(57)【要約】【課題】可能な限り低い駆動周波数を有するアクティブマトリクス型ディスプレイ装置を提供する。【解決手段】本発明の一実施形態に従うアクティブマトリクス型ディスプレイ装置１は、複数の画素の配列１０と、複数の画素を照射するバックライト用光源１２とを有し、複数のフレームを含む画像を表示することができる。ディスプレイ装置１は、複数の画素の夫々に設けられた複数の光学シャッターと、その複数の光学シャッターを開閉させるシャッター制御部１４と、光源１２から照射される光の強さを２以上の多段階に変調する光源制御部１６と、１の所定のフレームで所定の階調表現を実現するよう、光源制御部１６による光源１２から照射される光の強さの変調を、シャッター制御部１４による複数の光学シャッターの開閉と同期させる同期制御部１８とを有する。【選択図】図１
2010091895.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素の配列と、該複数の画素を照射するバックライト用光源とを有し、複数のフレームを含む画像を表示するアクティブマトリクス型ディスプレイ装置であって、
前記複数の画素の夫々に設けられた複数の光学シャッターと、
前記複数の光学シャッターを開閉させるシャッター制御部と、
前記光源から照射される光の強さを２以上の多段階に変調する光源制御部と、
１の所定のフレームで所定の階調表現を実現するよう、前記光源制御部による前記光源から照射される光の強さの変調を、前記シャッター制御部による前記複数の光学シャッターの開閉と同期させる同期制御部とを有するアクティブマトリクス型ディスプレイ装置。
【請求項２】
前記１の所定のフレームでＭ×Ｎ（Ｍ、Ｎは２以上の整数。）ビットの階調表現を実現する場合に、
前記光源制御部は、前記１の所定のフレームの期間内に、前記光源から照射される光の強さをＭ段階に変調し、
前記シャッター制御部は、前記１の所定のフレームの期間内に、前記光学シャッターが開かれている時間をＮ段階に変調し、
前記同期制御部は、前記光学シャッターが開かれている時間の変調比Ａｘ及び前記光源から照射される光の強さの変調比Ｉｙが夫々、以下の式
Ａｘ＝２ｘ  （ｘ＝０，１，・・・，Ｎ−１）
Ｉｙ＝２ｙＮ  （ｙ＝０，１，・・・，Ｍ−１）
又は
Ａｘ＝２ｘＭ  （ｘ＝０，１，・・・，Ｎ−１）
Ｉｙ＝２ｙ  （ｙ＝０，１，・・・，Ｍ−１）
により決定されるよう前記光源制御部及び前記シャッター制御部を制御する、請求項１記載のアクティブマトリクス型ディスプレイ装置。
【請求項３】
前記同期制御部は、前記光学シャッターが開かれている場合に前記光源制御部が前記光源から照射される光の強さを一定に保つところの最短期間が、少なくとも前記バックライト用光源の応答時間よりも長く且つフレームレートの逆数よりも短いか又は少なくとも等しくなるように、前記光源制御部による前記光源から照射される光の強さの変調を、前記シャッター制御部による前記複数の光学シャッターの開閉と同期させる、請求項１又は２記載のアクティブマトリクス型ディスプレイ装置。
【請求項４】
ＭＥＭＳディスプレイ又は強誘電性液晶ディスプレイである、請求項１乃至３のうちいずれか一項記載のアクティブマトリクス型ディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の画素の配列と、該複数の画素を照射するバックライト用光源とを有し、複数のフレームを含む画像を表示するアクティブマトリクス型ディスプレイ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、２値で動く光学シャッターを備え、このシャッターの開閉によりバックライトの出力光を制御するディスプレイが開発されてきた。近年では、ＭＥＭＳ（MicroElectro  Mechanical  Systems）技術の発展に伴い、この技術によって実現されるシャッターがＴＦＴ（Thin-Film  transistor）基板上に設けられたＭＥＭＳディスプレイも開発されている。
