JP4228931B2 - 液晶パネルの駆動装置及び駆動方法並びにこれを用いた液晶プロジェクタ - Google Patents

液晶パネルの駆動装置及び駆動方法並びにこれを用いた液晶プロジェクタ Download PDF

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Description

本発明は、液晶プロジェクタ等の液晶表示装置に用いられる液晶パネルの駆動装置及び駆動方法に関する。
三板式液晶プロジェクタは、R,G,Bの三原色に分離した光をそれぞれ三枚の液晶パネルに照射するとともに、各液晶パネルに各色に対応した映像を表示し、その透過光をプリズムによって合成してスクリーンに投射することによりカラー画像を得るものであり、明るくかつ高コントラストの表示が可能である。また、近年の製造プロセスの微細化の進歩と小型化及び高精細化の要望とによって、三板式液晶プロジェクタに用いられる液晶パネルは、対角1インチを下回る表示エリアに、横1024画素かつ縦768画素以上の解像度を有するようになってきた。
図10は、三板式液晶プロジェクタの原理を説明するための構成図である。以下、この図面に基づき説明する。
液晶プロジェクタ70は、光源ランプ71、色分離ミラー72,73、ミラー74〜76、液晶パネル77R,77G,77B、合成プリズム78、投射レンズ79等を備えている。光源ランプ71から出射された光は、色分離ミラー72,73によりR,G,Bの三原色に分けられ、ミラー74〜76を経て入射側偏光板(図示せず)を透過した後に液晶パネル77R,77G,77Bに照射される。液晶パネル77R,77G,77Bを透過した光は、出射側偏光板(図示せず)を透過した後に合成プリズム78でカラー画像に合成され、投射レンズ79を通してスクリーン(図示せず)に拡大表示される。
液晶パネル77R,77G,77Bは、poly−SiTFT(ポリシリコン薄膜トランジスタ)プロセスで製造される駆動装置一体型の液晶パネルが用いられる。その第一の理由は、poly−SiTFTはa−SiTFTに比較して大きなオン電流が得られることから、画素TFTを小型化できるからである。そして、第二の理由は、液晶パネルを駆動する回路の一部をpoly−SiTFTで構成することにより、液晶プロジェクタの大きさを劇的に小さくすることができるからである。
図11は、液晶プロジェクタに用いられる液晶パネルの構成図である。図12は、液晶パネルにおける印加電圧と液晶容量との関係の一例を示すグラフである。以下、これらの図面に基づき説明する。
この液晶パネル80は、液晶プロジェクタで最も一般的に用いられているアナログ入力方式による駆動回路一体型である。また、液晶パネル80は、縦横に配置されたデータ線D1〜Dnとゲート線G1〜Gmとの各交点に画素90をマトリクス状に配置した画素マトリクス81と、データ線D1〜Dnを駆動するデータドライバ回路82と、ゲート線G1〜Gmを駆動するゲートドライバ回路83とによって構成される。画素90は、画素TFT91、画素容量Clc及び蓄積容量Cstからなる。データドライバ回路82は、外部から供給される複数のアナログビデオ信号S1〜S6を一定数同時に複数本でサンプリングし、アナログビデオ信号SP1〜SPiとしてデータ線D1〜Dnへ出力する。
次に、液晶パネル80の動作を簡単に説明する。まず、ゲートドライバ回路83により一本のゲート線Gyが選択され、同時にデータドライバ回路82により全てのデータ線D1〜Dnにアナログビデオ信号SP1〜SPiが書き込まれる。その後、選択されていたゲート線Gyが非アクティブの状態に変わると、データ線D1〜Dnに書き込まれていたアナログビデオ信号SP1〜SPiが画素TFT91を通して各画素90にサンプリングされ、液晶パネル80に一行分の映像が書き込まれる。この動作を全てのゲート線G1〜Gmに対して行うことにより、一画面の映像を書き込むことができる。
一方、液晶パネル80の応答速度を改善する技術として、オーバードライブ補正がある。オーバードライブ補正とは、液晶パネル80に用いられている液晶分子の応答速度を、信号電圧に補正を加えることで制御する補正方法である。その原理について簡単に説明する。
画素90に画像を表示させる場合、データ線Dxに供給された映像信号が画素TFT91を通して液晶容量Clcと蓄積容量Cstとに書き込まれる。この書き込みに用いられる時間は、XGA(1024×768画素)の液晶パネルで、画面一フレーム分を表示するフレーム期間の1000分の1程度と短い。この書き込み時間に対し透過型液晶パネルで一般的に用いられているTN液晶の応答速度は、フレーム期間と同程度かそれ以上に達する。したがって、画素90の表示が切り替わる場合、新たな映像信号電圧が画素90に書き込まれ画素TFT91が保持動作に切り替わった後に、液晶分子の配向状態が変化することになる。
任意の電圧Vを定常的に印加した際の液晶容量Clcは、液晶分子の配向変化が終了した状態において、印加電圧Vの関数としてClc(V)と表すことができる。この印加電圧Vと液晶容量Clcとの関係の一例を図12に示す。ここで、画素90の表示を電圧V0の状態から電圧V1の状態に変化させる場合、一般的な駆動方法を使って液晶容量Clc及び蓄積容量Cstに保持させる電荷量Qは次式のように表される。
Q=V1(Clc(V0)+Cst) ・・・(1)
しかしながら、目的の電圧V1に対応した配向状態に画素90が安定した場合に実際に必要とされる電荷量Q’は、次式のようになる。そのため、QとQ’の差分による電圧変動が液晶分子の応答速度を制限することになる。
Q’=V1(Clc(V1)+Cst) ・・・(2)
オーバードライブ補正とは、この差分を補償するように印加電圧Vに補正を加える駆動方法である。一例として画素90を初期状態V0からV1へ変化させる場合の補正電圧V1’の算出方法を記述すると、次式のようになる。
V1’=(Clc(V1)+Cst)/(Clc(V0)+Cst)×V1 ・・・(3)
