JP2009175627A - 画像表示装置および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】光源をＰＷＭ制御する際にスクロールノイズの発生を抑える。
【解決手段】ＬＥＤ１１Ｒは、Ｒ色の光を照射する。表示パネルの表示領域１１０Ｒは、ＬＥＤ１１Ｒから照射されたＲ色の光の透過率を画素毎に変化させる。パネル駆動部１２０Ｒは、表示領域１１０Ｒの透過率を画素毎に規定する表示データＤrに基づいて当該表示領域１１０Ｒを駆動する。ＰＷＭ信号生成回路６４は、データＤudにより示される比に基づいて、各ＬＥＤを駆動するためのＰＷＭ信号を生成する。このＰＷＭ信号の周波数は、一定ではなく、予め定められた範囲内で変化する。光源駆動回路６６は、このＰＷＭ信号に基づいてＬＥＤ１１Ｒを駆動する。
【選択図】図２

Description

本発明は、光源をパルス幅変調して発光輝度を制御する際の表示むらを改善する技術に関する。

ＬＤ（レーザーダイオード）やＬＥＤ（発光ダイオード）などの光源は、ＰＷＭ（パルス幅変調）制御により発光輝度を調整することが容易である。その理由は、ＰＷＭではデジタル回路で構築できる点や、光量・回路の安定性の面など優れている点が評価されているためである。そこで、このような光源を例えばプロジェクタに適用して、色変化を抑えるとともに、表示における見掛け上のダイナミックレンジを拡大する技術が提案されている（特許文献１参照）。
特開２００４−３５４７１７号公報

ところで、光源をＰＷＭ制御すると、横方向に延びる帯条の明るい部分と暗い部分とが画面の上または下方向にゆっくりした速度で移動する現象（スクロールノイズ）が現れて、表示品位を大きく損なう、という問題が指摘されている。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、その目的の一つは、光源をＰＷＭ制御する際に、スクロールノイズの発生を抑えることが可能な画像表示装置および電子機器を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、光を照射する光源と、前記光源により照射された光の透過率または反射率を画素毎に変化させる表示領域と、前記透過率または反射率を画素毎に指定する画像信号に基づいて前記表示領域を駆動するパネル駆動回路と、予め定められた幅で変動する周期に対し、前記光源の発光期間が占める割合を制御する光源制御部と、を具備することを特徴とする。光源の駆動周期が表示領域の駆動周期の整数倍に近ければ、横方向に延びる帯条の明暗部分がゆっくりした速度で上または下方向移動して、目立ってしまうが、本発明によれば、光源の駆動周期が予め定められた幅で変動するので、目立たなくすることができる。

本発明において、前記表示領域で表示すべき画像の明るさを解析する解析回路を有し、前記光源制御部は、前記解析回路によって解析された明るさに応じて、前記信号の周期に対して前記光源の発光期間が占める割合を変更する構成としても良い。この構成によれば、表示領域による透過率または反射率を変化させること以上に、表示画像における見掛け上のダイナミックレンジを拡大することができる。
また、本発明において、前記画像信号で規定される光の透過率または反射率を拡大する方向に伸長する伸長回路を備える構成としても良い。これにより、ダイナミックレンジをさらに拡大することが可能となる。
一方、本発明において、前記光源と、前記表示領域とを、異なる色毎に少なくとも３組有し、各表示領域による出射光を合成して投射する光学系を備え、前記光源制御部は、前記信号の周期に対して前記光源の発光期間が占める割合を、前記表示領域毎に制御可能である構成としても良い。この構成により、ホワイトバランスを調整することが可能となる。
なお、本発明は、画像表示装置のみならず、当該画像表示装置を有する電子機器としても概念することが可能である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る画像表示装置を適用したプロジェクタの光学的な構成を示す平面図である。
この図において、ＬＥＤ１１Ｒは、固体光源の一例であって、Ｒ（赤）色の光を放出する発光ダイオードであり、ダイクロイックプリズム１３の中心からみて、１２時の方向に位置する。コリメータレンズ１２Ｒは、ＬＥＤ１１Ｒにより放出されたＲ光を平行化させて、表示パネル１００Ｒに入射させる。表示パネル１００Ｒは、本実施形態では、透過型の液晶パネルであり、複数の画素を有するとともに、画素毎に透過率を変化させる。このため、表示パネル１００Ｒの出射光は、Ｒ色成分の画像を示すものとなる。

