(57)【要約】ＬＣディスプレイデバイスの段階的なスクローリングが変調可能／制御可能な光源のアレイを用いて達成される。ＬＣディスプレイはセグメント化され、各セグメントはアドレスされ他のセグメントのそれぞれと同時に続けて照明される。他の利点に加えて、このことは、性能利点を提供し、一方で機械的に動く部分を実質的に取り除く。
2006527413.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＣＤにおけるディスプレイを照明する方法であって、
照明のためにＬＣパネルの少なくとも２つのセグメントの準備を実質的に同時に行う段階と、
それぞれ異なる色の光で上記セグメントを実質的に同時に照明する段階と、
を有し、
前記セグメントはそれぞれ少なくとも２つの画素列を有する、方法。
【請求項２】
前記少なくとも２つのセグメントは、３つのセグメントを有する請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記処理は、連続的に繰り返され、
各繰り返しにおいて、各セグメントを照明する光の色が変化する請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記３つのセグメントのうちの第１のセグメントは、赤色光で照明され、
前記３つのセグメントのうちの第２のセグメントは、青色光で照明され、
前記３つのセグメントのうちの第３のセグメントは、緑色光で照明される、請求項２記載の方法。
【請求項５】
前記処理は、連続的に繰り返され、
各繰り返しにおいて、前記第１のセグメント、前記第２のセグメント、及び前記第３のセグメントを照明する色は、最後の照明とは異なる請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記セグメントの数は、前記ディスプレイを照明する光の色の数に等しい請求項１記載の方法。
【請求項７】
各セグメントについての照明時間は、
Ｉｔ＝Ｔ（色）−Ｔ（ＬＣ）−ＬＡＴ×Ｎ／Ｃ
により与えられ、ここで、Ｉｔは、照明時間であり、Ｔ（色）は、色フレーム時間であり、Ｔ（ＬＣ）は、ＬＣ応答時間であり、ＬＡＴは、ラインアドレス時間であり、Ｃは、前記ＬＣデバイスを照明する色の数であり、Ｎは、列の数である、請求項１記載の方法。
【請求項８】
第１の列における画素素子に、前記少なくとも２つのセグメントのそれぞれの最後の列の画素素子に印加される電圧より少ない電圧を印加する段階を有する請求項１記載の方法。
【請求項９】
第１の色の光で液晶（ＬＣ）パネルの第１のセグメントを照明する別個の発光デバイスからなる第１のアレイと、
第２の色の光で前記ＬＣパネルの第２のセグメントを照明する別個の発光デバイスからなる第２のアレイと、
別個の発光デバイスからなる少なくとも１つの追加のアレイと、
を有し、
前記少なくとも１つの追加のアレイのそれぞれは、別個の色の光で前記ＬＣパネルの各セグメントを照明し、
各セグメントは、前記少なくとも１つの追加アレイのそれぞれからの光によってのみ照明され、
前記第１のセグメント、前記第２のセグメント、及び前記各セグメントのそれぞれは、第１の特定の時間間隔の間、同時に照明されるＬＣＤ機器。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの追加のアレイは、第３のアレイであり、
前記第３のアレイは、第３のセグメントを第３の色の光で、且つ、前記第１のアレイ及び前記第２のアレイと同時に照明する請求項９記載のＬＣＤ機器。
【請求項１１】
前記第１の特定時間間隔の後、前記第１のアレイ、前記第２のアレイ、及び前記少なくとも１つの追加のアレイのそれぞれは、第２の特定の時間間隔の間、前記第１の特定の時間間隔の間照明された前記セグメントとは異なる各他のセグメントを照明する請求項９記載のＬＣＤ機器。
【請求項１２】
前記第２の特定時間間隔の後、前記第１のアレイ、前記第２のアレイ、及び前記少なくとも１つの追加のアレイのそれぞれは、第３の特定の時間間隔の間、前記第２の特定の時間間隔の間照明された前記セグメントとは異なる各他のセグメントを照明する請求項１１記載のＬＣＤ機器。
