JP4200806B2 - 表示装置およびプロジェクタ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、光源から放射された照明光を表示素子に照射させて画像を表示する表示装置に関して、特に、表示素子の有する複数の画素によって変調された照明光を投写手段に入射させて、投写手段からスクリーンに画像を投写させて表示するプロジェクタにも有用な技術である。
【0002】
【従来の技術】
従来の表示装置において、照明光を表示装置に走査しながら照射することによって動画質の改善をする技術が知られている。
【0003】
ある表示素子においては、複数の光源を表示素子の背面に配置して、表示素子の応答に基づいて点灯と消灯を時間差で行うことによって、表示素子に照射する光を走査する構成が知られている。(例えば、特許文献1参照。)。
【0004】
また、他の表示装置においては、光源の放射の方向を規定するスリットが形成された集光筒を回転することによって、表示素子に照射する光を走査し、その光の走査に同期して、表示素子の画素の状態を制御する構成が知られている。
【0005】
【特許文献1】
特開2000−275604号公報
【特許文献2】
特開2002−6766号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献1のような構成によれば、表示素子の応答に基づいて点灯と消灯を時間差で行うため、表示素子を駆動する回路を特別に変更しなくとも、照明光の制御のみで動画質の改善ができる。しかし、表示素子の背面に配置した複数の光源を時間差で点灯と消灯を繰り返すことで照明光を走査するため、光源は瞬時に点灯や消灯ができることや、照明が均一になるように平面的に配置できるといった制約が必要になる。したがって、例えば、プロジェクタ用の光源であれば高い輝度が必要となるため、放電ランプなどが一般的に使われるが、このような光源を必要とする表示装置においては、瞬時に点灯や消灯をすることや、照明が均一になるよう平面的に複数配置するといった方法が困難であるといった問題がある。
【0007】
特許文献2のような構成によれば、光源が瞬時に点灯や消灯することや、照明が均一になるよう平面的に複数配置するといったことは特に必要ないが、特許文献2のような回転機構を利用して光を走査する構成では、回転運動により発生する速度変化を利用して光を平面上で走査するため、回転機構を等速回転させても光の走査を等速で行うことができないことがある。つまり、光の走査を等速で行えない場合は、表示素子に対して均等に照明光が当たらないため、照度むらになり画質が劣化してしまう。したがって、このような場合は、光の走査が等速になるように回転機構を等速回転以外で回転することが必要となるが、回転機構の回転むらや回転周期のずれが発生しやすくなるといった悪影響もでてくる。そのため、特許文献2のように光の走査に同期して表示素子の画素の状態を制御する構成においては、回転機構の回転むらや回転周期のずれによる影響は、表示素子の画素の状態を制御することに直接影響を与えるため、画像を極端に劣化させるといった問題を発生させる。さらに、光の走査に同期して表示素子の画素の状態を制御するため、表示素子を駆動する回路等が複雑になるといった問題も発生する。例えば、所望の光の走査がない場合は、光の走査が行われるまで、画像データを一時的に記憶しておく比較的大容量のメモリーが必要になったり、光の走査の状態を検出して前記メモリーのデータを表示素子に送るためのデータ読み出し用の回路が必要になったりする。
【0008】
よって、本発明の目的は、光源に対する制約が少なく、動画像の表示性能が高い表示装置およびプロジェクタを簡易な構成で提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明による表示装置は、照明光を変調することが可能な複数の画素を有する表示素子と、前記照明光を走査する照明光走査手段とを備え、前記照明光は、一部の前記画素に対して照明され、そして、前記照明光走査手段は、照明光を変調するための情報が画素に送られる周期に同期して照明光を走査させることを特徴とする。
【0010】
このような構成によれば、瞬間的な時間においては、表示素子の一部の画素にしか照明光の照射が行われないが、ある時間の範囲内においては、照明光走査手段によって照明光が走査されるため、表示素子の全体の画素へ均一な照度分布をもつ照明光の照射を行うことができる。そのため、人間の目には表示装置全体に表示された画像などを認識できるようになる。このとき、ある画素に注目すると照明光が当たったり当たらなかったりするため、間欠表示と同じ現象が起きることになる。したがって、表示素子が一定時間の間に表示に必要な明るさ分だけの光を画素毎に表示するホールド型の表示素子や一定時間の間に照射される照明光を時間毎に変調して画素毎に表示する時間積分型の表示素子であっても、本発明の構成により瞬間的な画像を非常に断続的に表示できるため、単純に連続的な画像を表示するような表示素子でおきる動画像のぼけが軽減し、動画像の表示性能が高くなる。また、照明光走査手段によって照明光を走査することで瞬間的な画像を断続的に表示するため、光源は、瞬時に点灯や消灯することや、照明が均一になるよう平面的に複数配置することが必要なくなり、光源に対する制約が少なくなる。