同様に、ＬＥＤ１１Ｇ、１１Ｂは、それぞれＧ（緑）色、Ｂ（青）の光を放出する発光ダイオードであり、図において９時、６時の方向に位置し、コリメータレンズ１２Ｇ、１２Ｂによって平行化されて、表示パネル１００Ｇ、１００Ｂに入射する。表示パネル１００Ｇ、１００Ｂは、それぞれＧ、Ｂに対応する透過型の液晶パネルである。

ダイクロイックプリズム１３は、互いに直交するダイクロイック面１３Ｒ、１３Ｂを有する。このうち、ダイクロイック面１３Ｒは、１２時の方向から入射したＲ光を反射して３時の方向に出射し、他の色の光を透過する。ダイクロイック面１３Ｂは、６時の方向から入射したＢ光を反射して３時の方向に出射し、他の色の光を透過する。一方、９時の方向から入射したＧ光は、ダイクロイック面１３Ｒ、１３Ｂを透過し、そのまま３時の方向に出射する。
したがって、Ｒ、Ｇ、Ｂ光成分の各画像は、ダイクロイックプリズム１３によって合成されて３時方向に出射することになる。
投射レンズ群１４は、ダイクロイックプリズム１３によって合成されたカラー画像をスクリーン２０に拡大投射する光学系である。

次に、プロジェクタ１０の電気的な構成について図２を参照して説明する。
パネル制御回路５２は、上位装置（図示省略）から供給される同期信号Ｓyncに基づいて制御信号Ｃtrを生成し、表示パネル１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂに供給する。
各表示パネルでは、詳細については特に図示しないが、表示領域とパネル駆動回路とを有する。Ｒの表示パネル１００Ｒでいえば、表示領域１１０Ｒとパネル駆動回路１２０Ｒとを有する。表示領域は、複数行の走査線と複数列のデータ線との交差に対応した画素を有し、また、パネル駆動回路は、これらの画素を点順次的に走査するとともに、画素の階調を指定する表示データを階調に応じた電圧のデータ信号に変換し、当該データ信号を、データ線を介して走査にかかる画素に供給する。

ここで、制御信号Ｃtrには、各表示パネルにおける垂直走査の開始を規定するスタートパルスＤy、当該転送パルスＤyを順次シフトするためのクロック信号Ｃly、各表示パネルにおける水平走査の開始を規定するスタートパルスＤx、当該転送パルスＤxを順次シフトするためのクロック信号Ｃlx等が含まれる。各表示パネル１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂには制御信号Ｃtrが共通して供給されるので、各表示パネルにおける画素の走査動作は互いに同一となる。
詳細には、各表示パネルにおいて、スタートパルスＤyが供給されてからクロック信号Ｃlyの論理レベルが変化した回数に応じて走査線が上から順番に選択されるとともに、スタートパルスＤxが供給されてからクロック信号Ｃlxの論理レベルが変化した回数によって選択されるデータ線が左から順番に規定されることになる。

解析回路５４は、上記上位装置から同期信号Ｓyncに同期して供給されるとともにＲＧＢの各色成分の階調を規定する表示データＶdから、１フレーム分の画像の階調平均値を算出する。なお、表示すべき画像の階調平均値はデータＢrtとして出力される。
なお、表示データＶdのうち、Ｒ成分が表示データＤrとして表示パネル１００Ｒに供給され、同様にＧ、Ｂ成分が表示データＤg、Ｄbとして表示パネル１００Ｇ、１００Ｂに供給される。ただし、図２では、Ｒの表示パネル１００Ｒのみを示しており、Ｇの表示パネル１００ＧおよびＢの表示パネル１００Ｂについては図示省略している。

光源制御部６０は、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）６２、ＰＷＭ信号生成部６４および光源駆動回路６６から構成される。
ＬＵＴ６２は、データＢrtで示される階調平均値を、ＰＷＭ信号におけるデューティー比に変換し、当該比を示すデータＤudを出力するものである。

