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JP7020126B2 - 制御装置及び液晶表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、制御装置及び液晶表示装置に関する。
プロジェクタなどの液晶表示装置で動画像を表示する際には、黒挿入という制御が用いられる場合がある。黒挿入とは、映像信号の周波数を2倍にして、フレーム周期を2つの周期に時分割して、時分割した一方の周期において画像を表示し、他方の周期において黒表示とする技術である。このように他方の周期において黒表示することにより、フレーム周期毎の画像の切り替わりを鮮明にすることができる。
また、液晶表示装置で動画像を表示する際、尾引きという現象が生じる場合がある。尾引きとは、隣り合う画素間の電位差に起因して、液晶素子が意図した配向方向と異なる方向に配向することによって生じる。すなわち、尾引きとは、ある画素に属する液晶素子が、隣の画素の電位によって配向されてしまう現象である。尾引きによって液晶素子が意図しない配向方向を向くと、意図しない画像が表示されるおそれがある。例えば特許文献1には、動きのある画素を検出して電圧制御することで、尾引きを抑制する旨が記載されている。
特許第5217734号公報
しかし、黒挿入を行う場合など、フレーム周期を2つの周期に時分割する場合、尾引きは顕著となる。また、特許文献1のように尾引きを抑制する場合、動きのある画素の検出など、制御負担が大きくなる。また、隣接画素間の電圧差を小さくして尾引きを低減することも考えられるが、例えばLCOS(Liquid Crystal on Silicon)など、画素間の距離が小さい液晶表示装置においては、尾引きが適切に低減できないおそれもある。従って、尾引きを低減する技術には、改善の余地がある。
本発明は、上記課題を鑑み、尾引きを低減する制御装置及び液晶表示装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様にかかる制御装置は、フレーム周期毎に映像を表示するための映像信号に基づき液晶表示装置の駆動を制御する制御装置であって、前記フレーム周期を、第1周期、及び前記第1周期より後の第2周期に分割する周期分割部と、前記映像信号に基づき、前記液晶表示装置の液晶素子を駆動するための第1信号値と第2信号値とを算出する信号算出部と、前記第1周期において前記第1信号値で前記液晶素子を駆動させ、前記第2周期において前記第2信号値で前記液晶素子を駆動させる液晶駆動部と、を有し、前記信号算出部は、前記第2信号値と予め定めた補正係数とに基づき前記第1信号値を算出することで、前記第1信号値によって前記液晶素子を駆動した場合に前記液晶素子が設けられる液晶層を透過可能な光量を、前記第2信号値によって前記液晶素子を駆動した場合に前記液晶層を透過可能な光量よりも、少なくする。
本発明によれば、尾引きを低減することができる。
図1は、本実施形態に係る液晶表示装置の模式的な構成を示す図である。 図2は、本実施形態における液晶パネルの断面図である。 図3は、階調値とサブフレームと画素の制御との関係の例を示す図である。 図4は、本実施形態に係る制御部のブロック図である。 図5は、制御部による制御のタイムチャートの一例である。 図6は、制御部による制御フローを説明するフローチャートである。 図7は、第1比較例における制御のタイムチャートの一例である。 図8は、第2比較例における制御のタイムチャートの一例である。 図9は、変形例に係る補正係数を説明する図である。 図10は、変形例における制御のタイムチャートの一例である。
以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。
(液晶表示装置の全体構成)
図1は、本実施形態に係る液晶表示装置の模式的な構成を示す図である。図1に示すように、本実施形態に係る液晶表示装置1は、スクリーンSに、映像、より詳しくは動画像を投射する投射型の画像表示装置である。液晶表示装置1は、発光装置10と、照明光学系12と、液晶パネル14b、14g、14rと、合成光学系16と、投射光学系18とを有する。
発光装置10は、光を発生する光源を有し、光源から発生した光を、入射光L0として、照明光学系12に照射する。本実施形態では、発光装置10は、図1の例では便宜的に1つの光源としているが、入射光L0を生成するための他の光学装置を有していてもよい。
照明光学系12は、発光装置10からの入射光L0を、第1色光Lbと第2色光Lgと第3色光Lrとに分離する。本実施形態における第1色光Lb、第2色光Lg、及び第3色光Lrは、それぞれ照明光を構成する三色の色光のうちの単色成分の光である。具体的には、第1色光Lbは、青色の光であり、第2色光Lgは、緑色の光であり、第3色光Lrは、赤色の光である。第1色光Lb、第2色光Lg、及び第3色光Lrを区別しない場合は、入射光L1と記載する。
照明光学系12は、光学素子22、23、24を有する。光学素子22は、発光装置10からの入射光L0を、第1色光Lbと混色光Lgrとに分離する。光学素子22は、分離した第1色光Lbを、光学素子23に供給する。光学素子23は、光学素子22からの第1色光Lbを反射して、液晶パネル14bに供給する。ここで、混色光Lgrは、第2色光Lgと第3色光Lrとの色成分を含む色の光である。光学素子22は、分離した混色光Lgrを、光学素子24に供給する。光学素子24は、光学素子22からの混色光Lgrを、第2色光Lgと第3色光Lrとに分離する。光学素子24は、分離した第2色光Lgを、液晶パネル14gに供給し、分離した第3色光Lrを、液晶パネル14rに供給する。なお、図1に示す照明光学系12の構成は、一例である。照明光学系12は、第1色光Lb、第2色光Lg、及び第3色光Lrを、それぞれ液晶パネル14b、14g、14rに供給する構成であればよい。