この式(3)及び図12から、例えば、V1>V0であればV1’>V1となり、逆にV1<V0であればV1’<V1になる。式(3)による演算は、液晶容量Clcの電圧依存性を事前に算出又は測定により求め、そのテーブルを作成しておくことにより実現できる。具体的には、前に表示した映像信号V0と次に表示する映像信号V1とを入力値とし、補正後の映像信号を出力値とするLUT(ルックアップテーブル)を作成することで実現できる。これ以外にも、式(3)で示した演算をハードウエア的又はソフトウエア的に行ってもよい。
ところで、液晶プロジェクタで更に明るい投射画像を得るためには、極めて強い光を小さな液晶パネルに照射しなければならない。そのため、光照射に伴い液晶パネルが発熱し、以下に述べるような問題が生ずる。
その一つは、液晶パネルの温度上昇による液晶の相転移である。三板式液晶プロジェクタで用いられる液晶パネルの多くは透過型のTN液晶であり、そこで用いられるネマチック液晶のN−I転移点(ネマチック相−等方相の相転移点)は100℃程度である。液晶が等方相に転移してしまった場合は、全く表示が行えなくなる。また、相転移点以下の高い温度でも、光学特性を決定付ける屈折率異方性が大幅に変化するので、透過率の減少やコントラストの低下という問題が生ずる。この問題に対しては、冷却用ファンを用いて液晶パネルの温度を下げることで対応している。
別の問題として、液晶の応答速度の温度依存性がある。液晶の応答速度は、駆動電圧や、液晶材料の弾性定数及び粘性などによって決定される。そして定性的に言えば、温度が高いほど応答が速くなり、温度が低いほど応答が遅くなる。この問題に対して、特許文献1には、前述のオーバードライブ補正を行う際に液晶パネルの周辺温度も考慮して、映像信号のフレームレートを変化させる技術が開示されている。
特開2002−108294号公報(図3等)
液晶プロジェクタでは、適正なホワイトバランスを得るために、R、G、B三原色に対応した三枚の液晶パネルに照射する光量がそれぞれ異なったものとなる。そのため、液晶パネル間で、光照射による温度上昇に差が生じる。光照射による温度上昇は、照射される光のエネルギに依存する。例えば、投射照度2000lm程度の液晶プロジェクタにおいて、液晶パネルに照射される光エネルギは、R、G、B各色それぞれ、1300mW/cm、2000mW/cm、1800mW/cm程度である。そのため、G光用及びB光用の液晶パネルは温度が高くなるので液晶が高速に応答し、R光用の液晶パネルは温度が最も低くなるので応答速度が遅くなる。この結果として、液晶プロジェクタで動きの早い動画を表示すると、各色に対応する液晶パネルの応答速度の不均一性のため、輪郭部に色の異なるにじみが尾を引く現象が現れる。
また、特許文献1では、温度変化による液晶パネルの応答速度の変化を、液晶パネルに供給する映像信号のフレームレートを変換して調整するときに、RGB全ての色信号に対して同一の応答速度補正を施していた。そのため、三原色に対して三枚の液晶パネルを用いる三板式液晶プロジェクタでは、個々の液晶パネルの応答速度に差が出る問題を解決できない。
そこで、本発明の目的は、三板式液晶プロジェクタに用いられるR、G、B各色用の三枚の液晶パネルに、異なるエネルギの光が照射されることで個々の液晶パネルに温度差が生じた場合でも、各液晶パネルの応答速度を均一化することにより動画表示時の画質を改善することにある。
本発明に係る駆動装置(請求項1)は、複数の色毎に複数枚の液晶パネルに画像を表示し、これらの画像を合成して一つの画像を得る液晶表示装置に用いられる、液晶パネルの駆動装置であり、温度検出手段と補正手段とを備えている。温度検出手段は、液晶パネル毎に、液晶パネルの温度を直接的又は間接的に検出する。補正手段は、液晶パネル毎にそれぞれ別々に、温度検出手段で検出された温度に応じた補正量制御値と、前フレームに表示した映像信号と、現フレームに表示すべき映像信号との少なくとも三つの変数に基づき、現フレームに表示する補正後の映像信号を決定する。
適正なホワイトバランスを得ようとすると、結果的に、複数枚の液晶パネルにそれぞれ異なるエネルギの光を照射しなければならなくなる。そのため、液晶パネル間で、温度差が生じ、これに起因して応答速度差が生じる。そこで、液晶パネル毎に温度を検出し、その温度のデータも使用して、液晶パネル毎に映像信号にオーバードライブ補正を施す。これにより、各液晶パネルの応答速度が均一化されるので、動画表示時の画質が改善される。
請求項2記載の駆動装置は、請求項1記載の駆動装置において補正手段が次の構成を有する。補正手段は、前フレームのディジタル化された映像信号を一方のアドレス値とし、現フレームのディジタル化された映像信号を他方のアドレス値とし、これらの両方のアドレス値で決定される位置に現フレームの補正後の映像信号を記録したルックアップテーブルを、補正量制御値のとり得る数だけ有する。
例えば、補正量制御値が1から100までの整数で表されるとき、補正量制御値のとり得る数は100個である。このとき、補正手段は、例えば縦軸を前フレーム映像信号とし、横軸を現フレーム映像信号とするルックアップテーブルを、補正量制御値に応じた100個分有する。したがって、三つの変数を入力すれば、ルックアップテーブルによって、現フレームに表示する補正後の映像信号を瞬時に決定することができる。
請求項3記載の駆動装置は、請求項1記載の駆動装置において補正手段が次の構成を有する。補正手段は、前フレームのディジタル化された映像信号を一方のアドレス値とし、現フレームのディジタル化された映像信号を他方のアドレス値とし、これらの両方のアドレス値で決定される位置に現フレームの補正後の映像信号を記録したルックアップテーブルを有し、このルックアップテーブルで得られた現フレームの補正後の映像信号を補正量制御値に応じて更に補正する。
補正手段は、例えば縦軸を前フレーム映像信号とし、横軸を現フレーム映像信号とするルックアップテーブルを一つ有する。そのため、これらの二つの変数を入力すれば、ルックアップテーブルによって、現フレームの補正後の映像信号(初期値)が得られる。続いて、この初期値と補正量制御値とを演算式に代入することによって、現フレームに表示する補正後の映像信号(最終値)を決定することができる。本発明では、ルックアップテーブルに要するメモリ容量が少なくて済む。