ＰＷＭ信号生成回路６４は、データＤudにより示される比およびスタートパルスＤyに基づいて、各ＬＥＤを駆動するためのＰＷＭ信号を生成する。ここで、ＰＷＭ信号生成回路６４は、ＰＷＭ信号の周波数を、一定とはせず、予め定められた範囲内で変化させる。
なお、ＰＷＭ信号生成部６４がＰＷＭ信号の周波数を変更するタイミングは、本実施形態では、スタートパルスＤyが供給された後であって、予め定められた位相（例えばＬからＨレベルに変化するタイミングに相当する位相）に初めて達したときであり、それまではＰＷＭ信号の周波数を一定とする。ＰＷＭ信号の周波数を予め定められた範囲内で変化させる態様としては、ランダムに変化させても良いし、基準周波数に対して規則的に増減させても良い。また、ＰＷＭ信号の周波数を変更するタイミングについては、スタートパルスＤyが２以上の回数で供給された後であって、予め定められた位相に初めて達したとき、としても良い。
光源駆動回路６６は、ＰＷＭ信号をローパスフィルタにより高周波成分を除去した後、電流に変換して各ＬＥＤ１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂを駆動する。

このため、各ＬＥＤ１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂの電流（平均値）は、ＰＷＭ信号におけるデューティー比に応じて定まり、当該デューティー比は、１フレーム分の画像の階調平均値で定まることになる。したがって、本実施形態では、表示すべき画像の階調平均値に応じてＬＥＤ１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂの発光輝度が定まることになる。
ここで、例えば表示すべき画像の階調平均値が高い場合、すなわち、表示すべき画像全体が明るい場合には、ＬＥＤ１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂの発光輝度も高く（明るく）させる一方、表示すべき画像の階調平均値が低くて、画像全体が暗い場合には、ＬＥＤ１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂの発光輝度も低く（暗く）させると、ＬＥＤの光量を階調によらずに一定とさせた構成と比較して、表示パネルで表示可能な最低値から最大値までの範囲（ダイナミックレンジ）を、見掛け上拡大することが可能となる。

なお、ＬＥＤ１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂの発光輝度を、画像全体が明るい場合には低くなるように、画像全体が暗い場合には高くなるように、ＬＵＴ６２の変換内容を定めても良い。このような変換内容としたとき、明部が暗く、暗部が明るく表現されるので、ダイナミックレンジを拡大することができないが、白つぶれ、黒つぶれを抑えた表示が可能となる。

次に、スクロールノイズの抑制について図３を参照して説明する。
表示データＶdは、１フレーム分が一定の周期で供給されるので、表示パネル１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂにおいて全ての走査線を走査する垂直走査期間、すなわち、スタートパルスＤyの出力周波数の逆数Ｆも一定である。
走査線は、スタートパルスＤyが供給されてから、上から順番に選択されるので、選択される走査線が時間経過とともにどのように推移するかを示すと、図３に示されるようになる。なお、水平走査期間毎に１行の走査線が選択されるので、厳密にいえば階段状に変化するが、図においては簡略のため直線状に表示している。

一方、ＰＷＭ信号は、光源駆動回路６６によって高周波成分が除去されるものの、フリッカ成分が完全には除去できない。このため、ＬＥＤ１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂは、ＰＷＭ信号のＨ・Ｌレベル区間に応じてそれぞれ明・暗状態になる。ここで、ＰＷＭ信号の基本周波数が、スタートパルスＤyの出力周波数の整数倍に近い値で一定であると、時間経過とともに、選択される走査線の位置に対して、明・暗状態の位相が一定方向に一定量でズレていくので、画面において横帯状の明暗部分がゆっくりと上または下方向に移動し、視認されやすい。

これに対して本実施形態では、ＰＷＭ信号生成部６４がＰＷＭ信号の周波数をほぼ垂直走査期間Ｆ毎に予め定められた範囲内で変更しているので、図３に示されるように、選択される走査線の位置に対する明・暗状態の関係が一定とはならない。このため、本実施形態では、画面における横帯状の明暗部分が視認しにくくなって、表示品位の低下を抑えることが可能となる。
なお、図３におけるＰＷＭ信号については、データＤudで示されるデューティー比が５０％であったときの波形例である。

さらに、本実施形態においてＰＷＭ信号の周波数が変更されるタイミングは、図において△で示されるタイミングである。詳細には、スタートパルスＤyが供給された後であって、予め定められた位相に初めて達したときである。このため、ＰＷＭ信号の周波数が一定である区間におけるデューティー比を、データＤudに示された値通りとすることができる。

なお、本発明においては、表示データＶdをそのままパネル駆動回路に供給する構成とするのではなく、図４に示されるように伸長回路５６を設けて、表示データＶdで示される階調を伸長しても良い。

