特許 6618449 液晶表示装置およびその制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6618449

(24)【登録日】2019年11月22日

(45)【発行日】2019年12月11日

(54)【発明の名称】液晶表示装置およびその制御方法

(51)【国際特許分類】

   G09G 3/36 20060101AFI20191202BHJP

   G09G 3/20 20060101ALI20191202BHJP

   G09G 3/34 20060101ALI20191202BHJP

   G02F 1/133 20060101ALI20191202BHJP

【ＦＩ】

   G09G3/36

   G09G3/20 612U

   G09G3/20 621A

   G09G3/20 641A

   G09G3/20 641E

   G09G3/20 641R

   G09G3/20 680E

   G09G3/34 J

   G02F1/133 510

【請求項の数】5

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2016-198256(P2016-198256)

(22)【出願日】2016年10月6日

(65)【公開番号】特開2018-60095(P2018-60095A)

(43)【公開日】2018年4月12日

【審査請求日】2017年10月3日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001007

【氏名又は名称】キヤノン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100110412

【弁理士】

【氏名又は名称】藤元 亮輔

(74)【代理人】

【識別番号】100104628

【弁理士】

【氏名又は名称】水本 敦也

(74)【代理人】

【識別番号】100121614

【弁理士】

【氏名又は名称】平山 倫也

(72)【発明者】

【氏名】小野 真生

【審査官】 武田 悟

(56)【参考文献】

【文献】 特表平８−５１１６３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３１６６１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０１４７１５４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０９Ｇ ３／００ − ５／４２

Ｇ０２Ｆ １／１３３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光源からの光を色ごとに変調する複数の液晶表示素子と、
前記複数の液晶表示素子のそれぞれに関し、入力画像の階調に基づいて設定された駆動階調に応じて、１フレーム期間に含まれる複数のサブフレームのそれぞれをＯＮ期間またはＯＦＦ期間として設定した駆動信号を用いて前記複数の液晶表示素子を駆動する駆動手段と、を有し、
前記駆動手段は、前記複数の液晶表示素子に関し、前記１フレーム期間に対応する前記ＯＮ期間を互いに異ならせ所定のグレー階調を表示する際、前記複数の液晶表示素子のそれぞれから出力される色光の発光重心が互いに近づくように前記１フレーム期間に対応する前記駆動信号の開始タイミングを互いにシフトさせることを特徴とする液晶表示装置。

【請求項2】

前記駆動手段は、前記複数の液晶表示素子のうち少なくとも一つの液晶表示素子を駆動する前記駆動信号の前記開始タイミングを遅延させる遅延回路を含むことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。

【請求項3】

前記遅延回路は、色または階調に応じて前記開始タイミングの遅延時間を変更することを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。

【請求項4】

前記複数の液晶表示素子は、Ｒ帯域の光を変調する第１の液晶表示素子と、Ｇ帯域の光を変調する第２の液晶表示素子と、Ｂ帯域の光を変調する第３の液晶表示素子とを含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液晶表示装置。

【請求項5】

光源からの光を色ごとに変調する複数の液晶表示素子のそれぞれに関し、入力画像の階調に基づいて設定された駆動階調に応じて、１フレーム期間に含まれる複数のサブフレームのそれぞれをＯＮ期間またはＯＦＦ期間として設定した駆動信号を用いて複数の液晶表示素子を駆動することにより、光源からの光を色ごとに変調するステップと、
前記変調された光を合成して投射するステップと、を有し、
前記複数の液晶表示素子を駆動する際に、前記１フレーム期間に対応する前記ＯＮ期間を互いに異ならせ所定のグレー階調を表示する際、前記複数の液晶表示素子のそれぞれから出力される色光の発光重心が互いに近づくように前記１フレーム期間に対応する前記駆動信号の開始タイミングを互いにシフトさせることを特徴とする液晶表示装置の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、デジタル駆動方式の液晶表示装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、液晶表示素子の小型化および高精細化に伴い、デジタル駆動方式による駆動信号を用いて液晶表示素子を駆動する液晶表示装置が提案されている。デジタル駆動方式で複数の液晶表示素子を駆動する場合、カラーブレーキングが発生することがある。

【0003】

特許文献１には、フィールドシーケンシャルカラー方式で反射型液晶パネルを駆動する画像表示装置において、カラーブレークを低減することが可能な構成が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１１−１１８０６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、デジタル駆動方式で発生するカラーブレークを低減するために、特許文献１に開示されているフィールドシーケンシャルカラー方式の画像表示装置の構成を、デジタル駆動方式で複数の画像表示素子を駆動する画像表示装置に適用することはできない。