請求項4記載の駆動装置は、請求項1記載の駆動装置において、信号源から一画面分の映像信号が供給されるフレーム期間内に、液晶パネルに一画面分の映像信号を複数回書き込む複数回書き込み手段を更に備えている。この複数回書き込み手段は、補正手段によって決定された現フレームの補正後の映像信号を、複数回のうちの少なくとも一回分書き込む。
例えば、複数回が二回であるとき、一回目は補正後の現フレームの映像信号を書き込み、二回目は補正前の現フレームの映像信号を書き込む。本発明では、単位時間内で液晶画素に電荷を供給する回数が増えるため、液晶分子の配列変化に対する電圧変動をより小さくすることができ、応答速度の改善効果を高くすることができる。
請求項5記載の駆動装置は、請求項4記載の駆動装置において、補正手段が次の機能を有する。補正手段は、複数回のうちの何回目であるかを四つ目の変数とし、これらの変数に基づき、現フレームに表示する補正後の映像信号を決定する。
つまり、複数回のうちの何回目であるかによって、現フレームに表示する補正後の映像信号を変える。例えば、複数回が二回であるとき、一回目は通常よりも大きめに補正した現フレームの映像信号を書き込み、二回目は通常よりも小さ目に補正した現フレームの映像信号を書き込む。このとき、一回目で液晶画素の電圧変化をより大きくし、二回目でそれを収束させることにより、より応答速度を高めることができる。その理由は、液晶分子の応答速度は電圧が大きいほど速くなるからである。
請求項6の駆動装置は、請求項1〜5記載の駆動装置において、温度検出手段は、少なくとも一枚の液晶パネルの温度を検出し、補正手段は、少なくとも一枚の液晶パネルについて、現フレームに表示する補正後の映像信号を決定する、というものである。このように、必ずしも全ての液晶パネルに対して、温度を検出して映像信号を補正する必要はない。また、複数枚の液晶パネルは赤色、緑色及び青色の各画像を表示する三枚からなるとしてもよく(請求項7)、液晶表示装置が液晶プロジェクタであるとしてもよい(請求項8)。
本発明に係る駆動方法(請求項9〜16)は、本発明に係る駆動装置(請求項1〜8)の動作を方法として表現したものである。
本発明に係る液晶プロジェクタ(請求項17)は、本発明に係る駆動装置と、この駆動装置によって駆動され赤色、緑色及び青色の各画像を表示する三枚の液晶パネルと、これらの液晶パネルに表示された画像を合成して一つの画像としてスクリーンに投射する光学系と、を備えたものである。この液晶プロジェクタは、フロントタイプとしてもリアタイプとしてもよい。
また、本発明は、次のように言い換えることができる。
R光用、B光用、G光用三枚の液晶パネルを有する液晶表示装置において、三枚の液晶パネルの少なくとも一枚の液晶パネルの温度、又は、三枚の液晶パネルの少なくとも一枚の液晶パネルの周辺温度、又は、液晶表示装置の所定の場所の温度を検出する手段と、検出された温度に応じて三枚の液晶パネルに供給する映像信号に加える補正量を、液晶パネル毎にそれぞれ変化させる補正手段と、を有することを特徴とする液晶表示装置。
R光用、B光用、G光用三枚の液晶パネルを有する液晶表示装置において、三枚の液晶パネルの少なくとも一枚の液晶パネルの温度、又は、三枚の液晶パネルの少なくとも一枚の液晶パネルの周辺温度、又は、液晶表示装置の所定の場所の温度を検出する手段と、検出された温度に応じてR光用液晶パネルに供給する映像信号に加える補正量を変化させる補正手段と、を有することを特徴とする液晶表示装置。
前フレームに表示した映像信号と、現フレームに表示すべき映像信号と、補正量を制御する値の三つの変数により、現フレームに表示する補正後の信号が決定される補正手段を有することを特徴とする前述の液晶表示装置。
少なくともR、G、B三原色の一フレーム分の映像信号を保持するメモリ手段と、メモリ手段に保持された前フレームのディジタル化された映像信号と現フレームのディジタル化された映像信号とをアドレス値とし、これらのアドレス値で決定される位置に現フレームの映像信号の補正後の値を記録したルックアップテーブルを、補正量を制御する信号の分解能の数だけ設けた補正手段を有する前述の液晶表示装置。
液晶表示装置に外部から一画面分の映像信号が供給されるフレーム期間内に、液晶パネルに二回以上一画面分の映像信号を書き込む手段、を有する前述の液晶表示装置。
液晶表示装置に外部から一画面分の映像信号が供給されるフレーム期間内に液晶パネルに二回以上一画面分の映像信号を書き込む手段を有し、一回目に液晶パネルに書き込まれる映像信号に対して施される補正処理の補正量と、それ以降に書き込まれる映像信号に施される補正処理の補正量とが異なる補正処理を行う手段を有することを特徴とする前述の液晶表示装置。
R光用、B光用、G光用の三枚の液晶パネルを有する液晶表示装置において、三枚の液晶パネルの少なくとも一枚の液晶パネルの温度、又は、三枚の液晶パネルの少なくとも一枚の液晶パネルの周辺温度、又は、液晶表示装置の所定の場所の温度を検出し、検出された温度に応じて三枚の液晶パネルに供給する映像信号に加える補正量を、液晶パネル毎にそれぞれ変化させることを特徴とする駆動方法。
R光用、B光用、G光用の三枚の液晶パネルを有する液晶表示装置において、三枚の液晶パネルの少なくとも一枚の液晶パネルの温度、又は、三枚の液晶パネルの少なくとも一枚の液晶パネルの周辺温度、又は、液晶表示装置の所定の場所の温度を検出し、検出された温度に応じてR光用の液晶パネルに供給する映像信号に加える補正量を変化させることを特徴とする駆動方法。
映像信号に加える補正方法が、前フレームに表示した映像信号と、現フレームに表示すべき映像信号と、補正量を制御する値との三つの変数により、現フレームに表示する補正後の信号が決定されることを特徴とする前述の駆動方法。
少なくともR、G、B三原色の一フレーム分の映像信号を保持するメモリ手段と、メモリ手段に保持された前フレームのディジタル化された映像信号と現フレームのディジタル化された映像信号とをアドレス値とし、これらのアドレス値で決定される位置に現フレームの映像信号の補正後の値を記録したルックアップテーブルを、補正量を制御する値の分解能の数だけ複数設け、補正量を変化させる際に、補正に用いる複数のルックアップテーブルを切り替えることで実現する前述の駆動方法。