液晶パネル14bは、光学素子23からの第1色光Lbを液晶素子によって変調して、変調した第1色光Lbを、出射光Lb2として出力する液晶パネルである。液晶パネル14gは、光学素子24からの第2色光Lgを液晶素子によって変調して、変調した第2色光Lgを出射光Lg2として出力する液晶パネルである。液晶パネル14rは、光学素子24からの第3色光Lrを液晶素子によって変調して、変調した第3色光Lrを出射光Lr2として出力する液晶パネルである。以下、液晶パネル14b、14g、14rを区別しない場合は、液晶パネル14と記載する。また、出射光Lb2、Lg2、Lr2を区別しない場合は、出射光L2と記載する。
本実施形態における液晶パネル14は、反射型の液晶パネルであり、さらに言えば、LCOS(Liquid Crystal on Silicon)である。ただし、液晶パネル14は、入射した光を液晶素子によって変調して出射するものであれば、反射型の液晶パネルに限られない。例えば、液晶パネル14は、透過型の液晶パネルであってもよい。また、本実施形態では、液晶パネル14b、14g、14rは、単色の出射光L2(出射光Lb2、出射光Lg2、及び出射光Lr2のいずれか)を出射する。ただし、液晶パネル14は、1つのパネルで、出射光Lb2、出射光Lg2、及び出射光Lr2の色成分が組み合わさった出射光を出射してもよい。
図2は、本実施形態における液晶パネルの断面図である。図2は、液晶パネル14bの構成を例示しているが、液晶パネル14g、14rも同様の構成である。図2に示すように、液晶パネル14bは、基板30、32と、画素電極34と、対向電極36と、液晶層37と、液晶素子38とを有する。液晶パネル14bは、各層の間に設けられる絶縁層など、その他の構成も有する場合があるが、説明を省略する。
基板30は、シリコンなどの半導体基板、ガラス基板、又は樹脂基板などである。基板32は、基板30に対向して設けられる基板である。基板32は、基板30よりも第1色光Lbの入射側に配置されている。基板32は、シリコンなどの半導体基板、ガラス基板、又は樹脂基板などであり、光を透過する部材で形成されている。
画素電極34は、基板30の、基板32側の表面に設けられている。画素電極34は、基板30の表面に複数設けられ、2次元マトリクス状に配列している。画素電極34は、制御部20の制御により、対向電極36との間に電圧が印加される電極である。すなわち、1つの画素電極34は、1つの画素を構成する。また、画素電極34は、第1色光Lbを反射する反射電極を兼ねている。画素電極34は、例えばアルミニウム又は銀製の、光を反射可能な部材で構成されている。対向電極36は、基板32の、基板30側の表面に設けられている。対向電極36は、本実施形態では、1つであり、複数の画素電極34と対向する。対向電極36は、例えばインジウム錫酸化物(Indium Tin Oxide:ITO)やインジウム亜鉛酸化物(Indium Zinc Oxide:IZO)などの、光を透過可能な導電性材料で形成される。
液晶層37は、基板30と基板32との間に設けられるスペースであり、内部に液晶素子38が封入されている。図2の上側の絵に示すように、液晶素子38は、画素電極34と対向電極36との間に電圧が印加されていない場合、一方向に配向している。本実施形態では、液晶素子38は、画素電極34と対向電極36との間に電圧が印加されていない場合、方向Z(縦方向)に配向する。方向Zは、基板30と基板32とが積層されている方向である。図2の下側の絵に示すように、液晶素子38は、画素電極34と対向電極36との間に電圧が印加されると、画素電極34と対向電極36とによって発生された電界により、配向方向が変化する。本実施形態では、印加される電圧は一定値である。従って、液晶素子38は、画素電極34と対向電極36との間に電圧が印加されると、方向Zに対し直交する方向(横方向)に配向する。ただし、液晶素子38の配向方向は、これに限られない。
液晶素子38は、画素電極34と対向電極36との間に電圧が印加されていない場合、入射してくる第1色光Lbを透過しないように配向する。この場合、図2の上側の絵に示すように、液晶パネル14bに第1色光Lbが入射されても、第1色光Lbが液晶層37に遮断され、画素電極34に到達しない。従って、液晶パネル14bは、画素電極34と対向電極36との間に電圧が印加されていない場合、出射光Lb2を出射しない。全ての液晶パネル14b、14g、14rが出射光L2を出射しない場合、黒表示となる。一方、液晶素子38は、画素電極34と対向電極36との間に電圧が印加された場合、入射してくる第1色光Lbを透過するように配向する。この場合、図2の下側の絵に示すように、液晶パネル14bに入射された第1色光Lbは、液晶層37を透過して、画素電極34に到達する。画素電極34に到達した第1色光Lbは、画素電極34で反射され、再度液晶層37を透過して、出射光Lb2として出射される。このように、液晶パネル14bは、画素電極34と対向電極36との間に電圧が印加された場合、出射光Lb2を出射する。
図1に戻り、合成光学系16は、液晶パネル14bからの出射光Lb2と、液晶パネル14gからの出射光Lg2と、液晶パネル14rからの出射光Lr2とを合成して合成光を生成する。本実施形態において、合成光学系16は、クロスダイクロイックプリズムを含む。
図1に示すように、投射光学系18は、合成光学系16で生成された合成光が入射され、その合成光を、映像として、スクリーンSに投射する。
制御装置としての制御部20は、演算装置、すなわちCPU(Central Processing Unit)を有する装置である。制御部20は、入射光L1の液晶パネル14への入射を制御する。本実施形態では、制御部20は、発光装置10から照明光学系12への入射光L0を制御することで、液晶パネル14への入射光L1の入射のオンオフを切り替えている。ただし、制御部20は、発光装置10を直接制御せずに、例えば液晶パネル14への入射光L1の入射を遮断するシャッターなどを駆動して、液晶パネル14への入射光L1の入射を制御してもよい。
(制御部の電圧制御)
また、制御部20は、画素電極34への電圧印加を制御することで、液晶パネル14の液晶素子38の動作を制御する。制御部20は、例えば外部機器などから、映像を表示するための映像信号を取得する。制御部20は、その映像信号に基づき電圧印加を制御することで、液晶パネル14の液晶層37が透過可能な光量を制御して、映像を表示させる。