【0006】

そこで本発明は、デジタル駆動方式で発生するカラーブレークを低減することが可能な液晶表示装置およびその制御方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一側面としての液晶表示装置は、光源からの光を色ごとに変調する複数の液晶表示素子と、前記複数の液晶表示素子のそれぞれに関し、入力画像の階調に基づいて設定された駆動階調に応じて、１フレーム期間に含まれる複数のサブフレームのそれぞれをＯＮ期間またはＯＦＦ期間として設定した駆動信号を用いて前記複数の液晶表示素子を駆動する駆動手段とを有し、前記駆動手段は、前記複数の液晶表示素子に関し、前記１フレーム期間に対応する前記ＯＮ期間を互いに異ならせ所定のグレー階調を表示する際、前記複数の液晶表示素子のそれぞれから出力される色光の発光重心が互いに近づくように前記１フレーム期間に対応する前記駆動信号の開始タイミングを互いにシフトさせる。

【0008】

本発明の他の側面としての液晶表示装置の制御方法は、光源からの光を色ごとに変調する複数の液晶表示素子のそれぞれに関し、入力画像の階調に基づいて設定された駆動階調に応じて、１フレーム期間に含まれる複数のサブフレームのそれぞれをＯＮ期間またはＯＦＦ期間として設定した駆動信号を用いて複数の液晶表示素子を駆動することにより、光源からの光を色ごとに変調するステップと、前記変調された光を合成して投射するステップとを有し、前記複数の液晶表示素子を駆動する際に、前記１フレーム期間に対応する前記ＯＮ期間を互いに異ならせ所定のグレー階調を表示する際、前記複数の液晶表示素子のそれぞれから出力される色光の発光重心が互いに近づくように前記１フレーム期間に対応する前記駆動信号の開始タイミングを互いにシフトさせる。

【0009】

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施形態において説明される。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、デジタル駆動方式で発生するカラーブレークを低減することが可能な液晶表示装置およびその制御方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】ＰＷＭ駆動方式の説明図である。

【図2】カラーブレーク発生の説明図である。

【図3】本実施形態における画像表示システムの概略図である。

【図4】本実施形態における液晶表示装置のブロック図である。

【図5】液晶表示装置の投射光のスペクトルである。

【図6】図５のスペクトル表示における駆動信号の説明図である。

【図7】白色表示するための駆動信号の説明図である。

【図8】図７の駆動信号を用いた場合における液晶表示素子の光応答波形である。

【図9】本実施形態における駆動信号の説明図である。

【図10】図９の駆動信号を用いた場合における液晶表示素子の光応答波形である。

【図11】本実施形態における駆動信号の説明図である。

【図12】図１１の駆動信号を用いた場合における液晶表示素子の光応答波形である。

【図13】本実施形態において設定可能な遅延時間の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

【0013】

まず、図１および図２を参照して、デジタル駆動方式による液晶表示素子の駆動について説明する。図１は、デジタル駆動方式の一つであるＰＷＭ駆動方式の説明図である。図２は、カラーブレーク（カラーブレーキング）発生の説明図である。

【0014】

液晶表示素子のデジタル駆動方式の一つとして、図１に示されるようなＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）駆動方式が用いられる。図１は、ＰＷＭ駆動方式における１フレーム期間のうちの一部を示し、横軸は時間（ｔｉｍｅ）、縦軸は明るさ（階調）をそれぞれ示している。図１中のＴｓは液晶表示素子を駆動する駆動信号の開始タイミング（１フレーム期間に対応する駆動信号の開始タイミング）、Ｔｅは１フレーム期間の終了タイミングをそれぞれ示している。

【0015】

図１に示されるように、一般的なＰＷＭ駆動方式において、１フレーム期間（１フレーム画像を形成するための期間）は複数の期間（サブフレーム（ＳＦ）１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄ、１０１ｅ、…）に分割される。そして、映像信号（入力画像）の階調に基づいて設定された駆動階調に応じて、１フレーム期間に含まれる複数のサブフレーム１０１のそれぞれをＯＮ期間またはＯＦＦ期間として設定する（ＯＮ／ＯＦＦ制御を行う）ことにより、階調表現を行うことができる。図１において、白で示されるサブフレームはＯＮ期間、黒で示されるサブフレームはＯＦＦ期間を示している。例えば、階調０を表現する際には、サブフレーム１０１ａ〜１０１ｅの全てがＯＦＦ期間である。階調８を表現する際には、サブフレーム１０１ａ〜１０１ｃ、１０１ｅがＯＦＦ期間であり、サブフレーム１０１ｄがＯＮ期間である。また、階調３１を表現する際には、サブフレーム１０１ａ〜１０１ｅの全てがＯＮ期間である。