また、照明光走査手段は、照明光を変調するための情報が画素に送られる周期に同期して照明光を走査しているため、照明光の走査の状態を直接的に検出するような部品が無くても照明光走査手段の状態を検出することで照明光の走査の状態を把握することができる。したがって、簡易な構成によって照明光を変調するための情報が画素に送られる周期に同期して照明光を走査することができる。また、照明光走査手段は、照明光を変調するための情報が画素に送られる周期に同期して照明光を走査しているため、特に照明光走査手段が回転機構を利用して光を走査する構成においては、光の走査が等速になるように回転機構を等速回転以外で回転しても、光の走査に同期して表示素子の画素の状態を制御する構成に比べて、回転機構の回転むらや回転周期のずれによる画像の劣化が少なくて済み、照度むらのない高品位の表示を行うことができる。さらに、照明光走査手段は、照明光を変調するための情報が画素に送られる周期に同期して照明光を走査しているため、光の走査に同期して表示素子の画素の状態を制御する構成に比べて、回路の構成を複雑にする必要がない。よって、光源に対する制約が少なく、動画像の表示性能が高い表示装置を簡易な構成で提供することができる。
【0011】
尚、前記画素が照明光を変調するタイミングを決めるための周期的な同期信号を利用することで、前記照明光走査手段は、照明光を変調するための情報が画素に送られる周期に同期して照明光を走査してもよい。
【0012】
このような構成によれば、画素が照明光を変調するタイミングを決めるための周期的な同期信号を利用しているので、画素が照明光を変調する状態を把握することができる。また、照明光走査手段は、照明光を変調するための情報が画素に送られる周期に同期して照明光を走査しているため、照明光の走査の状態を直接的に検出しなくても照明光走査手段の状態を検出することで照明光の走査の状態を把握することができる。よって、この同期信号を利用することで照明光を変調するための情報が画素に送られる周期に同期して照明光を走査することが可能となり、光源に対する制約が少なく、動画像の表示性能が高い表示装置を簡易な構成で提供することができるといった前述の効果を実現できる。
【0013】
尚、前記表示素子は、照明光を変調するための情報を出力するための出力手段を有し、前記出力手段からの信号を利用することで、前記照明光走査手段は、照明光を変調するための情報が画素に送られる周期に同期して照明光を走査してもよい。
【0014】
このような構成によれば、照明光を変調するための情報を直接的に利用しているので、画素が照明光を変調する状態を確実に把握することができる。また、照明光走査手段は、照明光を変調するための情報が画素に送られる周期に同期して照明光を走査しているため、照明光の走査の状態を直接的に検出しなくても照明光走査手段の状態を検出することで照明光の走査の状態を把握することができる。よって、この同期信号を利用することで照明光を変調するための情報が画素に送られる周期に同期して照明光を走査することが可能となり、光源に対する制約が少なく、動画像の表示性能が高い表示装置を簡易な構成で提供することができるといった前述の効果を実現できる。
【0015】
尚、照明光を変調するための情報が画素に送られてから、照明光が当該画素に照明し始められるまでの時間は、照明光が当該画素に照明し終わってから、次に照明光を変調するための情報が当該画素に送られるまでの時間以上になるように、照明光を変調するための情報が画素に送られる周期に同期して照明光を走査させてもよい。
【0016】
このような構成によれば、照明光を変調するための情報が画素に送られてから次に照明光を変調する情報が当画素に送られるまでの時間において、照明光を当画素に対してできる限り遅い時間に照射することができる。つまり、画素に情報が送られて当画素が照明光を変調する状態を開始してから変調する状態になり終えるまでの時間をできる限り確保してから当画素に照明光を照射することができる。例えば、液晶を使った表示素子を用いた場合、液晶の応答速度があまり早くないため、画素が照明光を変調する状態を開始してから変調する状態になり終えるまでの間に時間がかかってしまう。そのため、このような状態で照明光が照射されると画素が十分な状態で照明光を変調できないため画像が劣化してしまうが、本構成のように、照明光を当画素に対してできる限り遅い時間に照射して、当画素が照明光を変調する状態を開始してから変調する状態になり終えるまでの時間をできる限り確保することにより、このような悪影響を回避もしくは軽減することが可能となる。
【0017】
そして、本発明によるプロジェクタは、前述のいずれかの表示装置に、表示素子の画像を拡大して投写する投写手段を備えたことを特徴とする。
【0018】
このような構成によれば、表示素子以上の画像を提供できる。また、前述の表示装置と同じように光源に対する制約が少なく、動画像の表示性能が高いプロジェクタを簡易な構成で提供することができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。尚、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【0020】
(実施の形態1)
まず、本発明の実施の形態1に関する表示装置の光学系について詳しく述べる。
【0021】