液晶表示装置に外部から一画面分の映像信号が供給されるフレーム期間内に、液晶パネルに二回以上一画面分の映像信号を書き込むことを特徴とする前述の駆動方法。
液晶表示装置に外部から一画面分の映像信号が供給されるフレーム期間内に、液晶パネルに二回以上一画面分の映像信号を書き込む動作を行い、一回目に液晶パネルに書き込まれる映像信号に対して施される補正処理の補正量と、それ以降に書き込まれる映像信号に施される補正処理の補正量とが異なることを特徴とする前述の液晶駆動方法。
R光用、B光用、G光用の三枚の液晶パネルを有する液晶表示装置において、前述の駆動方法を用いることを特徴とする液晶プロジェクタ及びその駆動方法。
本発明によれば、液晶パネル毎に温度を検出し、検出温度に応じた補正量制御値、前フレームに表示した映像信号及び現フレームに表示すべき映像信号に基づき、現フレームに表示する補正後の映像信号を液晶パネル毎に決定することにより、液晶パネル間で温度差が生じても、各液晶パネルの応答速度を均一化できるので、動画表示等の画質を向上できる。また、本発明によれば、請求項毎に「課題を解決するための手段」で述べた効果を奏する。
更に、本発明の効果は、次のように言い換えることができる。
第一の効果は、三枚の液晶パネルの応答速度不均一性に起因する、動画表示時のいわゆる「画像の尾引き」などの問題を解決できることである。その理由は、R、G、Bそれぞれの液晶パネルに照射される光エネルギが異なるため、液晶パネルを冷却する装置でその差を補償することができずに、それぞれの液晶パネルが異なる温度になった場合でも、それら液晶パネルの温度を検出することにより各液晶パネルの応答速度を推測し、その応答速度差を補償するようにR、G、Bそれぞれの液晶パネルに供給される映像信号に、異なる量の補正を加えることで応答速度を均一化できるからである。
第二の効果は、液晶プロジェクタの開発コストを低く抑えられることである。その理由は、本発明では、液晶プロジェクタ内の三枚の液晶パネルの温度変化を測定し、そのデータに基づき信号補正量を制御することにより応答速度の均一化を実現するため、液晶プロジェクタの冷却系を設計する時点で、三枚の液晶パネルの温度差を厳密に均一化する必要がないためである。これにより、冷却系の設計を容易にすることが可能となり、結果として開発コストを低く抑えることができるのである。
第三の効果は、液晶プロジェクタの小型化が実現できることである。その理由は、本発明によれば、三枚の液晶パネルの温度を厳密に均一化する必要がないため冷却系を簡素化でき、結果として液晶プロジェクタの筐体を小型化できるからである。
次に、本発明に係る駆動装置の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明に係る駆動方法は、本発明に係る駆動装置の動作に相当する。
図1は、本発明に係る駆動装置の第一実施形態を示すブロック図である。以下、この図面に基づき説明する。
本実施形態の駆動装置10は、メモリブロック11、温度検出ブロック12、補正量制御ブロック13、補正回路ブロック14、パネル制御ブロック15等から構成される電子回路であり、三板式液晶プロジェクタに用いられる。メモリブロック11は、信号源16から供給されるR,G,B各色の映像信号を、少なくとも一フレーム期間保持する。温度検出ブロック12は、液晶パネル17の温度又はその周辺の温度を検出する。補正量制御ブロック13は、映像信号に施す補正量を制御する。補正回路ブロック14は、メモリブロック11に保持された前フレームの映像信号と、現フレームの映像信号と、補正量制御ブロック13からの入力値(補正量)とに基づき、液晶パネル17に供給する映像信号に補正演算を施す。パネル制御ブロック15は、液晶パネル17を制御する。
R,G,B各色の映像信号に対応して、メモリブロック11はフレームメモリ11R,11G,11Bからなり、補正回路ブロック14は補正演算部14R,14G,14Bからなり、液晶パネル17はパネル17R,17G,17Bからなる。また、図示しないが、駆動装置10は、システム全体を制御する制御回路ブロック、各種電圧を生成する電源ブロック等を備える他、必要に応じADC(アナログ−ディジタル−コンバータ)等も備える。このADCは、信号源16から出力される映像信号がアナログ信号であり、かつ補正処理をディジタル回路で構成する場合に、そのアナログ信号をディジタル信号へ変換するものである。
次に、駆動装置10の動作について説明する。まず、信号源16から供給された映像信号は、補正回路ブロック14及びメモリブロック11へ供給される。メモリブロック11は、新たに信号源16から供給された現フレームの映像信号を保持する前に、既に保持されている前フレームの映像信号を読み出して補正回路ブロック14へ供給する。温度検出ブロック12は、ある一定期間毎にパネル17R,17G,17B又はその周辺の温度を検出し、その結果を補正量制御ブロック13へ転送する。補正量制御ブロック13は、温度検出ブロック12からの温度検出信号に基づき、映像信号に対して行う補正量を制御する信号をパネル17R,17G,17B毎に算出し、その結果を補正回路ブロック14へ供給する。パネル制御ブロック15は、信号源16からの同期信号を受け、液晶パネル17を動作させる制御パルスを生成する。
なお、特許請求の範囲における「温度検出手段」は温度検出ブロック12に相当し、同じく「補正手段」はメモリブロック11、補正量制御ブロック13及び補正回路ブロック14に相当する。
図2は、図1における補正演算部を示すブロック図である。以下、図1及び図2に基づき説明する。