【請求項１３】
１つのセグメントから別のセグメントへの各アレイによるスクローリングは、連続的に行われ、
同時照明は、各スクローリング段階後に行われる請求項１２記載のＬＣＤ機器。
【請求項１４】
前記第１のセグメント、前記第２のセグメント、及び前記少なくとも１つの追加のセグメントの照明の前に、前記セグメントのそれぞれは、前記セグメントの複数の画素のそれぞれに印加される選択的な電圧で照明のための準備が同時に整えられる請求項９記載のＬＣＤ機器。
【請求項１５】
前記アレイのそれぞれは、他のアレイからの光の色とは異なる特定の色の光を放射するよう選択的にアドレス可能である請求項９記載のＬＣＤ機器。
【請求項１６】
前記第１の色は、赤であり、
前記第２の色は、緑であり、
前記第３の色は、青である請求項１０記載のＬＣＤ機器。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
液晶技術は、例えば、幾つかの用途例を挙げるに、プロジェクションテレビジョン、コンピュータモニタ、販売場所でのディスプレイ、及び電子シネマに使用するプロジェクションディスプレイに適用されてきている。
【０００２】
より最近のＬＣデバイスの適用は、シリコン基板上の反射ＬＣディスプレイであり、一般的に、リキッドクリスタル・オン・シリコン（ＬＣＯＳ）と呼ばれる。しばしば液晶は、ツイステッド・ネマティック液晶（ＴＮＬＣ）デバイスである。シリコンに基づいた反射ＬＣディスプレイは、しばしば相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）トランジスタ／スイッチのアクティブマトリクスを有する。これらは、液晶分子の軸を選択的に回転するよう使用される。
【０００３】
多くのＬＣディスプレイデバイスでは、画像は最初に、ＬＣデバイス（パネル）内のＬＣ分子の配向を選択的に変更し、次に、パネルを選択的に光で照射することによってディスプレイ上に構成される。このＬＣ分子の選択的な配向は、パネルのアドレス指定又は「準備を整え中」と呼ばれ得る。このために、パネルには特定の画像が用意され、それが、個々の画像素子（画素）に好適な電圧を印加することによって照明と同期するようにされる。この処理は、しばしば、フィールド・シーケンシャル・カラー（ＦＳＣ）照明法を介して行われる。この照明法では、ＬＣデバイスの各列が、シーケンシャル形式での照明のために準備される。この処理は、各画素を完全にアドレス指定する時間と、照明前の安定状態に到達するための最後の列の任意のラグ時間を必要とする。
【０００４】
ＬＣデバイスの各列の画素がアドレス指定された（準備が整った）後、照明が発生し、そして、処理は、スクローリング処理で画像の作成のために繰り返される。多くの適用において、照明は、原色である赤（Ｒ）、青（Ｂ）、及び緑（Ｇ）を用いて行われる。完全な色フレーム時間（即ち、Ｒ、Ｂ、及びＧ）についての照明時間は、デューティサイクルと呼ばれる。当然ながら、観察者に適切な輝度を与えるために、照明デューティサイクルを最大にすることが有用である。従って、パネルの画素列のシーケンシャル準備時間と、安定状態に到達するための最後の列のラグ時間を最小にすることが有益である。
【０００５】
照明デューティサイクルを増加するための１つの周知の技術は、１画素当たりに２つのトランジスタに基づいたメモリ素子を使用することに関する。この周知の技術では、各画素は、現在の画像のための液晶配向を与える動作トランジスタ−コンデンサ対と、次の画像／ＦＳＣのために好適な電圧で充電される別の対を有する。従って、次の画像が表示されるべきとき、全ての画素は、順次ではなく同時に準備される（アドレス指定される）ので目立った遅延／ラグはない。
【０００６】
この参照した方法は、向上されたデューティサイクルを提供するが、これはしばしば実用的ではない。特に、各画素が素子の冗長性を必要とするならば、より小型でより安価なパネルの要望を達成することができない。
【０００７】
従って、ＬＣデバイスを使用してディスプレイを照明する方法及び機器であって、向上されたデューティサイクルを有し、周知の方法及び機器の少なくとも一部の欠陥を解決する方法及び機器が必要である。