【0016】

このようなデジタル駆動方式で複数（３つ）の液晶表示素子を駆動する３ＬＣＤ方式の液晶表示装置において、カラーブレーキングが発生することがある。例えばグレー階調を表示する場合、図２に示されるように、ＰＷＭ駆動方式におけるＯＮ／ＯＦＦ期間が３つの液晶表示素子（Ｒ、Ｇ、Ｂ液晶表示素子：第１〜第３液晶表示素子）で大きく異なる場合がある。これは、光源のＲＧＢのスペクトル強度の影響や、液晶表示素子における各波長帯域の光利用効率の違いのため、グレー階調を表示するために必要なＰＷＭ駆動制御のＯＮ／ＯＦＦ期間がＲ、Ｇ、Ｂ液晶表示素子ごとに異なるためである。

【0017】

図２において、期間２０１は、Ｒ、Ｇ、Ｂ液晶表示素子の全てが発光しているＯＮ期間である。一方、期間２０２は、Ｒ、Ｂ液晶表示素子に関してＯＮ期間であるが、Ｇ液晶表示素子に関してＯＦＦ期間である。また、期間２０３は、Ｒ液晶表示素子のみがＯＮ期間である。このように期間２０２、２０３においては、液晶表示装置からの投射光がマゼンタや赤に近い色になり、このときにユーザが視線を振って投射画像を見ると、色割れや色ずれなどのカラーブレークが視認される。

【0018】

次に、図３を参照して、本実施形態における画像表示システムについて説明する。図３は、画像表示システムの概略図である。画像表示システムは、液晶プロジェクタ３０１（液晶表示装置）およびビデオプレーヤ３０２を備えて構成される。なお本実施形態において、液晶表示素子を用いた液晶表示装置の例として液晶プロジェクタ３０１について説明するが、本実施形態のカラーブレーク低減方法（映像信号生成方法）は、直視型モニタなど、液晶表示素子を用いた他の表示装置にも適用することができる。

【0019】

ビデオプレーヤ３０２から出力された映像信号（外部映像信号）は、ビデオケーブル３０３を介して液晶プロジェクタ３０１に入力される。液晶プロジェクタ３０１は、入力された映像信号（入力信号）から表示に適した映像信号（出力信号）を生成し、出力信号に対応する映像３０５をスクリーンなどの被投射面３０４に投射する。

【0020】

次に、図４を参照して、液晶プロジェクタ３０１の構成について説明する。図４は、液晶プロジェクタ３０１のブロック図である。液晶プロジェクタ３０１に入力された映像信号（入力画像）は、映像処理部４０１に入力される。映像処理部４０１は、入力画像に対して、ブライトネス補正、コントラスト補正、ガンマ変換、および、色変換などの各処理を行う。映像処理部４０１から出力された信号は、液晶駆動部４０３に入力される。

【0021】

液晶駆動部４０３（駆動手段）は、デジタル駆動方式（ＰＷＭ駆動方式）による駆動信号を用いて複数の液晶表示素子４０４（Ｒ、Ｇ、Ｂ液晶表示素子、例えば液晶パネル）を駆動する。液晶表示素子４０４は、光源４０５からの光を色ごとに変調する。液晶表示素子４０４は、ＲＧＢの色ごとに１つずつ設けられており、それぞれの液晶表示素子４０４は、各色の映像（連続したフレーム画像）を生成する。光源４０５からの光は、照明光学系４０６によりＲＧＢの３つの色光に分解されて３つの液晶表示素子４０４に入射し、３つの液晶表示素子４０４により変調される。変調された３つの色光は、１つの光に合成されて投射光学系４０７により投射される。