補正演算部14R,14G,14Bは、VT補正回路140,141、オーバードライブ補正回路142、相展開回路143、DAC(ディジタル−アナログ−コンバータ)144〜149等から構成されている。図中、信号の経路として、VT補正回路140,141→オーバードライブ補正回路142→相展開回路143→DAC144〜149の順に結線されているが、VT補正回路140,141、オーバードライブ補正回路142及び相展開回路143の結線順は任意でよい。例えば、回路の動作速度を下げたい場合は相展開回路143を初段にすることが望ましく、また回路の規模を小さくしたい場合は相展開回路143を最終段に配置することが望ましい。D−A変換は、VT補正、オーバードライブ補正等をディジタル処理した場合に、そのディジタル信号を液晶パネル17に入力可能なアナログ信号へ変換するために必要となる処理であり、これらの処理を全てアナログ回路で実現する場合には必要ない。
次に、補正演算部14R,14G,14Bの動作について説明する。まず、VT補正回路140,141は、入力した前フレームの映像信号V0及び現フレームの映像信号V1に対しVT補正を行い、それらの結果をオーバードライブ補正回路142へ出力する。VT(電圧−透過率)補正とは、液晶パネル17へ出力する信号電圧に対する透過光量の非線形性を補正することであり、通常、その特性が書き込まれたLUT(ルックアップテーブル)を参照することで行われる。オーバードライブ補正回路142は、VT補正回路140,141からの出力信号と補正量制御ブロック13からの出力信号とに基づき、R,G,Bそれぞれの信号に対し独立した補正量のオーバードライブ補正を行う。オーバードライブ補正は、前回表示した映像信号V0、今回表示する映像信号V1、及び補正量を制御する制御信号Aに基づき、補正後の映像信号Vを出力する演算処理である。その後、相展開回路143は、液晶パネル17へ出力するアナログ信号の数だけ、補正後の映像信号Vを相展開する。相展開とは、液晶パネル17へ出力するアナログ信号の数だけ、映像信号Vを並列展開する処理である。最後に、DAC144〜149は、相展開された映像信号VをD−A(ディジタル−アナログ)変換し、これを液晶パネル17へ供給する。
図3は、本発明に係る駆動装置の第二実施形態を示すブロック図である。以下、この図面に基づき説明する。ただし、図1と同じ部分は同じ符号を付すことにより説明を省略する。
本実施形態の駆動装置20は、メモリブロック21、温度検出ブロック22、補正量制御ブロック23、補正回路ブロック24、演算ブロック25、パネル制御ブロック15等から構成される電子回路であり、三板式液晶プロジェクタに用いられる。メモリブロック21は、信号源16から供給されるR色の映像信号を、少なくとも一フレーム期間保持する。温度検出ブロック22は、パネル17Rの温度又はその周辺の温度を検出する。補正量制御ブロック23は、映像信号に施す補正量を制御する。補正回路ブロック24は、メモリブロック21に保持された前フレームの映像信号と、現フレームの映像信号と、補正量制御ブロック23からの入力値(補正量)とに基づき、パネル17G,17Bに供給される映像信号に補正演算を施す。演算ブロック25は、現フレームの映像信号に基づき、パネル17Rに供給する映像信号を補正することなく演算する。パネル制御ブロック15は、液晶パネル17を制御する。
R色の映像信号のみに対応して、メモリブロック21はフレームメモリ21Rのみからなり、補正回路ブロック24は補正演算部24Rのみからなる。その他の構成は、第一実施形態と同様である。本実施形態では、パネル17Rのみについて温度を検出し、この温度を含めてパネル17Rの映像信号を補正することにより、構成を簡素化している。一般的な液晶プロジェクタでは、パネル17G,17Bに比べてパネル17Rの温度が低くなる。そこで、本実施形態では、パネル17Rの応答速度をパネル17G,17Bに合わせるように、パネル17Rの映像信号を補正している。
なお、特許請求の範囲における「温度検出手段」は温度検出ブロック22に相当し、同じく「補正手段」はメモリブロック21、補正量制御ブロック23及び補正回路ブロック24に相当する。
図4は、図3における演算部を示すブロック図である。以下、図3及び図4に基づき説明する。
演算部25G,25Bは、VT補正回路250、相展開回路251、DAC252〜257等で構成される。補正演算部24Rは、図2に示した構成のものを用いることができる。本実施形態は、パネル17Rの映像信号のみに対して、温度に基づく補正をする。しかし、パネル17Gとパネル17Bとの温度に大きな差が生ずる場合は、パネル17Rに加えパネル17G,17Bのどちらか一方に供給する映像信号に同様の補正をする構成にしてもよい。その際、パネル17G,17Bのうち、温度の低い方を選択することが望ましい。
次に、駆動装置20の動作について説明する。ただし、動作の大半は第一実施形態と同様であるので、異なる部分である演算ブロック25の動作についてのみ説明する。VT補正回路250は、現フレームの映像信号に対しVT補正を行う。続いて、相展開回路251は、VT補正された映像信号に対して、液晶パネル17へ出力するアナログ信号の数だけ相展開する。最後に、DAC回路252〜257は、相展開されたディジタル信号をアナログ信号に変換して液晶パネル17へ供給する。
図5は、本発明に係る駆動装置の第三実施形態を示すブロック図である。以下、この図面に基づき説明する。ただし、図1と同じ部分は同じ符号を付すことにより説明を省略する。
本実施形態の駆動装置30は、周波数変換ブロック31、メモリブロック11、温度検出ブロック12、補正量制御ブロック13、補正回路ブロック14、パネル制御ブロック15等から構成される電子回路であり、三板式液晶プロジェクタに用いられる。周波数変換ブロック31は、信号源16から供給されるR、G、B各色の映像信号を、少なくとも2倍以上のフレーム周波数に変換する。メモリブロック11は、周波数変換ブロック31から出力されるR,G,B各色の映像信号を、少なくとも一フレーム期間保持する。温度検出ブロック12は、液晶パネル17の温度又はその周辺の温度を検出する。補正量制御ブロック13は、映像信号に施す補正量を制御する。補正回路ブロック14は、メモリブロック11に保持された前フレームの映像信号と、現フレームの映像信号と、補正量制御ブロック13からの入力値(補正量)とに基づき、液晶パネル17に供給する映像信号に補正演算を施す。パネル制御ブロック15は、液晶パネル17を制御する。