【０００３】
例えば、ＳＩＤ２００８ダイジェストの１０５４〜１０５７頁に掲載される、Dan  Van  Ostrand及びB．Tod  Coxによる「Time  Multiplexed  Optical  Shutter（TMOS）−Advantages  &  Advanced」（非特許文献１）には、上記のようなＭＥＭＳディスプレイの画像表示のためのシャッター制御方法が記載されている。１フレームの期間内に、Ｒ、Ｇ、Ｂのバックライト用ＬＥＤが順番に点灯される。Ｒ、Ｇ、Ｂの各バックライト用ＬＥＤが点灯されるサブフレームの間に、光学シャッターの開閉時間を制御することで、各色の階調表現が達成される。
【０００４】
図５は、従来技術に従う光学シャッターを備えたディスプレイ装置の階調表現を表す。図５に表されるように、１サブフレーム全体を通して、バックライトの光の強さは常に一定である。一方、光学シャッターが開いている時間は、１サブフレームの期間内で１：２：４：８：１６：３２：６４：１２８の比を有して変調される。すなわち、サブフレームは８個に分割される。これにより、ディスプレイ装置は２５６階調を表現可能である。図５は、１フレームの期間内にＲ、Ｇ、Ｂのバックライト用ＬＥＤが順番に点灯されるシーケンシャル方式を例として説明したが、当然、１フレームを単位として、光学シャッターの開閉による階調表現も可能である。
【非特許文献１】Dan  Van  Ostrand及びB．Tod  Cox著、「Time  Multiplexed  Optical  Shutter（TMOS）−Advantages  &  Advanced」、ＳＩＤ２００８ダイジェスト、１０５４〜１０５７頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来技術に従うディスプレイ装置では、光学シャッターを駆動するために相当に高い周波数を必要とする。駆動周波数が高いほど、消費電力は大きくなり、また、部品の劣化や発熱による装置の故障が問題となる。
【０００６】
本発明は、このような問題を鑑み、各画素に光学シャッターを備えたアクティブマトリクス型ディスプレイ装置において、可能な限り低い駆動周波数を有するアクティブマトリクス型ディスプレイ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明のアクティブマトリクス型ディスプレイ装置は、複数の画素の配列と、該複数の画素を照射するバックライト用光源とを有し、複数のフレームを含む画像を表示するアクティブマトリクス型ディスプレイ装置であって、前記複数の画素の夫々に設けられた複数の光学シャッターと、前記複数の光学シャッターを開閉させるシャッター制御部と、前記光源から照射される光の強さを２以上の多段階に変調する光源制御部と、１の所定のフレームで所定の階調表現を実現するよう、前記光源制御部による前記光源から照射される光の強さの変調を、前記シャッター制御部による前記複数の光学シャッターの開閉と同期させる同期制御部とを有する。
【０００８】
これにより、各画素に光学シャッターを備えたアクティブマトリクス型ディスプレイ装置において、可能な限り低い駆動周波数を有するアクティブマトリクス型ディスプレイ装置を提供することが可能となる。結果として消費電力は小さくなるとともに、部品の劣化や発熱が回避されることとなり、ディスプレイ装置の耐用期間は長くなりうる。
【０００９】
望ましくは、本発明の一実施例において、前記１の所定のフレームでＭ×Ｎ（Ｍ、Ｎは２以上の整数。）ビットの階調表現を実現する場合に、前記光源制御部は、前記１の所定のフレームの期間内に、前記光源から照射される光の強さをＭ段階に変調し、前記シャッター制御部は、前記１の所定のフレームの期間内に、前記光学シャッターが開かれている時間をＮ段階に変調し、前記同期制御部は、前記光学シャッターが開かれている時間の変調比Ａｘ及び前記光源から照射される光の強さの変調比Ｉｙが夫々、以下の式
Ａｘ＝２ｘ  （ｘ＝０，１，・・・，Ｎ−１）
