プロジェクタ、２，２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ…光源である固体光源としてのＬＥＤ、９…光透過手段である遮光手段、１０…光偏向手段であるポリゴンミラー、１１…集光手段、２１…光透過手段であるＬＥＤ駆動回路、４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂ…液晶パネル、７５…駆動信号生成手段、７６…位相制御手段、７７…補正手段、８１１…光源である気体発光光源としてのメタルハライドランプ。

Claims (13)

1. 液晶パネルを用いて画像を表示する画像表示装置において、
   光源と、
   光源からの光を画像のフレーム周期内の所定の時間にのみ画素に対して透過させる光透過手段と、
   前記液晶パネルの画素毎の透過率を周期的に振動させるための駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、
   画像信号に担持された階調データに基づいて前記駆動信号の位相を制御する位相制御手段とを備えている
   ことを特徴とする画像表示装置。
2. 請求項１に記載の画像表示装置において、
   前記駆動信号生成手段は、電圧レベルの異なる駆動信号を交互に出力することで透過率を振動させる
   ことを特徴とする画像表示装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の画像表示装置において、
   各画素の透過率の時間変化が均等になるように駆動信号を補正する補正手段が設けられている
   ことを特徴とする画像表示装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の画像表示装置において、
   前記光源は固体光源であり、
   前記光透過手段は、当該固体光源を周期的に点滅させる駆動回路である
   ことを特徴とする画像表示装置。
5. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の画像表示装置において、
   前記光源は気体発光光源であり、
   前記光透過手段は、当該気体発光光源からの光を周期的に遮光する遮光手段である
   ことを特徴とする画像表示装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の画像表示装置において、
   光透過する領域を前記フレーム周期内で前記液晶パネルの全域にわたって走査する光偏向手段が設けられ、
   前記光透過手段は、光透過された領域にある画素に対してフレーム周期の所定の時間にのみ光を透過させるように構成されている
   ことを特徴とする画像表示装置。
7. 請求項６に記載の画像表示装置において、
   前記光源からの光を集光して前記光偏向手段に照射する集光手段を備えている
   ことを特徴とする画像表示装置。
8. 液晶パネルを駆動する駆動装置は、
   光源からの光を画像のフレーム周期内の所定の時間にのみ画素に対して透過させる手順と、
   前記液晶パネルの画素毎の透過率を周期的に振動させるための駆動信号を生成する手順と、
   画像信号に担持された階調データに基づいて前記駆動信号の位相を制御する手順とを実行する
   ことを特徴とする液晶パネルの駆動方法。
9. 請求項８に記載の液晶パネルの駆動方法において、
   前記駆動装置は、現在のフレーム周期での光透過が透過率の振動の立ち上がりで行われている場合、駆動信号の位相を遅らせるとともに、次のフレーム周期での光透過をも振動の立ち上がりで行う
   ことを特徴とする液晶パネルの駆動方法。
10. 請求項８に記載の液晶パネルの駆動方法において、
    前記駆動装置は、現在のフレーム周期での光透過が透過率の振動の立ち上がりで行われている場合、駆動信号の位相を遅らせるとともに、次のフレーム周期での光透過を振動の立ち下がりで行う
    ことを特徴とする液晶パネルの駆動方法。
11. 請求項８に記載の液晶パネルの駆動方法において、
    前記駆動装置は、現在のフレーム周期での光透過が透過率の振動の立ち下がりで行われている場合、駆動信号の位相を遅らせるとともに、次のフレーム周期での光透過を振動の立ち上がりで行う
    ことを特徴とする液晶パネルの駆動方法。
12. 請求項８に記載の液晶パネルの駆動方法において、
    前記駆動装置は、現在のフレーム周期での光透過が透過率の振動の立ち下がりで行われている場合、駆動信号の位相を遅らせるとともに、次のフレーム周期での光透過を振動の立ち下がりで行う
    ことを特徴とする液晶パネルの駆動方法。
13. 請求項８ないし請求項１１のいずれかに記載の液晶パネルの駆動方法において、
    前記駆動装置は、画像信号に担持された階調データに応じて光の透過光量を変化させる ことを特徴とする液晶パネルの駆動方法。
    

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