R,G,B各色の映像信号に対応して、周波数変換ブロック31はフレームメモリ31R,31G,31Bからなり、メモリブロック11はフレームメモリ11R,11G,11Bからなり、補正回路ブロック14は補正演算部14R,14G,14Bからなり、液晶パネル17はパネル17R,17G,17Bからなる。
補正回路ブロック14内の構成は、図2に示したものと同一である。周波数変換ブロック31は、R,G,B各色の映像信号に対して少なくとも二画面分の映像信号を保持できるフレームメモリ31R,31G,31Bを設けることにより実現できる。
次に、駆動装置30の動作について説明する。外部から供給される映像信号は周波数変換ブロック31において、入力された映像信号のフレーム周波数の少なくとも二倍のフレーム周波数に変換され出力される。この周波数変換は、R,G,B各信号に対し少なくとも二画面分の映像信号を保持できるフレームメモリ31R,31G,31Bをそれぞれ2つのバンクに分け、一方のバンクに外部から入力された映像信号を書き込むと同時に、他方のバンクに保持されている映像信号を、外部から入力された映像信号の同期周波数の2倍以上の速度で読み出すことにより実現できる。それ以降の処理は、第一実施形態の動作とほぼ同様である。
なお、特許請求の範囲における「温度検出手段」は温度検出ブロック12に相当し、同じく「補正手段」はメモリブロック21、補正量制御ブロック23及び補正回路ブロック24に相当し、同じく「複数回書き込み手段」は周波数変換ブロック31、メモリブロック21及び補正回路ブロック24に相当する。
次に、本発明の実施形態を更に具体化した実施例について、図面を用いながら説明する。
図6は、図1の駆動装置を用いた液晶プロジェクタの一例を示す構成図である。以下、図1及び図6に基づき説明する。ただし、図1と同じ部分は同じ符号を付すことにより説明を省略する。
液晶プロジェクタ40は、駆動装置10、温度センサ12R,12G,12B、液晶のパネル17R,17G,17B、光源ランプ41、色分離ミラー42,43、ミラー44〜46、合成プリズム47、投射レンズ48、冷却用ファン49等を備えている。図1中の温度検出ブロック12に、温度センサ12R,12G,12Bが付設されている。温度センサ12R,12G,12Bは、それぞれ液晶パネル17R,17G,17Bに取り付けられている。
光源ランプ41から出射された光は、色分離ミラー42,43によってR,G,Bそれぞれの波長域の光に分離され、それぞれR用、G用、B用のパネル17R,17G,17Bに照射される。また、図示しないが、パネル17R,17G,17Bの前後には、偏光板が配置されている。それぞれのパネル17R,17G,17Bを透過した光は、合成プリズム47によってカラー画像に合成され、投射レンズ48を通してスクリーン(図示せず)に出射される。
合成プリズム47の下方には、パネル17R,17G,17B及び偏光板を冷却するための冷却用ファン49が設けられている。また、各パネルパネル17R,17G,17Bの近傍には温度センサ12R,12G,12Bが設けられている。駆動装置10は図1に示した各回路ブロックで構成されており、温度センサ12R,12G,12Bの出力信号は温度検出ブロック12に入力される。本実施例では、パネル17R,17G,17Bのそれぞれに、その近傍の温度を検出する温度センサ12R,12G,12Bを配置している。しかし、この温度センサは、三枚のパネルのどれか一つ若しくは二つに配置してもよく、又は液晶プロジェクタ40内のどこか一箇所以上に配置してもよい。その場合、その温度センサの出力信号と各パネルの温度との関係を予め実測しておき、その関係をデータとして補正量制御ブロック13に保持しておく。
なお、特許請求の範囲における「光学系」は、光源ランプ41、色分離ミラー42,43、ミラー44〜46、合成プリズム47及び投射レンズ48に相当する。
図7は、図2のオーバードライブ補正回路の第一例を示す構成図である。以下、図1、図2及び図7に基づき説明する。
オーバードライブ補正回路142で用いられるLUTは、横軸を現フレームに表示すべき映像信号とし、縦軸を前フレームに表示した映像信号としたマトリクス状のテーブルからなり、それぞれの交点に実際にパネル17R,17G,17Bに印加する電圧データが保持されている。このテーブルは、パネル17R,17G,17B毎にn個ずつ用意されている。本実施例では、補正量制御信号Aが0から1までの離散的な値を取るものとして、その値毎に異なるテーブルが用意されている。また、その各テーブルは、現フレームの映像信号及び前フレームの映像信号ともに、64階調のデータである。
このテーブルの作り方について説明する。まず、例えば式(3)に、図12に示す定常状態における液晶容量と印加電圧との関係を用い、補正量最大となるテーブルを作成する。続いて、それ以外の補正量に対応するテーブルは、補正前の映像信号と補正量最大となる映像信号との差分に補正係数を掛け、その値を補正前のデータに加算することにより求める。また、実験的に補正量を変化させながら応答速度を測定して作成してもよい。補正量制御ブロック13は、例えばパネル17R,17G,17Bの温度毎の補正量が記述されたテーブルで構成することができる。このテーブルは、パネル17R,17G,17Bの温度を実際に測定し、その時のパネル17R,17G,17Bの応答速度を測定することにより作製できる。
次に、動作について説明する。まず、温度検出ブロック12でパネル17R,17G,17Bの温度を定期的に検出する。その検出結果に基づき補正量制御ブロック13で、各パネル17R,17G,17Bの映像信号に施される補正量が決定される。一方、信号源16から供給される現フレームで表示すべき映像信号は、補正回路ブロック14及びメモリブロック11へ供給される。メモリブロック11では、現フレームでの映像信号をフレームメモリ11R,11G,11Bに書き込む前に、前フレームの映像信号をフレームメモリ11R,11G,11Bから読み出し補正回路ブロック14へ供給する。補正回路ブロック14では、現フレームの映像信号と前フレームの映像信号とがそれぞれVT補正され、その信号と補正量制御信号とがオーバードライブ補正回路142へ供給される。オーバードライブ補正回路142では、補正量制御信号に応じてLUTのあるテーブルが選択され、そのテーブルを用い実際に液晶パネル17に印加する電圧が決定される。その後、相展開及びDACが行われ、液晶パネル17に供給される。