ここで、伸長回路５６による伸長処理の一例について図５を参照して説明すると、表示データＶdで規定される１フレーム分の画像において、階調レベルの度数分布は、１つの色の階調成分が８ビットであるとき、通常であれば十進表記で「０」から「２５５」までにわたって分布するが、暗い画像である場合、図５の（ａ）に示されるように低い値に集中する。暗い画像である場合の階調レベルの最高値をｐとすると、伸長回路５６は、図３の（ｂ）に示されるように、階調レベルを２５５／ｐ倍に伸長して、階調の分布が「０」から「２５５」までにわたるように正規化する。
なお、ここでは暗い画像を例にとって説明したが、逆に明るい画像や、中間的な値に集中した画像でも同様に、階調レベルの分布が「０」から「２５５」までにわたるように正規化する。

正規化された表示データは、階調レベルが元の値から伸長されるので、伸長回路５６は、伸長後の階調平均値を示すデータＢrtを、図１における解析回路５４の代わりに、ＬＵＴ６２に供給する。
この構成によれば、上位装置から供給された表示データＶdで規定される１フレーム分の画像の階調範囲が狭くても、伸長回路５６によって伸長されるとともに、伸長後の階調平均値に応じてＬＥＤ１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂの発光量が制御されるので、メリハリのある画像を表示することが可能となる。

また、実施形態では、ＬＥＤ１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂを共通のＰＷＭ信号に基づいて駆動したが、それぞれ個別に駆動して、合成されるカラー画像のホワイトバランスを調整可能な構成としても良い。例えば、図２または図４におけるＰＷＭ信号生成回路６４は、データＤudで示されるデューティー比にＲＧＢのそれぞれについての重み付けを示す係数を乗じて、ＲＧＢ毎にＰＷＭ信号を生成し、ＲＧＢ毎の光源駆動回路によって電流変換して、ＬＥＤ１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂをそれぞれ個別に駆動する構成としても良い。

なお、上述した実施形態では、光源の例としてＬＥＤを用いたが、ＰＷＭ制御により駆動されるものであれば良い。このため、光源としてＬＥＤのほか、レーザーダイオードを用いても良い。
また、光源としてのＬＥＤと表示パネルとの組をＲＧＢに対応して３組設けたが、例えばさらに１色加えて４組、または、それ以上の組を設けて、色再現性の拡大を図っても良い。また、液晶パネルとしては透過型のほか、反射型を用いても良い。くわえて、表示パネルの駆動については、走査線を上から順番に選択する方式としたが、一定の周波数で選択されるのであれば、走査線を選択する順序は問われない。
さらに実施形態では、画像表示装置を適用したプロジェクタとして説明したが、光源としてのバックライトまたはフロントライトにより放出された液晶パネルの表示像を直接視認させる直視型にも適用可能である。
また、表示パネルとしては、液晶パネルのほか、光源を必要とするものであれば、種々のものが適用可能である。例えば、デジタルミラー素子などが適用可能である。

本発明の実施形態に係るプロジェクタの光学的な構成を示す平面図である。 同プロジェクタの電気的な構成を示すブロック図である。 同プロジェクタの動作を示すタイミング図である。 別のプロジェクタの電気的な構成を示すブロック図である。 別のプロジェクタにおける伸長処理を示す図である。

符号の説明

１０…プロジェクタ、１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂ…光源、１３…ダイクロイックミラー、５２…パネル制御回路、５４…解析回路、５６…伸長回路、６０…光源制御部、１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂ…表示パネル、１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂ…表示領域、１２０Ｒ、１２０Ｇ、１２０Ｂ…パネル駆動回路

Claims (5)

1. 光を照射する光源と、
   前記光源により照射された光の透過率または反射率を画素毎に変化させる表示領域と、
   前記透過率または反射率を画素毎に指定する画像信号に基づいて前記表示領域を駆動するパネル駆動回路と、
   予め定められた幅で変動する周期に対し、前記光源の発光期間が占める割合を制御する光源制御部と、
   を具備することを特徴とする画像表示装置。
2. 前記表示領域で表示すべき画像の明るさを解析する解析回路を有し、
   前記光源制御部は、前記解析回路によって解析された明るさに応じて、前記信号の周期に対して前記光源の発光期間が占める割合を変更する
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記画像信号で規定される光の透過率または反射率を拡大する方向に伸長する伸長回路を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
4. 前記光源と、前記表示領域とを、異なる色毎に少なくとも３組有し、
   各表示領域による出射光を合成して投射する光学系を備え、
   前記光源制御部は、前記周期に対して前記光源の発光期間が占める割合を、前記表示パネル毎に制御可能である
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の画像表示装置を有することを特徴とする電子機器。

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