ここで、液晶層37が透過可能な光量を、透過可能光量とする。透過可能光量は、液晶層37が透過可能な光束の、単位時間での積算値を指す。液晶層37が透過可能な光量は、液晶素子38の配向状態に依存し、配向状態は、液晶素子38に印加される電圧に依存する。従って、透過可能光量は、液晶素子38に印加される電圧と、その電圧が印加された時間との、積分値に対応した値であるといえる。例えば、液晶素子38に電圧が印加されていない場合、液晶層37は光を透過しない状態に配向している。従って、この場合に液晶パネル14に入射光L1が入射していても、透過可能光量はゼロとなる。一方、液晶素子38に電圧が印加されている場合、液晶層37は光を透過可能な状態に配向している。従って、液晶パネル14に入射光L1が入射していなくても、透過可能光量はゼロにならず、所定の値となる。さらに言い換えれば、透過可能光量は、液晶素子38の電圧無印加状態からの配向量と、その配向している時間との、積分値に対応した値であるといえる。
また、映像信号は、フレーム周期毎に映像を表示するための信号である。フレーム周期とは、1つのフレームの周期である。1つのフレーム周期において、1つの画像が表示され、次のフレーム周期において、更新された画像が表示される。さらに言えば、映像信号は、映像を表示するための、各画素の階調の情報を含む信号である。光量が大きくなると階調が高く視認されるため、映像信号は、映像を再現するための出射光L2の光量、言い換えれば透過可能光量を示す情報を含んでいるともいえる。
本実施形態における制御部20は、デジタル駆動方式によって、液晶素子38の動作を制御する。制御部20は、デジタル駆動方式において、各画素(各画素電極34)に属する液晶素子38を、オン状態とオフ状態との2状態で制御する。言い換えれば、制御部20は、画素電極34に電圧を印加する際には、印加する電圧を一定値とする。すなわち、制御部20は、電圧を印加しない場合は、印加する電圧を0(オフ状態)とし、電圧を印加する場合は、予め定められた電圧値で、電圧を印加する(オン状態)。なお、オン状態は、液晶パネル14が出射光L2を出射可能な状態であり、例えば液晶層37の透過率が最も高い状態である。例えば、オン状態では、液晶パネルに白色の光を入射した場合に略白の表示(白表示)となる状態である。また、オフ状態は、液晶パネル14が出射光L2を出射できない状態であり、例えば液晶層37の透過率が最も低い状態である。オフ状態は、液晶パネルに白色の光を入射した場合に略黒の表示(黒表示)となる状態である。
また、制御部20は、画素電極34へ電圧を印加する時間の長さによって、出射光L2の光量を制御することで、階調を表現する。電圧を印加する時間が長いと、液晶層37が光を透過する時間が長くなる。従って、1つのフレーム周期における液晶層37の透過可能光量は、電圧を印加する時間が長くなるほど大きいものとなる。さらに詳しくは、制御部20は、1フレーム周期内のサブフレームのうち、当該画素の階調値に応じた数のサブフレームにおいてオン状態に制御し、それ以外のサブフレームにおいてオフ状態に制御することで、電圧を印加する時間の長さを制御している。
図3は、階調値とサブフレームと画素の制御との関係の例を示す。図3において、各列は、左から右に向けてサブフレームSF1、SF2、…、SF12とされている。これらのうち、サブフレームSF1がフレーム周期の先頭のサブフレーム、サブフレームSF12がフレーム周期の後端のサブフレームとする。また、図3において、各行は、上から下に向けて階調値が0から1ずつ増加する。階調値「0」が最も低い(暗い)階調であり、階調値「12」が最も高い(明るい)階調である。
第1の実施形態では、制御部20は、画素の階調値に応じた数のサブフレームを、フレーム周期の先頭から順に選択し、選択したサブフレームにおいて、当該画素をオン状態に制御する。図3において、斜線を付して示す値「1」のセルは、画素をオン状態に制御することを示し、値「0」のセルは、画素をオフ状態に制御することを示す。
例えば、ある画素の階調値が「3」である場合、制御部20は、フレーム周期の先頭のサブフレームSF1から3つのサブフレーム(サブフレームSF1、SF2およびSF3)を選択する。そして、制御部20は、選択したサブフレームにおいて、当該画素をオン状態に制御する。また、制御部20は、その他の9個のサブフレーム(サブフレームSF4~SF12)では、当該画素をオフ状態に制御する。
また例えば、ある画素の階調値が「12」である場合、制御部20は、フレーム周期の先頭のサブフレームSF1から12個のサブフレーム(サブフレームSF1~SF12)を選択する。そして、制御部20は、選択したサブフレームにおいて、当該画素をオン状態に制御する。この場合には、オフ状態に制御するサブフレームは存在しない。
さらに例えば、ある画素の階調値が「0」である場合、制御部20は、1フレーム周期内の全てのサブフレーム(サブフレームSF1~SF12)で当該画素をオフ状態に制御する。この場合には、オン状態に制御するサブフレームは存在しない。
このように、本実施形態では、オンおよびオフ制御を行うサブフレームが、階調毎に予め割り当てられる。また、階調値「0」では、フレーム周期内で画素のオフ状態が維持され、階調値「12」では、フレーム周期内で画素のオン状態が維持される。このように、階調値「0」および階調値「12」の階調は、フレーム周期内の全てのサブフレームをオフ状態およびオン状態に制御することで実現できるため、1フレーム周期内のサブフレーム数は、12で足りる。
このように、制御部20は、画素へ印加する電圧をオン状態とオフ状態とで制御しつつ、電圧を印加する時間の長さを制御することで、液晶素子38の動作を制御して各画素の階調を表現する。以下、画素へ電圧を印加する時間を、印加時間と記載する。印加時間は、オン状態にするサブフレームの数に相当する。
(制御部の周期毎の電圧制御)
ここで、制御部20は、フレーム周期Cを第1周期C1と第2周期C2とに分割して、第1周期C1と第2周期C2との電圧の印加時間を、個別に制御する。以下、より詳細に説明する。図4は、本実施形態に係る制御部のブロック図である。図5は、制御部による制御のタイムチャートの一例である。図4に示すように、制御部20は、映像信号取得部40と、周期分割部42と、信号算出部44と、液晶駆動部46と、光制御部48とを有する。映像信号取得部40と、周期分割部42と、信号算出部44と、液晶駆動部46と、光制御部48とは、図示しない制御部20の記憶部に記憶されたプログラムであるが、専用のハードウェア(回路など)によって実現されてもよい。