Ｉｙ＝２ｙＮ  （ｙ＝０，１，・・・，Ｍ−１）
又は
Ａｘ＝２ｘＭ  （ｘ＝０，１，・・・，Ｎ−１）
Ｉｙ＝２ｙ  （ｙ＝０，１，・・・，Ｍ−１）
により決定されるよう前記光源制御部及び前記シャッター制御部を制御する。
【００１０】
このように、１フレームの期間における光学シャッターが開かれている時間の変調比及びバックライト輝度の変調比は、上記の式によって表されるような一定の規則に従って求められる。
【００１１】
望ましくは、本発明の一実施例において、前記同期制御部は、前記光学シャッターが開かれている場合に前記光源制御部が前記光源から照射される光の強さを一定に保つところの最短期間が、少なくとも前記バックライト用光源の応答時間よりも長く且つフレームレートの逆数よりも短いか又は少なくとも等しくなるように、前記光源制御部による前記光源から照射される光の強さの変調を、前記シャッター制御部による前記複数の光学シャッターの開閉と同期させる。
【００１２】
これにより、バックライト用光源の応答損失及びフリッカの問題を回避することが可能となる。
【００１３】
また、本発明の一実施形態に従うアクティブマトリクス型ディスプレイ装置は、ＭＥＭＳディスプレイ又は強誘電性液晶ディスプレイであっても良い。
【００１４】
光学シャッターは、ＭＥＭＳディスプレイでは機械的に開閉され得、一方、強誘電性液晶ディスプレイでは電気的に開閉され得る。
【発明の効果】
【００１５】
本発明により、各画素に光学シャッターを備えたアクティブマトリクス型ディスプレイ装置において、可能な限り低い駆動周波数を有するアクティブマトリクス型ディスプレイ装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付の図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に従うディスプレイ装置の構成をブロック図形式で表す。
【００１８】
図１のディスプレイ装置１は、複数の画素の配列１０と、これらの画素を照射するバックライト用光源１２とを有した、複数のフレームを含む画像（すなわち、動画。）を表示するアクティブマトリクス型ディスプレイ装置である。画素の夫々には光学シャッターが設けられており、この光学シャッターの開閉により、光源１２から照射される光の透過が制御される。光学シャッターは、機械的又は電気的に開閉される。光学シャッターの開閉が機械的に制御されるものの代表例には、ＭＥＭＳ技術によって実現されるシャッターがＴＦＴ基板上に設けられたＭＥＭＳディスプレイがある。また、光学シャッターの開閉が電気的に制御されるものの代表例には、電界の印加による液晶分子の配向の変化を利用した強誘電性液晶ディスプレイがある。
【００１９】
ディスプレイ装置１は、各画素に設けられた光学シャッターを開閉させるシャッター制御部１４と、光源１２から照射される光の強さを２以上の多段階に変調する光源制御部１６と、シャッター制御部１４及び光源制御部１６を同期させる同期制御部１８とを更に有する。同期制御部１８は、１の所定のフレームにおいてシャッターが開いている時間の長さ及び光源１２から照射される光の強さを組み合わせて所定の階調表現を実現するよう、光源制御部１６による光源１２から照射される光の強さの変調を、シャッター制御部１４による光学シャッターの開閉と同期させることができる。
【００２０】
以下では、具体的な実施例を挙げて、シャッターが開いている時間の長さ及び光源１２から照射される光の強さがどのように組み合わされることで所定の階調表現を実現することができるのかを詳細に説明する。
【実施例１】
【００２１】
図２は、本発明の第１の実施例に従うディスプレイ装置の階調表現を表す。なお、本実施例に従うディスプレイ装置はモノクロ表示形式であり、従って、図２は１フレームにおける制御の様子を示している点に留意されたし。
【００２２】