図1は、本発明の実施の形態1に関する表示装置の光学系を説明する図である。この表示装置の光学系1100は、光源ランプ1110と、フライアイレンズ1121,1122と、重畳レンズ1123と、平行化レンズ1124と、回転プリズム1130と、液晶表示素子1140を有している。
【0022】
各部分について説明する。まず、光源ランプ1110は、ランプ1111と凹面鏡1112とによって構成される。ランプ1111は、たとえば、高圧水銀ランプなどの放電ランプからなり、また、凹面鏡1112は、放物面鏡からなる。尚、ランプ1111と凹面鏡112は、この構成に限らず変更が可能である。さらに、光源となるランプは、瞬時に点灯や消灯することや、照明が均一になるよう平面的に複数配置するといった制約はない。
【0023】
そして、この光源ランプ1110では、ランプ1111が照明光を放射し、凹面鏡1112が照明光をフライアイレンズ1121,1122に向けて反射するようになっている。このとき、光源がLEDのようなもので全方位へ拡散しなければ、凹面鏡1112でなく集光レンズを使って、フライアイレンズ1121,1122に向けて照明光を放射する構成や複数の光源をアレイ状に配置する構成であってもよい。
【0024】
次に、フライアイレンズ1121,1122と重畳レンズ1123について説明する。フライアイレンズ1121,1122は、矩形状の輪郭を有する微小レンズをマトリックス状に配列したレンズアレイである。各微小レンズの外形形状は、光が入射する光軸方向から見た場合には、表示素子である液晶表示素子1140の画素形成領域(照明光を変調することが可能な複数の画素が形成する領域)の外形形状とは比率を変えて成形してある。ここでは、液晶表示素子1140の画素形成領域の外形形状が、横縦比4:3の矩形形状であり、各微小レンズの外形形状は横縦比4:1の矩形形状に成形してある。そして、フライアイレンズ1121は、光源から放射された照明光を複数の部分光に分割して、部分光毎にフライアイレンズ1122の各微小レンズに集光させる。そして、フライアイレンズ1122は、複数に分割された部分光を重畳レンズ1123に入射させる。そして、重畳レンズ1123は、平行化レンズ1124を介し、複数に分割された部分光を集光して、フライアイレンズ1121の微小レンズの外形形状で規定される像を液晶表示素子1140に結像させる。
【0025】
以上のように、フライアイレンズ1121,1122と重畳レンズ1123、そして、平行化レンズ1124により、光源が放射する照明光を液晶表示素子の一部の画素に対して照射することができる。つまり、液晶表示素子1140の画素形成領域が4:3に対して、フライアイレンズ1121の外形形状の横縦比が4:1となるため、画素形成領域の3分の1の部分に均一な照度分布をもつ照明光を照射することができることになる。
【0026】
ただし、照明光を走査する照明光走査手段として回転プリズム1130が配置されているため、照明光の光軸はシフトされながら回転プリズムを通過する。そのため、液晶表示素子1140における画素形成領域への照明位置は変化する。尚、回転プリズム1130は、ガラス材料からなる正多角柱のプリズムによって構成され、回転することによって照明光の屈折角を変化させて照明光を走査する機能を有する。また、回転プリズム1130は不図示の電磁モーターに接続され、回転速度を制御されながら回転している。
【0027】
ここで、図2に回転プリズムの作用を詳しく説明する図を示す。図中、紙面に対して垂直な軸を中心にして時計回りに回転プリズムが回転する場合について説明する。
【0028】
図2において、(a)に示す回転プリズム1130の回転位置は、図中左側から回転プリズム1130に入射する照明光を回転プリズム1130に入射する照明光を屈折させずに直進させて射出する位置にある様子を示している。尚、ここでは説明を簡単にするため照明光を光軸に平行な光線として表記している。また、以下の説明では、同じように照明光を光線として表記し説明する。
【0029】
(b)に示す回転プリズム1130の回転位置は、(a)に示す回転位置から時計回りの方向に0°から45°の間における回転の様子を示している。この場合は、図中左側から回転プリズム1130に入射する照明光を図中上側に屈折させて図中右側から射出する。
【0030】
(c)に示す回転プリズム1130の回転位置は、(a)に示す回転位置から時計回りの方向に45°から90°の間における回転の様子を示している。この場合は、図中左側から回転プリズム1130に入射する照明光を図中下側に屈折させて図中右側から射出する。
【0031】
(d)に示す回転プリズム1130の回転位置は、(a)に示す回転位置から時計回りの方向に90°回転した様子を示している。この場合は、(a)の場合と同様に、図中左側から回転プリズム1130に入射する照明光を屈折させずに直進させて射出する位置にある様子を示している。
【0032】
よって、図2のように照明光は回転プリズムの回転と屈折率の関係から光軸がシフトされながら回転プリズムを通過するため、照明光は、液晶表示素子1140の画素形成領域内で走査しながら照射される。そして、図2(a)から(b)は、回転プリズムが連続回転することによって繰り返し行われる。
【0033】