映像信号取得部40は、映像信号と同期信号とを、例えば外部機器から取得する。上述のように、映像信号は、フレーム周期C毎に映像を表示するための信号であり、各画素の階調の情報を含む。同期信号は、フレーム周期を示すクロック信号である。図5の例では、線分V1が同期信号を示している。図5の線分V1に示すように、同期信号は、フレーム周期C毎に入力されるパルス信号である。図5の例では、同期信号は、時刻t1、t3、t5に入力されている。従って、最初のフレーム周期Cは、時刻t1から時刻t3までの間であり、次のフレーム周期Cが、時刻t3から時刻t5までの間となっている。
図4に戻り、周期分割部42は、フレーム周期Cを、第1周期C1と第2周期C2とに分割する。周期分割部42は、1つのフレーム周期C内の期間の一部を、第1周期C1とし、1つのフレーム周期C内の期間の他の一部であって、第1周期C1よりも後の期間を、第2周期C2とする。より詳しくは、周期分割部42は、フレーム周期Cを2つの期間に区分し、最初の期間を第1周期C1とし、後の期間を第2周期C2とする。周期分割部42は、1つのフレーム周期Cにおける第1周期C1と第2周期C2とを、同じ長さ(期間)とする。ただし、周期分割部42は、第1周期C1と第2周期C2とを、互いに異なる長さとしてもよい。
図5の例では、線分V2に示すように、最初のフレーム周期Cにおいて、第1周期C1は、時刻t1から時刻t2までの期間であり、第2周期C2は、時刻t2から時刻t3までの期間である。そして、次のフレーム周期Cにおいて、第1周期C1は、時刻t3から時刻t4までの期間であり、第2周期C2は、時刻t4から時刻t5までの期間である。
また、図4に示す信号算出部44は、映像信号取得部40が取得した映像信号に基づき、参照時間Dと、第2時間D2と、第1時間D1とを算出する。信号算出部44は、参照時間算出部52と、第2時間算出部54と、第1時間算出部56とを有する。
参照時間算出部52は、映像信号に基づき、フレーム周期C毎の参照時間Dを算出する。参照時間Dは、第2時間D2を算出するための参照となる値である。参照時間算出部52は、画素が映像信号で示された階調となる電圧の印加時間を、参照時間Dとして算出する。言い換えれば、参照時間Dは、透過可能光量が映像信号で指定される光量となる、電圧の印加時間である。従って、1つのフレーム周期Cにおいて、参照時間Dの間、画素に電圧を印加した場合、そのフレーム周期Cにおける透過可能光量は、映像信号で示された階調を実現する値となる。さらに言えば、画素に印加する電圧の値と参照時間Dとの積分値が、フレーム周期Cにおける透過可能光量に相当する。従って、参照時間Dは、映像信号で指定される光量となるための透過可能光量を示す参照値であるともいえる。
参照時間算出部52は、画素毎に、参照時間Dを算出する。また、参照時間算出部52は、フレーム周期C毎、すなわち映像信号が切り替わる毎に、参照時間Dを算出する。従って、参照時間Dは、画素毎に値が異なり、フレーム周期C毎に値が更新される。
ここで、画素に電圧を参照時間Dの間印加したと仮定した場合の、制御部20による制御信号を、入力映像信号とする。図5の線分V3は、入力映像信号の例を示している。線分V3に示すように、入力映像信号は、1つのフレーム周期Cにおいて、ON状態(電圧の印加)が参照時間Dだけ続き、その後にOFF状態(電圧の停止)になっている。すなわち、入力映像信号は、最初のフレーム周期Cにおいて、時刻t1から時刻t1sまでの間、すなわち参照時間Dの間、ON状態となり、時刻t1sから時刻t3までの間、OFF状態となる。そして、次のフレーム周期Cにおいて、時刻t3から時刻t3sまでの間、ON状態となり、時刻t3sから時刻t5までの間、OFF状態となる。なお、入力映像信号は、参照時間Dの間、電圧を印加したと仮定した場合の信号であるため、本実施形態において実際に用いられる信号を表したものではない。
図4に示す第2時間算出部54は、参照時間Dに基づき、第2信号値としての第2時間D2を算出する。第2時間D2は、第2周期C2における印加時間である。第2時間D2も、参照時間Dと同様に、映像信号に応じて、画素毎に値が異なり、フレーム周期C毎に値が更新される。第2時間算出部54は、次の式(1)により、第2時間D2を算出する。
D2=(C2/C)・D ・・・(1)
すなわち、第2時間算出部54は、フレーム周期Cに対する第2周期C2の比率に、参照時間Dを乗じた値を、第2時間D2として算出する。第2時間D2は、参照時間Dより短くなる。本実施形態では、第2周期C2は、フレーム周期Cの半分(周波数が2倍)なので、第2時間D2は、参照時間Dの半分となる。第2時間D2は、このように算出されるため、映像信号で指定される光量を実現するための透過可能光量のうち、フレーム周期Cに対する第2周期C2の比率分の光量を示す値ともいえる。ただし、第2時間算出部54は、参照時間Dに基づき第2時間D2を算出すればよく、必ずしも式(1)に基づき第2時間D2を算出しなくてもよい。例えば、第2時間算出部54は、参照時間Dに、1より小さい所定の係数を乗じた値を、第2時間D2として算出してもよい。
また、本実施形態においては、画素に印加する電圧の値は一定である。従って、第2信号値としての第2時間D2は、第2周期C2での透過可能光量を示す値であるといえる。
図4に示す第1時間算出部56は、第2時間D2に基づき、第1信号値としての第1時間D1を算出する。第1時間D1は、第1周期C1における印加時間である。すなわち、第1信号値としての第1時間D1は、第1周期C1での透過可能光量を示す値である。第1時間D1も、第2時間D2と同様に、映像信号に応じて、画素毎に値が異なり、フレーム周期C毎に値が更新される。第1時間算出部56は、第2時間D2と、予め定めた補正係数αとに基づき、第1時間D1を算出する。より詳しくは、第1時間算出部56は、次の式(2)により、第1時間D1を算出する。
D1=α・D2 ・・・(2)