【０００８】
１つの例示的な実施例では、ＬＣＤにおけるディスプレイを照明する方法は、少なくとも１つの色の光の照明のためにＬＣパネルのセグメントの準備を整える段階と、セグメントを照明する段階と、次の照明のためのＬＣパネルの少なくとも１つの別のセグメントの準備を実質的に同時に準備する段階とを有する。例示的に、各セグメントは、少なくとも２つの画素列を有する。
【０００９】
別の例示的な実施例では、ＬＣＤ機器は、第１の色の光で液晶（ＬＣ）パネルの第１のセグメントを照明する別個の発光デバイスからなる第１のアレイと、第２の色の光でＬＣパネルの第２のセグメントを照明する別個の発光デバイスからなる第２のアレイと、別個の発光デバイスからなる少なくとも１つの追加のアレイとを有し、少なくとも１つの追加のアレイのそれぞれは、別個の色の光でＬＣパネルの各セグメントを照明し、各セグメントは、少なくとも１つの追加アレイのそれぞれからの光によってのみ照明され、第１のセグメント、第２のセグメント、及び各セグメントのそれぞれは、第１の特定の時間間隔の間、同時に照明される。
【００１０】
本発明は、添付図面と共に以下の詳細な説明を読むことにより最良に理解される。尚、様々な特徴は必ずしも寸法が合わされて記載されているわけではないことを強調する。実際、寸法は説明を明瞭にするために任意に拡大又は縮小されている場合がある。
【００１１】
以下の詳細な説明において、限定のためではなく説明のために、特定の詳細を開示する例示的な実施例を本発明の完全な理解を与えるよう提示する。しかし、本開示内容を理解した当業者には、本発明は、本願に開示する特定の詳細から離れた他の実施例においても実施可能であることが明らかであろう。更に、周知のデバイス、方法、及び材料についての説明は、本発明の説明を明瞭にするために省略する場合もある。
【００１２】
少なくとも１つの例示的な実施例では、ＬＣディスプレイデバイスの段階的なスクローリングが、変調可能／制御可能な光源のアレイを使用して達成される。これは、機械的に動く部分を実質的に排除しながら以下に説明するような性能利点を提供する。
【００１３】
図１は、例示的にＬＣＯＳデバイスであるＬＣデバイス１０１を用いてディスプレイ（図示せず）上に画像を作成するための照明機器１００の１つの例示的な実施例を示す。機器１００は、それぞれ赤色光、青色光、及び緑色光を与える発光素子のアレイ１０２、１０３、及び１０４を有する。発光デバイスは、例示的に、各色における放射波長を有する発光ダイオード（ＬＥＤ）のである。これらのＬＥＤは、様々なタイプのうちの１つであってよい。或いは、他のタイプの別個のアドレス可能な発光デバイスをこの能力のために使用してもよい。他のタイプの別個のアドレス可能な発光デバイスは、以下に限定されないが、アドレス指定可能性、変調可能性、応答時間、及びルーメン出力の特定の要件を満足する限り、白熱電球、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、及びレーザダイオードといった周知の光源を含む。従ってこれらの要件を満足するデバイスが使用され得る。
【００１４】
ここの実施例では、ＬＥＤの各アレイは、光学コリメータ１０５に結合され、各光学コリメータは、各光学インテグレータ１０５に結合される。インテグレータ１０５の出力は、ダイクロイックコンバイナ１０６に入力される。ダイクロイックコンバイナは、個々の色の光（波長）を出力色に組み合わせる。これらの素子は、ＬＣデバイス１０１により均一な光源を与えるのに有用である。
【００１５】
ダイクロイックコンバイナ１０６の光出力は、レンズ１０７及び偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１０８によってＬＣデバイス１０１上に結像される。ＰＢＳ１０８は、周知であるように偏光選択性、及び暗状態の光選択性、従って、画像のコントラストを与える。ＰＢＳ１０８から反射された光は、ＬＣデバイス１０１上に入射し、次に選択的に、プロジェクション光学部１０９に入射する。更に、照明の均一性が、１１０に配置されるセンサを用いて検出され得、また、ＬＥＤアレイへのフィードバックループが必要に応じて補正及び調整を与え得る。