この駆動方法により、パネル17R,17G,17Bに温度差が生じた場合でも、それぞれのパネル17R,17G,17Bに異なるオーバードライブ補正を行うため、液晶分子の応答速度に差が生じず、動画表示時の「尾引き」問題が発生しない。また、本実施例の構成では、補正演算をLUTで行うため、高速に動作させることができ、高解像度液晶パネルにも容易に適用できる。
図8は、図2におけるオーバードライブ補正回路の第二例を示す構成図である。以下、図1、図2及び図8に基づき説明する。
本実施例では、補正に用いるLUTを各パネル17R,17G,17Bに一つしか設けない。その代わり、LUTの出力に補正量制御信号Aを乗算し、その値に現フレームでの映像信号を加算させる回路を設けている。このLUTは、例えば式(3)によって算出される補正後の信号と、補正を行わない場合の信号との差分信号dVを記録することで、前述の方法により補正処理が実現できる。LUTに記録する値として、式(4)に示す式を用いると、先に示した演算結果V1’は、式(5)に示す値となり、結果として補正量制御信号Aが1の場合に補正量最大となり、Aが0の場合に補正を行わない結果となる。
dV={(Clc(V1)+Cst)/(Clc(V0)+Cst)−1}V1 ・・・(4)
V1’=A{(Clc(V1)+Cst)/(Clc(V0)+Cst)−1}V1+V1 ・・・(5)
この駆動方法により、パネル17R,17G,17Bに温度差が生じた場合でも、それぞれのパネル17R,17G,17Bに異なるオーバードライブ補正を行うため、液晶分子の応答速度に差が生じず、動画表示時の「尾引き」問題が発生しない。またこの方法によれば、LUTに必要な記録容量を少なくすることができるため、回路規模を小さくすることができ、更に補正量制御を細かくとることができ、精度良く応答速度の制御が実現できる。
図9[1]は、図5の駆動装置における動作の第一例を示すフローチャートである。以下、図5及び図9[1]に基づき説明する。
本実施例が用いられる液晶プロジェクタは実施例1で示した構成と同一であり、駆動装置30の構成は図5に示すとおりでよい。本実施例では、信号源16から一画面分の映像信号が送られてくる一フレーム期間に、液晶パネル17を二回表示させる例を示している。まず、信号源16からの映像信号が更新された場合(ステップ101)、その更新された映像信号を現フレームの映像信号とし、その前に信号源16から供給された映像信号を前フレームの映像信号として、実施例1又は実施例2で示した方法で補正を行い(ステップ102)、一回目の表示動作を行う(ステップ103)。二回目の表示動作では、前フレームの映像信号の代わりに現フレームの映像信号を補正回路ブロック14に供給することで、結果として補正処理を行わずに表示動作を行う(ステップ104,105)。
この駆動方法では、単位時間内で液晶画素に電荷を供給する回数が増えるため、液晶分子の配列変化に対する電圧変動をより小さくすることができ、応答速度の改善効果を高くすることができる。
図9[2]は、図5の駆動装置における動作の第二例を示すフローチャートである。以下、図5及び図9[2]に基づき説明する。
本実施例では、信号源16から一画面分の映像信号が送られてくる一フレーム期間に、液晶パネル17を二回表示させる例を示している。まず、信号源16からの映像信号が更新された場合(ステップ201)、その更新された映像信号を現フレームの映像信号とし、その前に信号源16から供給された映像信号を前フレームの映像信号として、実施例1又は実施例2で示した方法で補正を行い(ステップ202)、一回目の表示動作を行う(ステップ203)。二回目の表示動作でも、前フレームの映像信号と、現フレームでの映像信号とで補正処理を行うが、一回目の補正量とは異なる量の補正を行う(ステップ204,205)。この補正は、二回目の補正処理用に別途LUTを設けることで簡単に実現できる。
この駆動方法では、単位時間内で液晶画素に電荷を供給する回数が増えるため、液晶分子の配列変化に対する電圧変動をより小さくすることができ、応答速度の改善効果を高くすることができる。この効果の他に、一回目に式(3)で示した補正量よりも大きな補正を施し、液晶画素の電圧変化をより大きくし、二回目でそれを収束させる補正を付け加えることで、より応答速度を高めることができる。その理由は、液晶分子の応答速度は電圧が大きいほど速くなるからである。
本発明に係る駆動装置の第一実施形態を示すブロック図である。 図1における補正演算部を示すブロック図である。 本発明に係る駆動装置の第二実施形態を示すブロック図である。 図3における演算部を示すブロック図である。 本発明に係る駆動装置の第三実施形態を示すブロック図である。 図1の駆動装置を用いた液晶プロジェクタの一例を示す構成図である。 図2におけるオーバードライブ補正回路の第一例を示す構成図である。 図2におけるオーバードライブ補正回路の第二例を示す構成図である。 図5の駆動装置の動作を示すフローチャートであり、図9[1]は第一例、図9[2]は第二例である。 従来の液晶プロジェクタを示す構成図である。 液晶プロジェクタに用いられる液晶パネルを示す構成図である。 液晶パネルにおける印加電圧と液晶容量との関係の一例を示すグラフである。
符号の説明
10,20,30 駆動装置
11,21 メモリブロック(補正手段、複数回書き込み手段)
11R,11G,11B,21R,31R,31G,31B フレームメモリ
12,22 温度検出ブロック(温度検出手段)
12R,12G,12B 温度センサ(温度検出手段)
13,23 補正量制御ブロック(補正手段)
14,24 補正回路ブロック(補正手段、複数回書き込み手段)
142 オーバードライブ補正回路
14R,14G,14B,24R 補正演算部
16 信号源
17 液晶パネル
17R,17G,17B パネル(液晶パネル)
25 演算ブロック
25G,25B 演算部