すなわち、第1時間算出部56は、第2時間D2に補正係数αを乗じた値を、第1時間D1として算出する。ここで、補正係数αは、フレーム周期C及び画素毎に異なる値でない。すなわち、補正係数αは、フレーム周期C及び画素毎に共通な、一定の値となっている。補正係数αは、0.3以上0.8であることが好ましい。第1時間D1は、このような補正係数αに基づく値であるため、第2時間D2に比例した値となり、かつ、第2時間D2より小さな値となる。従って、あるフレーム周期Cに属する第1周期C1において、第1時間D1の間、電圧を印加した場合の透過可能光量は、同じフレーム周期Cに属する第2周期C2において、第2時間D2の間、電圧を印加した場合の透過可能光量よりも、小さくなる。
図4に示す液晶駆動部46は、算出された第1時間D1と第2時間D2とに基づき、電圧の印加状態を制御して、液晶素子38を駆動する。液晶駆動部46は、第1周期C1において、第1時間D1で液晶素子38を駆動し、第2周期C2において、第2時間D2で液晶素子38を駆動する。すなわち、液晶駆動部46は、第1周期C1において、第1時間D1の間、画素電極34に電圧を印加し、第1時間D1の経過後、電圧の印加を停止する。そして、液晶駆動部46は、第2周期C2において、第2時間D2の間、画素電極34に電圧を印加する。第1時間D1と第2時間D2とは、映像信号に応じて、画素およびフレーム周期C毎に算出される。従って、液晶駆動部46は、画素およびフレーム周期C毎に、電圧の印加状態を制御する。ここで、第1時間D1は、第2時間D2より小さい値に設定されている。従って、第2時間D2が第2周期C2の全期間を占める(第2周期C2の全期間で電圧を印加する)場合でも、第1周期C1においては、第1時間D1の後に電圧を停止する時間が確保される。
ここで、図5を用いて、液晶駆動部46による電圧の印加状態の制御を説明する。液晶駆動部46による印加状態の制御を行うための信号を、液晶制御信号とする。図5の線分V4は、液晶制御信号の例を示している。線分V4に示すように、液晶駆動部46は、最初のフレーム周期Cに属する第1周期C1において、時刻t1から時刻t1aまでの間、ON状態として、画素電極34に電圧を印加している。そして、液晶駆動部46は、時刻t1aから時刻t2までの間、OFF状態として、電圧の印加を停止している。第1時間D1は、時刻t1から時刻t1aまでの期間に該当する。従って、その画素電極34の近傍の液晶素子38は、時刻t1から時刻t1aまでの間、光を透過可能な状態(向き)に配向し、時刻t1aから時刻t2までの間、光を透過不可能な状態(向き)に配向する。
また、液晶駆動部46は、最初のフレーム周期Cに属する第2周期C2において、時刻t2から時刻t2aまでの間、ON状態として、画素電極34に電圧を印加している。そして、液晶駆動部46は、時刻t2aから時刻t3までの間、OFF状態として、電圧の印加を停止している。第2時間D2は、時刻t2から時刻t2aまでの期間に該当する。従って、その画素電極34の近傍の液晶素子38は、時刻t2から時刻t2aまでの間、光を透過可能な状態に配向し、時刻t2aから時刻t3までの間、光を透過不可能な状態に配向する。この場合、第1時間D1での透過可能光量は、印加する電圧値Eと、第1時間D1との積分値となる。同様に、第2時間D2での透過可能光量は、印加する電圧値Eと、第2時間D2との積分値となる。第2時間D2での透過可能光量は、第1時間での透過可能光量より大きい。
同様に、液晶駆動部46は、次のフレーム周期Cに属する第1周期C1において、時刻t3から時刻t3aまでの間(第1時間D1)、ON状態とし、時刻t3aから時刻t4までの間、OFF状態としている。また、液晶駆動部46は、第2周期C2において、時刻t4から時刻t4aまでの間(第2時間D2)、ON状態として、時刻t4aから時刻t5までの間、OFF状態としている。
また、図4に示す光制御部48は、入射光L1の液晶パネル14への入射を制御する。光制御部48は、第1周期C1においては、液晶パネル14への入射光L1の入射を停止し、第2周期C2において、液晶パネル14へ入射光L1を入射させる。光制御部48は、液晶パネル14へ入射光L1を入射する際には、入射光L1の強度を一定にしている。
ここで、図5を用いて、光制御部48による入射光L1の制御を説明する。光制御部48による入射光L1の制御を行うための信号を、光制御信号とする。図5の線分V5は、光制御信号の例を示している。線分V5に示すように、光制御部48は、時刻t1から時刻t2までの間、すなわち第1周期C1の間、OFF状態として、液晶パネル14への入射光L1の入射を停止させる。そして、光制御部48は、時刻t2から時刻t3までの間、すなわち第2周期C2の間、ON状態として、液晶パネル14へ入射光L1を入射させる。同様に、光制御部48は、時刻t3から時刻t4までの間、液晶パネル14への入射光L1の入射を停止させ、時刻t4から時刻t5までの間、液晶パネル14へ入射光L1を入射させる。
このように入射光L1が制御されているため、第1周期C1においては、液晶素子38の状態にかかわらず、出射光L2は出射されず、液晶パネル14は、黒表示となる(図5の線分V4の灰色)。一方、第2周期C2においては、第2時間D2の分の透過可能光量分の、出射光L2が出射されている。従って、液晶パネル14は、第1周期における黒表示と、第2周期C2における第2時間D2の分の光量の表示とを繰り返して表示する。
制御部20は、以上のようにして、画素電極34への電圧の印加と、液晶パネル14への入射光L1の入射とを制御する。次に、制御部20による制御フローを、フローチャートに基づき説明する。図6は、制御部による制御フローを説明するフローチャートである。図6に示すように、制御部20は、映像信号取得部40により映像信号を取得し(ステップS10)、周期分割部42により、フレーム周期Cを第1周期C1と第2周期C2とに分割する(ステップS12)。周期分割部42は、映像信号を取得する毎に第1周期C1と第2周期C2とに分割しなくてもよく、本制御の開始の際から、予め第1周期C1と第2周期C2とを分割しておいてもよい。