図3に回転プリズムの回転によって液晶表示素子の画素形成領域内で照明光が走査する様子を説明する図を示す。図3の(a)から(d)の照明光の照射領域は、図2に示した(a)から(d)回転プリズムの回転位置に対応している。尚、図3(e)は、図3の(a)から(d)を繰り返して連続的に液晶表示素子1140の画素形成領域内に照明光を照射した場合に、ある一定時間の積分をした照明の様子を示している。
【0034】
図3の(a)に示すように、図2の(a)の回転位置において回転プリズムを通過した照明光は、液晶表示素子1140の一部の画素、つまり画素形成領域の中央における画素形成領域の3分の1の部分に照射される。そして、回転プリズムが、図2の(a)から(b)のように回転すると、図3の(a)から(b)に示すように、液晶表示素子1140の画素形成領域の中央から照明光の照射が始まるように遷移する。さらに、回転プリズムが、図2の(b)から(c)のように回転すると、図3の(b)から(c)に示すように、液晶表示素子1140の画素形成領域の上側端から照明光の照射が始まるように遷移する。そして、回転プリズムが、図2の(c)から(d)のように回転すると、図3の(c)から(d)に示すように、液晶表示素子1140の画素形成領域の上側端から中央側に向かって照明光の照射領域が遷移する。尚、液晶表示素子1140の各画素が照明光を変調するタイミングと照明光を走査するタイミングの関係については後で詳しく述べる。
【0035】
したがって、液晶表示素子1140の画素形成領域内への照明光の走査が、繰り返し高速に行われることにより、ある一定時間の積分をすれば図3の(e)に示すように、画素形成領域内に均一な照度分布をもつ照明光の照射が行うことができる。また、画素形成領域における一部の画素に注目すると照明光が当たったり当たらなかったりするため、間欠表示と同じ現象が起きることになる。そのため、表示素子が、液晶を使ったホールド型の表示素子であっても、瞬間的な画像を断続的に表示できるため、単純に連続的な画像を表示するようなホールド型の表示素子でおきる動画像のぼけを軽減し、動画質を改善することができる。尚、画素形成領域に照明する照明領域の大きさに関しては、この構成に限らず変更が可能であるが、走査することによって画素形成領域全体が照明される範囲であれば、できる限り狭い方が瞬間的な画像を更に断続的に表示できるため、動画像のぼけを更に軽減することが可能である。
【0036】
図1に戻って、液晶表示素子1140は、液晶パネルの前後に2枚の偏光板を備え、また、画素形成領域を形成する複数の画素には、赤色、緑色、青色のカラーフィルターが画素毎に規則的に配置された構造である。したがって、液晶表示素子1140の画素形成領域内に入射した照明光が、画素毎に変調されると最終的にはフルカラーの画像が液晶表示素子1140に表示することができる。
【0037】
次に、表示装置の回路構成について述べる。図4は、本発明の実施の形態1に関する表示装置の回路構成を説明する図である。この表示装置の回路は、液晶制御回路1210と、走査電極駆動回路1220と、画素電極駆動回路1230と、液晶表示素子1140と、モーター駆動電源1250と、モーター制御回路1260と、モーター1270と、エンコーダー1280と、から構成されている。
【0038】
まず、液晶表示素子1140の内部構造について説明する。液晶表示素子1140は、第1電極基板,第2電極基板及びこれら基板間に保持された液晶層を備える液晶パネルと、液晶パネルの前後に配置された偏光板と、により構成されている。液晶パネルにおいて、第1電極基板は、透明なガラス基板で構成されており、液晶層と接する側の表面には、走査線、信号線、画素電極、TFT(Thin Film Transistor )、補助容量、及び補助容量線が形成されている。また、第2電極基板は、第1電極基板と同じく透明なガラス基板で構成されており、液晶層と接する側の表面には、画素電極と相対する対向電極及びカラーフィルター層が全面に形成されている。
【0039】
第1電極基板に形成された表示画素の等価回路図を図5に示す。走査線1141及びこれと交差するように配列された信号線1142の交差部には、スイッチ素子としてTFT1143が接続されている。そのTFT1143のゲート電極は走査線1141に接続され、ソース電極は信号線1142に接続され、さらにドレイン電極は画素電極1144に接続されている。画素電極1144には、充電電荷を保持するための補助容量1145が電気的に並列に接続され、補助容量1145には、画素電極1144と補助容量線1146との間に容量を形成している。そして、補助容量線1146には図示しない外部の制御回路から一定の電位が与えられている。ここで、図5に示す等価回路図の動作について簡単に説明する。信号線1142に画像データがサンプリングされ、これと同期して走査線1141に行選択パルスが出力されると、TFT1143のソース・ドレイン間が導通状態となり、信号線1142にサンプリングされた画像データがTFT1143を介して画素電極1144に書き込まれる。この画像データは前述の対向電極との間に信号電圧として充電され、これに液晶層が応答することにより、各画素で照明光を変調して画像を表示することができる。
【0040】
図4に戻って、液晶制御回路1210は、外部から信号を取り込み、画像データ,水平同期信号HSYNC,垂直同期信号VSYNCを出力する。