【0022】

液晶駆動部４０３は、遅延回路４０２を有する。遅延回路４０２は、複数の液晶表示素子４０４のうち少なくとも一つの液晶表示素子を駆動する駆動信号の開始タイミングＴｓを遅延させる。すなわち遅延回路４０２は、ＲＧＢの少なくとも一つのＰＷＭ駆動の開始タイミング（駆動信号の出力タイミング）に対して所定の遅延時間を付与する。そして遅延回路４０２は、各出力階調に応じたＯＮ／ＯＦＦ制御のＰＷＭパターン（駆動信号）を生成して、対応する液晶表示素子４０４に出力する。このように本実施形態において、液晶駆動部４０３は、３つの液晶表示素子４０４に関し、１フレーム期間に対応する駆動信号の開始タイミングＴｓを互いにシフトさせる。メインコントローラとしてのＣＰＵ４０８（制御手段）は、映像処理部４０１や遅延回路４０２を制御するとともに、光源４０５の駆動や液晶駆動部４０３による液晶表示素子４０４の駆動を制御する。

【0023】

次に、図５乃至図８を参照して、比較例としての液晶表示装置を用いた場合におけるカラーブレークの発生について説明する。図５は、液晶表示装置による投射光のスペクトルである。図６は、図５のスペクトルに対応する駆動信号（ＰＷＭ駆動信号）の説明図である。

【0024】

図５中の５０１は、図６（ａ）のようにＢ液晶表示素子を１フレーム期間の全てにおいてＯＮ駆動した場合（１フレーム期間の全てがＯＮ期間の場合）のスペクトルを示す。５０２は、図６（ｂ）のようにＧ液晶表示素子を１フレーム期間の全てにおいてＯＮ駆動した場合（１フレーム期間の全てがＯＮ期間の場合）のスペクトルを示す。５０３は、図６（ｃ）のようにＲ液晶表示素子を１フレーム期間の全てにおいてＯＮ駆動した場合（１フレーム期間の全てがＯＮ期間の場合）のスペクトルを示す。本実施形態において、緑（Ｇ）の積分強度を１．００とすると、赤（Ｒ）は０．４０、青（Ｂ）は０．７０となる。

【0025】

図７は、このようなスペクトル特性を有する液晶表示装置において、一般的な白色の色度（Ｄ６５）を実現するように色調整した場合のＰＷＭ波形（駆動信号）のＯＮ／ＯＦＦ期間を示している。図８は、図７のＰＷＭ波形（駆動信号）を用いて液晶表示素子を駆動した場合における液晶表示装置の光応答波形（液晶表示素子から出射した光の波形）を示している。図８において、横軸は時間（１フレーム期間）、縦軸は強度をそれぞれ示している。８０１は赤（Ｒ）の光応答波形、８０２は青（Ｂ）の光応答波形、８０３は緑（Ｇ）の光応答波形を示しており、ＲＧＢの発光波形（光応答波形）の重心Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３が互いに大きくずれている。光応答波形の重心が互いにずれることにより、光応答波形８０３のピークでは緑が顕著に見え、光応答波形８０２、８０１のピークではそれぞれ青、赤が顕著に見えることになる。これが、カラーブレークが顕著に見える原因である。

【0026】

次に、図９乃至図１２を参照して、本実施形態における液晶表示装置を用いた場合におけるカラーブレークの低減について説明する。図９は、本実施形態における液晶表示素子の駆動信号（ＯＮ／ＯＦＦ期間）の説明図である。図１０は、図９に示される駆動信号を用いた場合における液晶表示素子の光応答波形である。

【0027】

図９において、９０１は、遅延回路４０２によりＧ液晶表示素子の駆動信号に与えられた遅延時間（シフト時間）を示す。９０２は、遅延回路によりＢ液晶表示素子の駆動信号に与えられた遅延時間（シフト時間）を示す。図９に示されるように、遅延時間９０１、９０２を与えることにより、ＲＧＢのＯＮ期間の中心９０３、９０４、９０５が互いに一致する。図１０において、１００１は赤（Ｒ）の光応答波形、１００２は青（Ｂ）の光応答波形、１００３は緑（Ｇ）の光応答波形をそれぞれ示している。図８に示される重心Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３と比較して、発光波形（光応答波形）の重心Ｇ１１、Ｇ１２、Ｇ１３が互いに揃っている（図８の場合により各重心が近づいている）ため、カラーブレークを低減することができる。

【0028】

図９のように遅延時間９０１、９０２を与えることにより、カラーブレークを低減することは可能である。しかし、図１０のＲ、Ｂ、Ｇの発光波形１００１、１００２、１００３の重心Ｇ１１、Ｇ１２、Ｇ１３に着目すると、厳密には各重心が互いに一致していない。これは、液晶表示素子の応答性によるものであり、ＲＧＢの液晶表示素子がそれぞれ応答性の影響を受けるため、表現しようとするグレー階調の強度によっては、駆動信号のＯＮ／ＯＦＦ期間の中心と発光波形（光応答波形）の重心とが互いに一致しないことがある。このような場合、図１１に示されるように、遅延回路４０２を用いて遅延時間１１０１、１１０２を付与する。その結果、図１２に示されるように、発光波形１２０１、１２０２、１２０３の重心Ｇ２１、Ｇ２２、Ｇ２３を互いに一致させる（極めて近づける）ことができる。図１１は、本実施形態における駆動信号の説明図である。図１２は、図１１の駆動信号を用いた場合における液晶表示素子の光応答波形である。