その後、制御部20は、参照時間算出部52により、参照時間Dを算出し(ステップS13)、第2時間算出部54により、参照時間Dに基づき、第2時間D2を算出する(ステップS14)。制御部20は、第2時間D2を算出した後、第1時間算出部56により、第2時間D2と補正係数αとに基づき、第1時間D1を算出する(ステップS16)。制御部20は、画素毎に、参照時間D、第2時間D2、及び第1時間D1を算出する。制御部20は、第1時間D1を算出した後、液晶駆動部46により、第1時間D1と第2時間D2とに基づき画素電極34への電圧の印加を制御することで、液晶素子38を駆動する(ステップS18)。また、制御部20は、光制御部48により、液晶パネル14への入射光L1の入射を制御する(ステップS20)。制御部20は、電圧の印加の制御を画素電極34毎に行うが、入射光L1の入射の制御については、全画素共通して行う。
ステップS18及びステップS20の後、制御部20は、次の映像があるか、すなわち次の映像信号があるかを判断し(ステップS22)、次の映像がある場合(ステップS22;Yes)は、ステップS10に戻り、制御を繰り返す。制御部20は、次の映像が無い場合(ステップS22;No)、本制御を終了する。
ここで、液晶表示装置で動画像、すなわち連続する映像を表示する場合、尾引きという現象が生じる場合がある。尾引きとは、ある画素の近傍の液晶素子が、隣の画素の電界によって、意図しない方向に配向されてしまう現象である。尾引きが起こると、液晶素子が意図した方向を向かなくなるため、望んだ画像を表示できなくなるおそれがある。例えばLCOSは、画素数を多くすることが可能であるが、画素電極間の距離が短くなるため、隣の電界の影響を受けやすくなり、尾引きが顕著となるおそれがある。また、液晶素子が、電圧の無印加時に垂直方向(図2の方向Z)に配向し、電圧印加時に横方向に配向する場合には、横電界がかかって、尾引きが顕著となるおそれもある。
それに対し、本実施形態に係る制御部20は、フレーム周期Cを、第1周期C1と第2周期C2とに分割する。そして、制御部20は、第1周期C1において、第1時間D1の間、画素に電圧を印加して液晶素子38を駆動し、第1時間D1の経過後に、電圧印加を停止する。そして、制御部20は、第2周期C2において、第2時間D2の間、液晶素子38を駆動する。制御部20は、第2周期C2で映像を表示する前に、第1周期C1において、第1時間D1で予め液晶素子38を駆動させ、第1時間D1の後に液晶素子38の駆動を停止させている。さらに、制御部20は、第1時間D1を、第2時間D2より短くなるように設定して、液晶素子38の駆動を停止させる時間を確保している。従って、この制御によると、第2周期C2が始まる前に、全ての画素の近傍の液晶素子38の配向を、十分な時間戻し、液晶素子38の配向を電圧無印加の状態に適切に戻すことができる。そのため、この制御によると、尾引きを適切に抑制することができる。
また、制御部20は、第1周期C1の全ての期間において電圧の印加を停止するわけでなく、第1周期C1の一部の期間においてのみ電圧の印加を停止する。さらに言えば、制御部20は、第1時間D1の間は、電圧を印加している。これにより、第2周期C2における液晶素子38の駆動の遅れを抑制することができる。また、制御部20は、第1周期C1において、入射光L1の入射を停止しているため、尾引き抑制のための第1周期C1における画像が視認されることを抑制する。従って、この制御によると、尾引きを抑制しつつ、動画像を適切に表示することができる。
図5の線分V6は、線分V4のように電圧を制御した場合の、出射光の挙動の例を示している。図5の線分V6は、液晶素子38の配向状態を示しており、灰色部分は、入射光L1が入射されていない状態を示している。従って、線分V6の灰色部分においては、液晶素子38が光を透過可能な配向状態となっていても、実際には出射光L2は出射されずに、黒表示となっている。図5の線分V6に示すように、液晶素子38は、時刻t1における電圧の印加により徐々に水平方向に配向して、光が透過可能な状態となる。そして、液晶素子38は、時刻t1aにおいて電圧が停止されたら徐々に垂直方向に配向が戻り、時刻t2では、十分に垂直方向に配向が戻った状態となる。ただし、時刻t1から時刻t2までは、入射光L1が遮断されているため、出射光L2が出射されずに黒表示となる。その後、時刻t2において、電圧が印加されたら、あまり遅れずに光を透過可能な状態となる。また、時刻t2より入射光L1が入射される。従って、時刻t2以降の第2周期C2において、出射光L2は、適切に出射されている。このように、本実施形態のように電圧印加を制御すると、第2周期C2において、尾引きが抑制され、適切に出射光L2を出射できることがわかる。
なお、本実施形態においては、制御部20は、画素に印加する電圧を一定にしつつ、印加時間を変化させることで、透過可能光量を制御していた。ただし、制御部20は、印加時間を一定にしつつ、印加する電圧を変化させることで、光量を制御してもよい。この場合、参照時間算出部52は、映像信号で指定される光量となるための光量を示す参照値を、参照時間Dでなく、参照電圧として算出する。参照電圧は、印加時間が一定である場合に、映像信号で指定される光量となるための透過可能光量を実現するための電圧値であるといえる。また、この場合、第2時間算出部54は、第2信号値を、第2時間D2でなく、第2電圧として算出する。第2電圧の算出方法は、参照時間Dを参照電圧と置き換える以外は、第2時間D2の算出方法と同様である。また、第1時間算出部56は、第1信号値を、第1時間D1でなく、第1電圧として算出する。第1電圧の算出方法は、第2時間D2を第2電圧に置き換える以外は、第1時間D1の算出方法と同様である。また、制御部20は、印加時間と印加する電圧との両方を変化させてもよい。
このように、印加時間の代わりに印加する電圧を制御した場合でも、第1信号値である第1電圧が、第2信号値である第2電圧より低い値となる。従って、このように電圧を制御した場合、第1周期における液晶素子38の配向を小さくして、第2周期C2が始まる前に配向が戻るようにすることができる。従って、印加する電圧を制御した場合でも、同様に尾引きの抑制が可能となる。