図２に表されるように、シャッター制御部１４は、光学シャッターが開いている時間を、１フレームの期間内で１：２：４：８の比を有して４段階に変調する。具体的には、１の所定のフレームは４個のサブフレームに分割され、各サブフレームは、１フレームの存続期間をＴＦとすると、夫々（１／１５）×ＴＦ、（２／１５）×ＴＦ、（４／１５）×ＴＦ及び（８／１５）×ＴＦの存続期間を有して、フレーム内で順次に配置される。
【００２３】
光源制御部１６は、各サブフレームにおいて、光源１２から照射される光の強さ（以降、「バックライト輝度」と称する。）を１：１６の比を有して２段階に変調する。具体的に、サブフレームの最初の半分の期間におけるバックライト輝度を１とすると、残りの半分の期間におけるバックライト輝度は、最初の半分の期間の１６倍である。このように、図５に示された従来技術とは異なり、本実施例では、バックライト輝度は常に一定ではなく、１：１６の比を有するよう設定された２つの値の間で交互に変化する。よって、１フレーム期間内で光学シャッターが開いている時間の最短存続期間は、最初のサブフレームの存続期間の半分である（１／３０）×ＴＦである。このようにして、本実施例に従うディスプレイ装置は、従来技術に従うディスプレイ装置と同様に、２５６階調を表現可能である。
【００２４】
一方、従来技術に従うディスプレイ装置において、光学シャッターが開いている時間の最短存続期間は、図５から明らかなように（１／２５５）×ＴＦである。よって、本実施例に従うディスプレイ装置では、光学シャッターを駆動するために必要とされる周波数は、従来技術に従うディスプレイ装置よりも低くされ得る。
【００２５】
このように、光学シャッターの開閉制御をバックライト輝度の変調と組み合わせることで、光学シャッターの駆動周波数を低くすることが可能となり、結果として消費電力は小さくなる。更に、部品の劣化や発熱が回避されることとなり、ディスプレイ装置の耐用期間は長くなりうる。
【００２６】
図３は、本発明の様々な実施例に従うディスプレイ装置における可能な階調表現の例を示す表である。図３の表には、比較のために、図５に示された従来技術に従うディスプレイ装置の階調表現とともに、本発明の様々な実施例に従うディスプレイ装置の階調表現（パターン１〜１５）が数値によって示されている。
【００２７】
図３の表中、網掛けがされた行（パターン１０）は、図２に示された実施例に従うディスプレイ装置の階調表現を示す。これによれば、図２を参照して記載されたように、バックライト輝度の変調段階は２段階であり、１の所定のフレームは４つのサブフレームに分割され、階調は８ビットで表され（すなわち、２５６階調。）、１フレームの期間内で光学シャッターが開かれている時間は１：２：４：８の比で変調され、バックライト輝度の変調比は１：１６であることが分かる。ここで、階調ビットの数は、バックライト輝度の変調段階の数及びサブフレームの数の積に等しい。
【００２８】
更に、図３に示される表には、単位サブフレームの期間全体に実現される輝度が比によって示されており、図２に示された実施例に従うディスプレイ装置の階調表現では、０、１、１６、１７の輝度が実現されることが分かる。サブフレームにおいて、最初の半分の期間及び残りの半分の期間のいずれにおいても光学シャッターが閉じられている場合には、光源１２から照射される光は画素を透過せず、その画素は黒色を表示する。このときの輝度は０である。最初の半分の期間又は残りの半分の期間のいずれか一方においてのみ光学シャッターが開かれている場合には、サブフレーム全体における輝度は１又は１６のいずれかである。最初の半分の期間及び残りの半分の期間のいずれにおいても光学シャッターが開かれている場合には、サブフレーム全体における輝度は１７である。
【００２９】
そして、表には、更に、光学シャッターが開いている時間の最短存続期間が示されており、図２に示された実施例に従うディスプレイ装置では、上述されたように、１フレームの存続期間をＴＦとした場合に（１／３０）×ＴＦである。
【００３０】