まず、走査電極駆動回路1220には、垂直同期信号VSYNC,水平同期信号HSYNCが入力され、前述の走査線に行選択パルスを出力する。ここで、行選択パルスが出力されるタイミングにおいて、一列目の走査線に出力するタイミングは、垂直同期信号VSYNCと水平同期信号HSYNCとが一致するタイミングにより決定され、また、一列目以降の走査線に出力するタイミングは、水平同期信号HSYNCの周期に合わせて走査線に出力するタイミングが決定される。
【0041】
そして、画素電極駆動回路1230には、画像データと、水平同期信号HSYNC,垂直同期信号VSYNCと、が入力される。画像データは、画素電極駆動回路1230内部で、1走査線分のデータとしてラインメモリに入力され、前述の信号線にサンプリングされる。そして、画像データは、行選択パルスの出力によって信号線から出力される。ここで、1走査線分の画像データがサンプリングされるタイミングにおいて、一列目の走査線分のデータは、垂直同期信号VSYNCと水平同期信号HSYNCが一致するタイミングによりサンプリングするタイミングが決定され、また、一列目以降の走査線分のデータは、水平同期信号HSYNCの周期に合わせてサンプリングするタイミングが決定される。
【0042】
よって、画素形成領域において、液晶は走査線に平行な画素列毎に応答する。このとき、どの画素に対しどのような周期で液晶を応答させているかを決めているのは、垂直同期信号VSYNC,水平同期信号HSYNCである。つまり、照明光を変調するための情報が画素に送られる周期は、垂直同期信号VSYNC,水平同期信号HSYNCによって決まる。
【0043】
そして、液晶制御回路1210から出力された垂直同期信号VSYNC,水平同期信号HSYNCは、モーター制御回路1260にも入力される。そして、モーター1270は、モーター制御回路1260を介して、モーター駆動電源1250から電力の供給を受けながら回転プリズムを回転させる。このとき、モーター制御回路1260は、垂直同期信号VSYNC及び水平同期信号HSYNCによりモーターの回転のタイミングを制御している。尚、モーターの回転軸と回転プリズムの回転軸は同軸にあり、モーターには、モーターの回転角を検出するためのエンコーダー1280が配置してあり、その情報はモーター制御回路1260にフィードバックされている。
【0044】
次に、モーターの駆動について詳しく述べる。図2(a)から(d)において、照明光の光軸がシフトされながら回転プリズムを通過する様子を説明したが、これに対応して、図6に、回転プリズム面に照明光の光軸が垂直に入射するときを基準として回転角0度から90度までの範囲において、回転プリズムに入射する照明光の光軸から回転プリズムを射出した照明光の光軸までの光軸の位置の変化を示す。
【0045】
図6に示されるように、回転角0度(90度)付近に比べ、回転角45度付近では、回転プリズムの回転角あたりの変化量が大きい。したがって、回転プリズムを等速で回転させると液晶表示素子の上端部と下端部での照明光の走査速度が速くなってしまうため、液晶表示素子に照度むらが発生してしまう。したがって、本実施の形態では、図7のように、回転角0度(90度)付近では、回転プリズムの回転速度を早くし、回転角45度付近では、回転プリズムの回転速度を遅くしている。
【0046】
以下に、回転プリズムの回転速度の制御について説明する。図8は、モーター制御回路周りの回路構成を説明するための図である。前述に説明したように、液晶制御回路1210から出力された垂直同期信号VSYNC,水平同期信号HSYNCは、モーター制御回路1260に入力される。モーター制御回路1260内部において、水平同期信号HSYNCは、カウンタ回路1261に入力され、あらかじめ設定してあったデータベースを基に、水平同期信号HSYNCの一部のパルスを間引いて疎密なパルスとして出力される。そして、疎密なパルスは、駆動電力制御回路1262に入力され、駆動電力制御回路1262は、疎密なパルスに連動してモーター駆動電源1250からの電力をモーターに供給する。このとき、モーターがパルス駆動のモーターであれば、駆動電力制御回路1262によりパルス信号による電力がモーターに供給され、モーターがアナログ電圧駆動のモーターであれば、疎密なパルスに連動してアナログ信号が作られ、アナログ信号による電力がモーターに供給される。これによって、モーターは、図7に示すような回転速度により、回転プリズムを回転することができる。よって、照明光の走査速度を一定にできる。
【0047】
そして、回転プリズムが回転すると、エンコーダー1280によりモーターの回転角を検出される。モーターの回転角の情報は、モーター制御回路1260内部の角度位置補正回路1263に入力される。また、角度位置補正回路1263には、垂直同期信号VSYNCも入力される。
【0048】
そして、角度位置補正回路1263は、回転プリズムの回転角度において、あらかじめ設定された90度刻みの位置を検出する機能を有し、90度刻みの位置を検出したタイミングと垂直同期信号VSYNCとのタイミングの差をとって、差がある場合には、差がなくなるように補正する信号を生成して、駆動電力制御回路1262に補正信号を入力する。そして、駆動電力制御回路1262は、補正信号に連動してモーター駆動電源1250からの電力をモーターに供給する。
【0049】