31 周波数変換ブロック(複数回書き込み手段)
40 液晶プロジェクタ(液晶表示装置)
V0 前フレームの映像信号
V1 現フレームの映像信号
A 補正量制御信号(補正量制御値)

Claims (17)

  1. 複数の色毎に複数枚の液晶パネルに画像を表示し、これらの画像を合成して一つの画像を得る液晶表示装置に用いられる、前記液晶パネルの駆動装置において、
    前記液晶パネル毎に、当該液晶パネルの温度を直接的又は間接的に検出する温度検出手段と、
    前記液晶パネル毎にそれぞれ別々に、前記温度検出手段で検出された温度に応じた補正量制御値と、前フレームに表示した映像信号と、現フレームに表示すべき映像信号との少なくとも三つの変数に基づき、現フレームに表示する補正後の映像信号を決定する補正手段と、
    を備えたことを特徴とする液晶パネルの駆動装置。
  2. 前記補正手段は、前フレームのディジタル化された映像信号を一方のアドレス値とし、現フレームのディジタル化された映像信号を他方のアドレス値とし、これらの両方のアドレス値で決定される位置に前記現フレームの補正後の映像信号を記録したルックアップテーブルを、前記補正量制御値のとり得る数だけ有する、
    請求項1記載の液晶パネルの駆動装置。
  3. 前記補正手段は、前フレームのディジタル化された映像信号を一方のアドレス値とし、現フレームのディジタル化された映像信号を他方のアドレス値とし、これらの両方のアドレス値で決定される位置に前記現フレームの補正後の映像信号を記録したルックアップテーブルを有し、このルックアップテーブルで得られた前記現フレームの補正後の映像信号を前記補正量制御値に応じて更に補正する、
    請求項1記載の液晶パネルの駆動装置。
  4. 信号源から一画面分の映像信号が供給されるフレーム期間内に、前記液晶パネルに一画面分の映像信号を複数回書き込む複数回書き込み手段を更に備え、
    この複数回書き込み手段は、前記補正手段によって決定された前記現フレームの補正後の映像信号を、前記複数回のうちの少なくとも一回分書き込む、
    請求項1記載の液晶パネルの駆動装置。
  5. 前記補正手段は、前記複数回のうちの何回目であるかを四つ目の変数とし、これらの四つの変数に基づき、前記現フレームに表示する補正後の映像信号を決定する、
    請求項4記載の液晶パネルの駆動装置。
  6. 前記温度検出手段は、少なくとも一枚の前記液晶パネルの温度を検出し、
    前記補正手段は、少なくとも一枚の前記液晶パネルについて、前記現フレームに表示する補正後の映像信号を決定する、
    請求項1乃至5記載の液晶パネルの駆動装置。
  7. 前記複数枚の液晶パネルは、赤色、緑色及び青色の各画像を表示する三枚からなる、
    請求項1乃至6記載の液晶パネルの駆動装置。
  8. 前記液晶表示装置が液晶プロジェクタである、
    請求項1乃至7記載の液晶パネルの駆動装置。
  9. 複数の色毎に複数枚の液晶パネルに画像を表示し、これらの画像を合成して一つの画像を得る液晶表示装置に用いられる、前記液晶パネルの駆動方法において、
    前記液晶パネル毎に、当該液晶パネルの温度を直接的又は間接的に検出する温度検出ステップと、
    前記液晶パネル毎にそれぞれ別々に、前記温度検出ステップで検出された温度に応じた補正量制御値と、前フレームに表示した映像信号と、現フレームに表示すべき映像信号との少なくとも三つの変数に基づき、現フレームに表示する補正後の映像信号を決定する補正ステップと、
    を備えたことを特徴とする液晶パネルの駆動方法。
  10. 前記補正ステップは、前フレームのディジタル化された映像信号を一方のアドレス値とし、現フレームのディジタル化された映像信号を他方のアドレス値とし、これらの両方のアドレス値で決定される位置に前記現フレームの補正後の映像信号を記録したルックアップテーブルを、前記補正量制御値のとり得る数だけ有する、
    請求項9記載の液晶パネルの駆動方法。
  11. 前記補正ステップは、前フレームのディジタル化された映像信号を一方のアドレス値とし、現フレームのディジタル化された映像信号を他方のアドレス値とし、これらの両方のアドレス値で決定される位置に前記現フレームの補正後の映像信号を記録したルックアップテーブルを有し、このルックアップテーブルで得られた前記現フレームの補正後の映像信号を前記補正量制御値に応じて更に補正する、
    請求項9記載の液晶パネルの駆動方法。
  12. 信号源から一画面分の映像信号が供給されるフレーム期間内に、前記液晶パネルに一画面分の映像信号を複数回書き込む複数回書き込みステップを更に備え、
    この複数回書き込みステップは、前記補正手段によって決定された前記現フレームの補正後の映像信号を、前記複数回のうちの少なくとも一回分書き込む、
    請求項9記載の液晶パネルの駆動方法。
  13. 前記補正ステップは、前記複数回のうちの何回目であるかを四つ目の変数とし、これらの四つの変数に基づき、前記現フレームに表示する補正後の映像信号を決定する、
    請求項12記載の液晶パネルの駆動方法。
  14. 前記温度検出ステップは、少なくとも一枚の前記液晶パネルの温度を検出し、
    前記補正ステップは、少なくとも一枚の前記液晶パネルについて、前記現フレームに表示する補正後の映像信号を決定する、
    請求項9乃至13記載の液晶パネルの駆動方法。
  15. 前記複数枚の液晶パネルは、赤色、緑色及び青色の各画像を表示する三枚からなる、
    請求項9乃至14記載の液晶パネルの駆動方法。
  16. 前記液晶表示装置が液晶プロジェクタである、
    請求項9乃至15記載の液晶パネルの駆動方法。
  17. 請求項1乃至8のいずれかに記載の液晶パネルの駆動装置と、この駆動装置によって駆動され赤色、緑色及び青色の各画像を表示する三枚の液晶パネルと、これらの液晶パネルに表示された画像を合成して一つの画像としてスクリーンに投射する光学系と、
    を備えた液晶プロジェクタ。
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