【0029】

このように本実施形態において、液晶駆動部４０３は、複数の液晶表示素子４０４のそれぞれから出力される複数色の発光重心（光応答波形の重心）が互いに近づくように、駆動信号の開始タイミングを互いにシフトさせる。より好ましくは、複数色の発光重心が互いに一致するように開始タイミングを互いにシフトさせる。最適な遅延時間は、液晶表示装置が表示する色や階調に応じて異なる。このため遅延回路４０２は、色または階調に応じて遅延時間を制御（変更）することが好ましい。

【0030】

本実施形態において、複数の液晶表示素子４０４は、Ｒ帯域の光を変調する第１の液晶表示素子と、Ｇ帯域の光を変調する第２の液晶表示素子と、Ｂ帯域の光を変調する第３の液晶表示素子とを含む。液晶駆動部４０３は、第１の液晶表示素子の開始タイミングに対して、第２の液晶表示素子の開始タイミングを遅延させる。また液晶駆動部４０３は、第３の液晶表示素子の開始タイミングに対して、第２の液晶表示素子の開始タイミングを遅延させる。また液晶駆動部４０３は、第１の液晶表示素子の開始タイミングに対して、第３の液晶表示素子の開始タイミングを遅延させる。ただし本実施形態は、これに限定されるものではなく、カラーブレークの発生を低減するために各液晶表示素子の開始タイミングの関係を任意に変更することが可能である。

【0031】

ここで、複数の液晶表示素子のうち少なくとも一つの液晶表示素子に関し、１フレーム期間に対応する駆動信号の開始タイミングのシフト時間（遅延時間）をΔＴ、１フレーム期間のうち１フレーム期間の終了タイミングまでの連続したＯＦＦ期間をＴａとする。このとき、ΔＴ≦Ｔａを満たす必要がある。以下、図１３を参照して、これに関して説明する。

【0032】

図１３は、本実施形態において設定可能な遅延時間の説明図であり、２フレーム期間における最大入力時の駆動信号（ＰＷＭ波形）のＯＮ／ＯＦＦ期間を示している。図１３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、ΔＴ＝０、ΔＴ≦Ｔａ、ΔＴ＞Ｔａの場合をそれぞれ示している。図１３（ｃ）に示されるようにΔＴ＞Ｔａとすると、本来１フレーム期間において発光するべき期間が２フレーム目にかかってしまう。その結果、液晶表示素子を駆動した際に画像が破たんする可能性がある。このためシフト時間ΔＴは、ΔＴ≦Ｔａを満たすように設定されることが好ましい。

【0033】

また、前述のように液晶表示素子の応答性を考慮すると、駆動信号のＯＮ期間の中心を互いに一致させるために必要なシフト時間（遅延時間）よりもさらにシフト（遅延）させることが好ましい。すなわち、遅延回路４０２により与えられるシフト時間ΔＴは、ΔＴ≧Ｔａ／２を満たすことが好ましい。以上より、シフト時間ΔＴは、Ｔａ／２≦ΔＴ≦Ｔａなる条件式を満たすことが好ましい。

【0034】

本実施形態によれば、デジタル駆動方式で発生するカラーブレークを低減することが可能な液晶表示装置およびその制御方法を提供することができる。

【0035】

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

【0036】

本実施形態では、デジタル駆動方式としてＰＷＭ駆動方式を用いて液晶表示素子を駆動しているが、これに限定されるものではなく、ＰＷＭ駆動方式以外のデジタル駆動方式を用いてもよい。また本実施形態では、少なくとも一つの液晶表示素子に関し、遅延回路を用いて１フレーム期間に対応する駆動信号の開始タイミングをシフト（遅延）させているが、これに限定されるものではない。例えば、ＣＰＵ４０８によるシフト制御などの他の手法により、開始タイミングをシフトさせてもよい。

【符号の説明】

【0037】

３０１ 液晶プロジェクタ（液晶表示装置）
４０３ 液晶駆動回路（駆動手段）
４０４ 液晶表示素子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】