以上のように、90度刻みの位置を検出したタイミングと垂直同期信号VSYNCとのタイミングの差が無くなれば、垂直同期信号VSYNCの周期に合わせて、回転プリズムの回転位置も同じ位置に決まる。したがって、必然的に液晶表示素子の決まった場所に照明光を照射することができる。また、液晶表示素子は、垂直同期信号VSYNC,水平同期信号HSYNCに同期して駆動しているため、照明光を変調するための情報が画素に送られる周期に同期して照明光を走査させることになる。
【0050】
以上の構成を具体的に説明するために、図9に、ある画素における行選択パルスの入力と当画素における透過率の変化と照明光が照射するとタイミングを示すタイミングチャートを示す。尚、図9において、照明光は、液晶表示素子の画素形成領域を等速で移動している。また、角度位置補正回路に設定された90度刻みの基準位置は、図2(c)に対応する回転状態で50度とする。つまり、垂直同期信号VSYNCが入力されるとき、回転プリズムの回転状態は図2(c)に対応する回転状態で50度の位置にあり、その後、90度回転する毎に、垂直同期信号VSYNCが入力され、回転プリズムは同様の回転角度の状態にあることを意味する。そして、照明光が走査される方向は、液晶表示素子内部の信号線と平行で、行選択パルスが液晶表示素子内部の走査線を選択して信号を順に発生して行く方向と一致している。よって、回転プリズムの回転状態は図2(c)に対応する回転状態で50度の位置にある場合、行選択パルスは図3(c)に対応する液晶表示素子の上端で信号を発生し、その後、行選択パルスと照明光は走査を繰り返す。また、図9においては、例として、最初の行選択パルスの入力により透過率0%から透過率100%になるように液晶を応答させ、次の行選択パルスの入力により透過率100%から透過率0%になるように液晶を応答させている。
【0051】
以上のことから、図9に示すように、ある画素において、照明光を変調するための情報である行選択パルスが画素に送られてから照明光が当画素に照明し始められるまでの時間が、照明光が当画素に照明し終わってから次に照明光を変調するための情報である行選択パルスが当該画素に送られるまでの時間以上となるようなタイミングで照明光が走査される。したがって、照明光は、当画素に対してできる限り遅い時間に照射され、当画素が照明光を変調する状態を開始してから変調する状態になり終えるまでの時間をできる限り確保することができている。よって、画素の透過率の曲線からも分かるように、液晶の応答が十分な状態となって当画素に照明光が照射されている。
【0052】
尚、本実施の形態では、角度位置補正回路に設定された90度刻みの基準位置は、図2(c)に対応する回転状態で50度としたが、本実施の形態のように回転プリズムが正四角柱ということであれば、頂角の半分である45度以上90度未満に設定することにより、照明光が当画素に照明し始められるまでの時間を、照明光が当画素に照明し終わってから次に行選択パルスが当画素に送られるまでの時間以下にすることができる。ただし、照明領域の大きさを考慮して、行選択パルスが入力されている画素に照明光が照射されないように設定する必要がある。
【0053】
最後に、本実施の形態の光学系は、図10に示したプロジェクタの光学系1101のように、図1の表示装置の光学系1100とほぼ同じ構成に投写手段として投写レンズ1150を配置して、液晶表示素子1140に表示された画像を、不図示のスクリーンに投写して表示する構成であってもよい。このときの投写方式は、スクリーンの前面から投写する方式とスクリーンの背面から投写する方式のいずれであってもよい。また、投写手段は、投写レンズ1150のようにレンズではなく曲面ミラーを用いたものであってもよい。
【0054】
以上のように、この表示装置およびプロジェクタは、照明光を変調することが可能な複数の画素を有する液晶表示素子1140と、照明光を走査する照明光走査手段である回転プリズム1130とを備え、照明光は、一部の前記画素に対して照明され、そして、回転プリズム1130は、照明光を変調するための情報が画素に送られる周期に同期して照明光を走査させる。また、照明光を変調するための情報が画素に送られる周期に同期して照明光を走査させるために、画素が照明光を変調するタイミングを決めるための周期的な同期信号である垂直同期信号VSYNC,水平同期信号HSYNCを利用している。これにより、光源に対する制約が少なく、動画像の表示性能が高い表示装置を簡易な構成で提供している。
【0055】
(実施の形態2)
以下に説明する本実施の形態において、前に説明した実施の形態と同一の構成には、同一の符号を付し、共通する動作や作用の説明については省略する。また、同一名称を付している場合には、符号が相違しても機能はほとんど同一であるため基本的な説明は省略する。
【0056】
また、実施の形態2は、表示素子が照明光を変調するための情報を出力するための出力手段を有する点と、信号モーター制御回路に入力される信号が液晶制御回路から出力された水平同期信号HSYNC,垂直同期信号VSYNCの代わりに当出力手段から出力された信号を利用する点が先に説明した実施の形態1と異なる。よって、光学系については変更がないため、回路構成についてのみ詳しく述べる。したがって、本実施の形態2では表示装置として記載して説明するが、プロジェクタとして考えても構わない。
【0057】