注目すべきは、この場合に、バックライト輝度の変調段階の数をＭ（≧２）とし、光学シャッターが開いている時間の変調段階の数、すなわち、サブフレームの数をＮ（≧２）としたときに、同期制御部１８は、光学シャッターが開かれている時間の変調比Ａ２ｘ及びバックライト輝度の変調比Ｉ２ｙが以下の式によって決定されるよう、光源制御部１６及びシャッター制御部１４を制御する点である：
Ａ２ｘ＝２ｘ  （ｘ＝０，１，・・・，Ｎ−１）          （１−１）
Ｉ２ｙ＝２ｙＮ  （ｙ＝０，１，・・・，Ｍ−１）        （１−２）
この式によれば、図２に示された実施例に従うディスプレイ装置では、バックライト輝度の変調段階の数Ｍは“２”であり、サブフレームの数Ｎは“４”であるから、１フレームの期間内で光学シャッターが開かれている時間の変調比Ａ２ｘとしては“１、２、４、８”が求まり、バックライト輝度の変調比Ｉ２ｙとしては“１、１６”が求まる。
【００３１】
上記の式（１−１）及び（１−２）は、図２に示された実施例に従うディスプレイ装置の階調表現を示すパターン１０を含め、図３の表に表されたパターン８〜１４の例に当てはまる。
【００３２】
また、パターン１〜７の例では、同様にバックライト輝度の変調段階の数をＭ（≧２）、サブフレームの数をＮ（≧２）としたときに、１フレームの期間内で光学シャッターが開かれている時間の変調比Ａ１ｘ及びバックライト輝度の変調比Ｉ１ｙは、以下の式によって決定される：
Ａ１ｘ＝２ｘＭ  （ｘ＝０，１，・・・，Ｎ−１）        （２−１）
Ｉ１ｙ＝２ｙ  （ｙ＝０，１，・・・，Ｍ−１）          （２−２）
この式によれば、パターン２を例として説明すると、バックライト輝度の変調段階の数Ｍは“２”であり、サブフレームの数Ｎは“３”であるから、１フレームの期間内で光学シャッターが開かれている時間の変調比Ａ１ｘとしては“１、４、１６”が求まり、バックライト輝度の変調比Ｉ１ｙとしては“１、２”が求まる。
【００３３】
このように、１フレームの期間における光学シャッターが開かれている時間の変調比及びバックライト輝度の変調比は、式（１−１）及び（１−２）又は式（２−１）及び（２−２）のいずれかによって表されるような一定の規則に従って求められる。
【００３４】
例外的に、パターン１５は、式（１−１）及び（１−２）又は式（２−１）及び（２−２）のいずれによっても求められない。パターン１５は、輝度が８段階で変調され、輝度の各変調段階において光学シャッターが開いている時間はいずれも同じである場合について表す。すなわち、サブフレームの数は“１”である。上記の式（１−１）及び（１−２）並びに式（２−１）及び（２−２）は、バックライト輝度の変調段階の数Ｍ及びサブフレームの数Ｎがいずれも２以上である場合に適用され得ることが分かっている。
【実施例２】
【００３５】
図４は、本発明の第２の実施例に従うディスプレイ装置の階調表現を表す。なお、本実施例に従うディスプレイ装置はモノクロ表示形式であり、従って、図４は１フレームにおける制御の様子を示している点に留意されたし。
【００３６】
図４に表されるように、シャッター制御部１４は、図２に示された第１の実施例と同様に、光学シャッターが開いている時間を、１フレームの期間内で１：２：４：８の比を有して変調する。しかし、各変調期間は、１フレーム期間内で１：２：４：１：２：４：８：８の比で順に配置される。具体的には、１フレームの存続期間をＴＦとすると、光学シャッターが開いている第１乃至第３の期間は、夫々、（１／３０）×ＴＦ、（２／３０）×ＴＦ及び（４／３０）×ＴＦの異なる存続期間を有し、続く第４乃至第６の期間も同様に、夫々、（１／３０）×ＴＦ、（２／３０）×ＴＦ及び（４／３０）×ＴＦの異なる存続期間を有し、最後の第７及び第８の期間は、夫々、同じ（８／３０）×ＴＦの存続期間を有する。
【００３７】
また、光源制御部１６は、バックライト輝度を、やはり図２に示された第１の実施例と同様に、１：１６の比を有して２段階に変調する。しかし、バックライト輝度は、２つの値の間で１つずつ交互に変更されるのではなく、最初の第１乃至第３の期間では１で一定であり、続く第４乃至第５の期間では１６で一定であり、第７の期間で再び１となり、最後の第８の期間で１６となる。