以上説明したように、本実施形態に係る制御部20は、フレーム周期C毎に映像を表示するための映像信号に基づき、液晶表示装置1の駆動を制御する。制御部20は、周期分割部42と、信号算出部44と、液晶駆動部46とを有する。周期分割部42は、フレーム周期Cを、第1周期C1、及び、第1周期C1より後の第2周期C2に分割する。信号算出部44は、映像信号に基づき、液晶表示装置1の液晶素子38を駆動するための第1信号値(本実施形態では第1時間D1)と第2信号値(本実施形態では第2時間D2)とを算出する。液晶駆動部46は、第1周期C1において第1信号値で液晶素子38を駆動させ、第2周期C2において第2信号値で液晶素子38を駆動させる。また、信号算出部44は、第2信号値と予め定めた補正係数αとに基づき第1信号を算出することで、第1信号値によって液晶素子38を駆動した場合に液晶層37を透過可能な光量(透過可能光量)を、第2信号値によって液晶素子38を駆動した場合に液晶層37を透過可能な光量よりも、少なくする。
この制御部20は、第1周期C1において、第2周期C2よりも透過可能光量が少なくなるように、液晶素子38を駆動する。従って、映像を表示するための第2周期C2の前に、液晶素子38の配向状態を十分に解除させることができる。そのため、制御部20によると、映像を表示する際に、尾引きを適切に低減することができる。また、制御部20は、第1信号値を、第2信号値と補正係数αとに基づき算出する。そのため、制御部20は、尾引きを低減するための第1信号値を、第2信号値の値毎に変化させることができ、画素やフレーム毎に、第1信号値を適切な値に設定することができる。
また、制御部20は、液晶素子38に照射する光(入射光L1)を制御する光制御部48を更に有する。光制御部48は、第1周期C1において入射光L1を遮断し、第2周期C2において液晶素子38に入射光L1を照射する。この制御部20は、尾引きを低減するための期間である第1周期C1において入射光L1を遮断することで、不要な映像が視認されることを抑制する。そして、制御部20は、第2周期C2において入射光L1を入射させることで、尾引きを低減した状態の映像を適切に表示させることができる。ただし、制御部20は、第1周期C1において、入射光L1を照射してもよい。この場合、制御部20は、第1周期C1における入射光L1の照射量を、第2周期C2における入射光L1の照射量より小さくすることが好ましい。制御部20は、第1周期C1における入射光L1の照射量を、第2周期C2における入射光L1の照射量に対して、例えば10%程度としてよい。
また、信号算出部44は、液晶素子38に印加する電圧の値と電圧を印加する時間(印加時間)との、第1周期C1における積分値(透過可能光量)が、第2周期C2における積分値(透過可能光量)より小さくなるように、第1信号値を算出する。この信号算出部44は、第2周期C2における電圧の値と電圧を印加する時間との積分値を、第1周期の積分値より小さくする。これにより、第1周期C1における配向状態を小さくして、尾引きを適切に低減することができる。また、第1周期C1において、小さく配向させることで、第2周期C2における液晶素子38の応答が遅れることを抑制し、より適切な映像を表示させることができる。
また、信号算出部44は、第1信号値を、第1周期C1において電圧を印加する第1時間D1として算出し、第2信号値を、第2周期C2において電圧を印加する第2時間D2として算出する。そして、液晶駆動部46は、第1周期C1において、第1時間D1だけ液晶素子38に電圧を印加し、第2周期C2において、第2時間D2だけ液晶素子38に電圧を印加する。この制御部20は、第1時間D1を第2時間D2より短く設定することで、第2周期C2が始まる前に、液晶素子38の配向状態を十分に解除させることができる。そのため、この制御部20によると、映像を表示する際に、尾引きを適切に低減することができる。
また、液晶駆動部46は、第1周期C1の開始から第1時間D1が経過するまでの間、電圧を印加し、第1時間D1が経過してから第2周期C2の開始までの間、電圧の印加を停止する。この制御部20は、第1時間D1が経過してから第2周期C2の開始までの間、電圧の印加を停止することで、この時間において液晶素子38の配向状態を十分に解除させて、尾引きを適切に低減することができる。
また、信号算出部44は、第2信号値に補正係数αを乗じた値を第1信号値として算出し、補正係数αは、0.3以上0.8以下である。この制御部20は、尾引きを低減するための第1信号値を、第2信号値の値毎に変化させることができ、画素やフレーム毎に、第1信号値を適切な値に設定することができる。また、補正係数αをこの数値範囲とすることで、第1信号値が大きくなり過ぎて尾引きの低減が不十分となったり、第1信号値が小さくなり過ぎて第2周期での液晶素子38の応答が遅れ過ぎたりすることを抑制できる。
また、本実施形態に係る液晶表示装置1は、制御部20と、液晶素子38を有する液晶パネル14とを有する。この液晶表示装置1は、制御部20の制御により、尾引きを適切に低減することができる。
また、液晶パネル14は、反射型の液晶パネルである。この液晶表示装置1は、反射型の液晶パネル14に対して、制御部20の制御により、尾引きを適切に低減することができる。
(比較例)
ここで、比較例について説明する。図7は、第1比較例における制御のタイムチャートの一例である。第1比較例は、第1周期C1と第2周期C2とに分割しているが、第1周期C1の印加時間を、第2周期C2の印加時間に対して小さく設定せず、互いの印加時間を同じ値とした例を示している。この場合、線分V4aに示すように、第1周期C1において、時刻t1から時刻t1xaまでの間、ON状態とされ、時刻t1xaから時刻t2までの間、OFF状態とされる。この場合、時刻t1xaから時刻t2までのOFF状態の時間が短くなるため、第2周期C2までに液晶素子38の配向が十分に戻らなくなる。従って、図7の線分V6aに示すように、時刻t2において、出射光が適切に出射されず
尾引きが生じてしまう。
図8は、第2比較例における制御のタイムチャートの一例である。第2比較例は、第1周期C1と第2周期C2とに分割しているが、第1周期C1に電圧を印加しない例を示している。この場合、線分V4bに示すように、第1周期C1の全期間、すなわち時刻t1から時刻t2までの間、OFF状態とされる。そして、第2周期C2において、時刻t2から時刻t2xbまでの間、ON状態とされる。この場合、線分V6bに示すように、第1周期C1においてずっとOFF状態であるため、第2周期C2において、液晶素子38の応答が遅れ、出射光の出射が遅れてしまう。