図11は、本発明の実施の形態2に関する表示装置の回路構成を説明する図である。この表示装置の回路は、液晶制御回路1210と、走査電極駆動回路1220と、画素電極駆動回路1230と、液晶表示素子2140と、モーター駆動電源1250と、モーター制御回路1260と、モーター1270と、エンコーダー1280と、行選択パルス検出回路2290から構成されている。
【0058】
図11において、液晶制御回路1210は、外部から信号を取り込み、画像データ,水平同期信号HSYNC,垂直同期信号VSYNCを出力する。
まず、走査電極駆動回路1220には、垂直同期信号VSYNC,水平同期信号HSYNCが入力され、液晶表示素子内部の走査線に行選択パルスを出力する。ここで、行選択パルスが出力されるタイミングにおいて、一列目の走査線に出力するタイミングは、垂直同期信号VSYNCと水平同期信号HSYNCとが一致するタイミングにより決定され、また、一列目以降の走査線に出力するタイミングは、水平同期信号HSYNCの周期に合わせて走査線に出力するタイミングが決定される。
【0059】
そして、画素電極駆動回路1230には、画像データと、水平同期信号HSYNC,垂直同期信号VSYNCと、が入力される。画像データは、画素電極駆動回路1230内部で、1走査線分のデータとしてラインメモリに入力され、液晶表示素子内部の信号線にサンプリングされる。そして、画像データは、行選択パルスの出力によって信号線から出力される。ここで、1走査線分の画像データがサンプリングされるタイミングにおいて、一列目の走査線分のデータは、垂直同期信号VSYNCと水平同期信号HSYNCが一致するタイミングによりサンプリングするタイミングが決定され、また、一列目以降の走査線分のデータは、水平同期信号HSYNCの周期に合わせてサンプリングするタイミングが決定される。
【0060】
よって、画素形成領域において、液晶は走査線に平行な画素列毎に応答する。このとき、どの画素に対しどのような周期で液晶を応答させているかを決めているのは、垂直同期信号VSYNC,水平同期信号HSYNCである。つまり、照明光を変調するための情報が画素に送られる周期は、垂直同期信号VSYNC,水平同期信号HSYNCによって決まる。
【0061】
また、液晶表示素子2140は、各走査線に接続された行選択パルス検出回路2290を備えている。そして、行選択パルス検出回路2290は、一列目の走査線に行選択パルスが入力されると、同じタイミングで検出パルス出力線2291と検出パルス出力線2292にパルス信号を出力し、一列目以降の走査線に行選択パルスが入力されると、同じタイミングで検出パルス出力線2292にパルス信号を出力する。よって、検出パルス出力線2291から出力されるパルス信号は、垂直同期信号VSYNCと同じタイミングになり、検出パルス出力線2292から出力されるパルス信号は、水平同期信号HSYNCと同じタイミングになる。
【0062】
よって、モーター制御回路1260に、検出パルス出力線2291,2292からの信号が入力されると、最終的には、実施の形態1に示した表示装置のように照明光を変調するための情報が画素に送られる周期に同期して照明光を走査することができる。
【0063】
したがって、実施の形態2の表示装置は、実施の形態1の表示装置と同様に光源に対する制約が少なく、動画像の表示性能が高い表示装置を簡易な構成で提供することができる。
【0064】
また、液晶表示素子2140は、照明光を変調するための情報を出力するための出力手段として行選択パルス検出回路2290を有し、行選択パルス検出回路からの信号を利用している。つまり、照明光を変調するための情報を直接的に利用しているので、画素が照明光を変調する状態を確実に把握しながら、照明光を変調するための情報が画素に送られる周期に同期して照明光を走査することが可能となっている。
【0065】
尚、本発明は、各実施の形態で使われた表示装置およびプロジェクタの光学系に限定されるものではなく、照明光を照明光走査手段によって走査することが可能な光学系であれば、本発明の主旨を逸脱しない範囲で変更が可能である。例えば、回転プリズムは、正四角柱以外に、その他の正多角柱の形状であってもよい。さらに、照明光走査手段としての機能を持っていれば回転プリズム以外の構成であってもよい。
【0066】
また、本発明は、各実施の形態で使われた表示装置およびプロジェクタの回路構成に限定されるものではなく、照明光を変調するための情報が画素に送られる周期に同期して照明光を走査させるような回路構成であれば、本発明の主旨を逸脱しない範囲で変更が可能である。例えば、垂直同期信号VSYNC,水平同期信号HSYNCの片方だけを利用する構成にするなどしてもよい。さらに、垂直同期信号VSYNC,水平同期信号HSYNC以外の同期信号があれば、それを利用した回路構成であってもよい。
【0067】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の表示装置およびプロジェクタでは、瞬間的な時間においては、表示素子の一部の画素にしか照明光の照射が行われないが、ある時間の範囲内においては、照明光走査手段によって照明光が走査されるため、表示素子の全体の画素へ均一な照度分布をもつ照明光の照射を行うことができる。そのため、人間の目には表示素子全体に表示された画像などを認識できるようになる。このとき、ある画素に注目すると照明光が当たったり当たらなかったりするため、間欠表示と同じ現象が起きることになる。したがって、表示素子が一定時間の間に表示に必要な明るさ分だけの光を画素毎に表示するホールド型の表示素子や一定時間の間に照射される照明光を時間毎に変調して画素毎に表示する時間積分型の表示素子であっても、本発明の構成により瞬間的な画像を非常に断続的に表示できるため、単純に連続的な画像を表示するような示素子でおきる動画像のぼけが軽減し、動画像の表示性能が高くなる。