【００３８】
このようにして、本実施例に従うディスプレイ装置でも、従来技術に従うディスプレイ装置と同様に、２５６階調を表現可能である。
【００３９】
光学シャッターが開いている時間の最短存続期間は、図２に示された第１の実施例と同じく、（１／３０）×ＴＦである。しかし、光学シャッターが開かれている場合に光源制御部１６がバックライト輝度を一定に保つところの最短時間は、本実施例では、第１乃至第３の期間又は第４乃至第６の期間の長さに相当し、（（１＋２＋４）／３０）×ＴＦである。これは、図２に示された第１の実施例と比べて７倍の長さである。このようにバックライト輝度が一定に保たれるところの最短時間が長くされることにより、バックライト用光源１２の応答損失及びフリッカの問題を回避することが可能となる。
【００４０】
バックライト用光源１２としては、一般的にＬＥＤが用いられる。ＬＥＤの立ち上がりには、通常１００〜２００ｎｓの時間を要するため、光源制御部１６が光源１２から照射される光の強さを一定に保つところの最短期間は、少なくともこの立ち上がり時間（一般に「応答時間」と称される。）よりも長いことが好ましい。逆に、この最短期間が長すぎると、駆動周波数は低くなりすぎ、フリッカが発生しうる。具体的に、フリッカの発生を防ぐためには、単位時間当たりにフレームが更新される回数を表す「フレームレート」よりも大きいか又は少なくとも等しい周波数でバックライト輝度が変調されることが好ましい。
【００４１】
同期制御部１８は、バックライト用光源の応答損失及びフリッカの問題を回避するよう光学シャッターの開閉制御及びバックライト輝度の変調の組み合わせを決定するように、光源制御部１６によるバックライト輝度の変調を、シャッター制御部１４による光学シャッターの開閉と同期させる。
【００４２】
具体的に、図４に示される例では、図２に示された第１の実施例と同様に、バックライト輝度は１：１６の比を有して２段階で変調され、光学シャッターが開かれている時間は１：２：４：８の比を有して変調されるが、それらの組み合わせ、すなわち、１フレームの期間内のサブフレームの配置が相違する。このように、光学シャッターの開閉制御及びバックライト輝度の変調を様々に組み合わせることで、光学シャッターの駆動周波数を低くすることのみならず、バックライト光源の応答損失及びフリッカの問題を回避することも可能となる。
【００４３】
以上、発明を実施するための最良の形態について説明を行ったが、本発明は、この最良の形態で述べた実施の形態に限定されるものではない。本発明の主旨を損なわない範囲で変更することが可能である。
【００４４】
例えば、本発明の上記の実施例は、１フレームの期間内にＲ、Ｇ、Ｂのバックライト用ＬＥＤが順番に点灯されるシーケンシャル方式にも適用することができ、この場合には、Ｒ、Ｇ、Ｂの各バックライト用ＬＥＤが点灯されるサブフレームの期間内で、図２乃至４を参照して説明された階調表現が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施形態に従うディスプレイ装置の構成をブロック図形式で表す。
【図２】本発明の第１の実施例に従うディスプレイ装置の階調表現を表す。
【図３】本発明の様々な実施例に従うディスプレイ装置における可能な階調表現の例を示す表である。
【図４】本発明の第２の実施例に従うディスプレイ装置の階調表現を表す。
【図５】従来技術に従う光学シャッターを備えたディスプレイ装置の階調表現を表す。
【符号の説明】
【００４６】
１    アクティブマトリクス型ディスプレイ装置
１０  画素の配列
１２  バックライト用光源
１４  シャッター制御部
１６  光源制御部
１８  同期制御部
【図１】
2010091895.tif 000003
【図２】
2010091895.tif 000004
【図３】
2010091895.tif 000005
【図４】
2010091895.tif 000006
【図５】
2010091895.tif 000007