このような比較例に対し、本実施形態では、第1周期C1において、第2周期C2の第2時間D2よりも短い第1時間D1の間、ON状態としているため、尾引きを低減しつつ、第2周期C2における液晶素子38の応答の遅れを抑制することができる。
(変形例)
次に、本実施形態の変形例について説明する。図9は、変形例に係る補正係数を説明する図である。本実施形態では、第1時間D1を算出するための補正係数αは、一定値であった。しかし、制御部20は、補正係数αを、一定値としなくてもよい。例えば、制御部20は、補正係数αを、第2時間D2(第2信号値)の大きさに応じて異なる値としてもよい。より詳しくは、制御部20は、第2時間D2(第2信号値)が大きくなるに従って、補正係数αを小さな値としてもよい。この場合、例えば、第2時間D2が0の場合、補正係数αが最大値αmaxとなり、第2時間D2が最大値D2maxの場合、補正係数αが0となる。図9の線分α1に示すように、補正係数αは、第2時間D2が大きくなるに従って、直線状に小さな値となってもよい。また、図9の線分α2に示すように、補正係数αは、第2時間D2が大きくなるに従って、下に凸の曲線状に小さな値となってもよい。また、図9の線分α3に示すように、補正係数αは、第2時間D2が大きくなるに従って、上に凸の曲線状に小さな値となってもよい。ここで、第2時間D2(第2信号値)が大きくなるほど、ON状態が長くなるため、尾引きが顕著となるおそれがある。従って、制御部20は、第2時間D2が大きくなるほど補正係数αを小さくすることで、第1時間D1を小さくして電圧印加を停止させる時間を長くする。これにより、尾引きが顕著となるおそれがある場合に、電圧の印加を十分に停止することで、液晶素子38の配向を適切に戻して、尾引きをより効果的に抑制する。さらに、第2時間D2(第2信号値)が小さくなるほど補正係数αを大きくすることで、第2時間D2が短く尾引きが顕著とならない場合に、電圧の印加の停止期間を少なくして、液晶素子38の応答性を高めることができる。
また、本実施形態では、液晶パネル14b、14g、14rが、互いに異なる色の出射光Lb2、Lg2、Lr2を出射する。そして、制御部20は、液晶パネル14b、14g、14r毎に、第1時間D1及び第2時間D2を算出している。ただし、制御部20は、液晶パネル14b、14g、14rの対応する画素、すなわち映像内で同じ箇所を構成する画素において、補正係数αを、液晶パネル14b、14g、14rのいずれかに統一させてもよい。
また、本実施形態では、制御部20は、第1周期C1の全期間で、入射光L1の入射を停止させていた。ただし、制御部20は、第1周期C1の一部の期間で入射光L1を入射させてもよい。図10は、変形例における制御のタイムチャートの一例である。図10の線分V5Aに示すように、例えば、制御部20は、第1周期C1において、時刻t1から時刻t1tまでの間、入射光L1の入射を停止させ、時刻t1tから時刻t2までの間、入射光L1を入射させてもよい。
以上、本発明の実施形態及び変形例を説明したが、これら実施形態及び変形例の内容により実施形態が限定されるものではない。また、前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、前述した実施形態及び変形例の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。
1 液晶表示装置
10 発光装置
12 照明光学系
14 液晶パネル
16 合成光学系
18 投射光学系
20 制御部(制御装置)
37 液晶層
38 液晶素子
42 周期分割部
44 信号算出部
46 液晶駆動部
48 光制御部
52 参照時間算出部
54 第2時間算出部
56 第1時間算出部
C フレーム周期
C1 第1周期
C2 第2周期
D 参照時間
D1 第1時間
D2 第2時間

Claims (4)

  1. フレーム周期毎に映像を表示するための映像信号に基づき液晶表示装置の駆動を制御する制御装置であって、
    前記フレーム周期を、第1周期、及び前記第1周期より後の第2周期に分割する周期分割部と、
    前記映像信号に基づき、前記液晶表示装置の液晶素子を駆動するための第1信号値と第2信号値とを算出する信号算出部と、
    前記第1周期において前記第1信号値で前記液晶素子を駆動させ、前記第2周期において前記第2信号値で前記液晶素子を駆動させる液晶駆動部と、
    前記液晶素子に照射する光を制御する光制御部と、を有し、
    前記光制御部は、前記第1周期において前記液晶素子に照射する光を遮断し、前記第2周期において前記液晶素子に光を照射し、
    前記信号算出部は、前記第1信号値を、前記第2信号値と予め定めた補正係数に基づき前記第1周期において電圧を印加する第1時間として算出し、前記第2信号値を、前記第2周期において前記電圧を印加する第2時間として算出し、
    前記液晶駆動部は、前記第1周期において、前記第1時間だけ前記液晶素子に前記電圧を印加し、前記第2周期において、前記第2時間だけ前記液晶素子に前記電圧を印加し、
    前記第1時間は、前記第2時間より短い、
    制御装置。
  2. 前記信号算出部は、前記液晶素子に印加する電圧の値と前記電圧を印加する時間との、前記第1周期における積分値が、前記第2周期における前記積分値より小さくなるように、前記第1信号値を算出する、請求項1に記載の制御装置。
  3. 前記液晶駆動部は、前記第1周期の開始から前記第1時間が経過するまでの間、前記電圧を印加し、前記第1時間が経過してから前記第2周期の開始までの間、前記電圧の印加を停止する、請求項1又は請求項2に記載の制御装置。
  4. 請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の制御装置と、
    前記液晶素子を有する液晶パネルと、を有する、液晶表示装置。
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