【0068】
また、照明光走査手段によって照明光を走査することで瞬間的な画像を断続的に表示するため、光源は、瞬時に点灯や消灯することや、照明が均一になるよう平面的に複数配置することが必要なくなり、光源に対する制約が少なくなる。また、照明光走査手段は、照明光を変調するための情報が画素に送られる周期に同期して照明光を走査しているため、照明光の走査の状態を直接的に検出するような部品が無くても照明光走査手段の状態を検出することで照明光の走査の状態を把握することができる。したがって、簡易な構成によって照明光を変調するための情報が画素に送られる周期に同期して照明光を走査することができる。また、照明光走査手段は、照明光を変調するための情報が画素に送られる周期に同期して照明光を走査しているため、特に照明光走査手段が回転機構を利用して光を走査する構成においては、光の走査が等速になるように回転機構を等速回転以外で回転しても、光の走査に同期して表示素子の画素の状態を制御する構成に比べて、回転機構の回転むらや回転周期のずれによる画像の劣化が少なくて済み、照度むらのない高品位の表示を行うことができる。さらに、照明光走査手段は、照明光を変調するための情報が画素に送られる周期に同期して照明光を走査しているため、光の走査に同期して表示素子の画素の状態を制御する構成に比べて、回路の構成を複雑にする必要がない。よって、光源に対する制約が少なく、動画像の表示性能が高い表示装置およびプロジェクタを簡易な構成で提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態1に関する表示装置の光学系を説明する図である。
【図2】 回転プリズムの作用を詳しく説明する図である。
【図3】 回転プリズムの回転によって画素形成領域内で照明光が走査する様子を説明する図である。
【図4】 本発明の実施の形態1に関する表示装置の回路構成を説明する図である。
【図5】 本発明の実施の形態1における第1電極基板に形成された表示画素の等価回路図である。
【図6】 本発明の実施の形態1における回転プリズムに入射する照明光の光軸から回転プリズムを射出した照明光の光軸までの光軸の位置の変化を示す図である。
【図7】 本発明の実施の形態1における回転プリズムの回転速度を示す図である。
【図8】 本発明の実施の形態1におけるモーター制御回路周りの回路構成を説明するための図である
【図9】 本発明の実施の形態1におけるある画素における行選択パルスの入力と当画素における透過率の変化と照明光が照射するとタイミングを示すタイミングチャートである。
【図10】 本発明の実施の形態1に関するプロジェクタの光学系を説明する図である。
【図11】 本発明の実施の形態2に関する表示装置の回路構成を説明する図である。
【符号の説明】
1100 表示装置の光学系
1101 プロジェクタの光学系
1110 光源ランプ
1111 ランプ
1112 凹面鏡
1121,1122 フライアイレンズ
1123 重畳レンズ
1124 平行化レンズ
1130 回転プリズム
1140,2140 液晶表示素子
1141 走査線
1142 信号線
1143 TFT
1144 画素電極
1145 補助容量
1146 補助容量線
1150 投写レンズ
1210 液晶制御回路
1220 走査電極駆動回路
1230 画素電極駆動回路
1250 モーター駆動電源
1260 モーター制御回路
1261 カウンタ回路
1262 駆動電力制御回路
1263 角度位置補正回路
1270 モーター
1280 エンコーダー
2290 行選択パルス検出回路
2291,2292 検出パルス出力線
Claims (3)
- 照明光を変調することが可能な複数の画素を有する表示素子と、前記照明光を走査する照明光走査手段とを備え、前記照明光は、一部の前記画素に対して照明され、前記照明光走査手段は、照明光を変調するための情報が画素に送られる周期に同期して照明光を走査させ、
前記表示素子は、照明光を変調するための情報を出力するための出力手段を有し、前記出力手段からの信号を利用することで、前記照明光走査手段は、照明光を変調するための情報が画素に送られる周期に同期して照明光を走査させることを特徴とする表示装置。 - 照明光を変調するための情報が画素に送られてから、照明光が当該画素に照明し始められるまでの時間は、照明光が当該画素に照明し終わってから、次に照明光を変調するための情報が当該画素に送られるまでの時間以上になるように、照明光を変調するための情報が画素に送られる周期に同期して照明光を走査させることを特徴とする請求項1に記載のいずれかの表示装置。
- 請求項1又は2に記載の表示装置に、表示素子の画像を投写する投写手段を備えたことを特徴とするプロジェクタ。
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