【００１６】
図２は、１つの例示的な実施例によるＬＥＤアレイ２０１を示す。ＬＥＤアレイ２０１は、１つの原色のためのアレイであり、アレイ２０１のＬＥＤの出力波長に依存して図１のアレイ１０２、１０３、及び１０４のうちのいずれかであり得る。各ＬＥＤアレイ２０１は、アレイ２０１の個々のＬＥＤの選択的なアドレス指定を可能にするよう回路基板又は同様の接続スキーム上に配置され得る。これは、本願に記載する１つの例示的な実施例によるシーケンシャル／スクローリング方法でＬＣデバイスを３原色のうちの１つ以上の色で照射することを可能とし、予想以上に有利である。
【００１７】
コリメーション光学素子２０２は、例示的に、複合放物面反射器であって、これらは、光のエタンジュー（etendue）を有効に保つ。光は、スラブライトガイド２０３といったインテグレータを使用して均質化される。アレイ（例えば、アレイ１０２、１０３、及び１０４）からの様々な色は、ダイクロイックコンバイナ２０４又は同様の素子を用いて組み合わされる。
【００１８】
尚、スラブライトガイド２０３の各ガラス部分は、ＬＥＤのその対応する列からの光を案内する。ガラス列部分は、ライトガイド２０３内の全反射（ＴＩＲ）を支援する屈折率を有する好適な糊、流体、又は他の好適な材料（図示せず）によって分離される。従って、光は、ＬＥＤアレイ２０１の特定の列から、照明ユニットの対応する出口列に案内される。これは、列間の光学クロストークを有利に実質的に阻止する。
【００１９】
アレイ２０１のＬＥＤは、インターコネクトに取り付けられる電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）回路電流供給又は同様のデバイスといった電流源ドライバによって選択的にアドレス指定可能である。これらは特に、本願に記載するシーケンシャル照明による段階的なスクローリングを行うのに有用である。ＬＥＤアレイは、特定の画像を強調するためにビデオ信号に結合され得ることを明記する。例えば、コントラストを向上するためにディスプレイ上で明るい領域と暗い領域が生成され得る。
【００２０】
更に、図１及び２に示す実施例を実現するために使用する様々な素子は、例示に過ぎないことを明記する。実際に他の素子及び配置を、例示的な実施例による色バー照明の段階的なスクローリングのためのアドレス指定可能な別個の光源のアレイを与えるよう使用してもよい。
【００２１】
１つの例示的な実施例では、画像の段階的なスクローリングは、ＬＣデバイス１０１のセグメントを順次に照明することによって達成される。例示的に、各セグメントは、少なくとも２つの画素素子の列を有する。この実施例及び他の実施例を以下により具体的に説明する。
【００２２】
図３は、例示的な実施例のＬＣデバイス１０１といったＬＣデバイスの表示領域３００を示す。表示領域３００は、Ｎ列の画素３０１を有する。各列は、Ｍ個の画素を有する。そしてＮ、Ｍ＞２である。１つの例示的な実施例では、画素のＭ×Ｎアレイは、Ｌ個のセグメントに分割され、これは、ＬＣデバイス全体を形成する。各セグメントにおける列の総数は、Ｎ／Ｌである。
【００２３】
１つの例示的な実施例では、この表示領域３００は、３つのバー（セグメント）にセグメント化され、各バーは、２４０（７２０／３）列を有する。このデバイスは、１２８０（Ｍ個の縦列）×７２０（Ｎ個の横列）の全解像度を有する高品位ＴＶ（ＨＤＴＶ）ディスプレイに実装され得る。しかし、これは例示に過ぎず、多くの他のディスプレイが、この例示的な実施例から恩恵を受けることができよう。最後に、セグメントの個々の画素は、横列毎に且つ上から下にアドレス指定される／準備され得るか、又は縦列毎に、或いは、横列のグループと縦列のグループが同時にアドレス指定され得る。極端には、セグメント全体が、同時にアドレス指定され得る。
【００２４】
上述したように、画素は、光がＬＣデバイスを通るよう液晶分子を方向付けるよう特定の大きさの電圧を選択的に印加することによって準備される／アドレス指定される。画像は、画素アレイ全体に亘って光の偏光を変調することによって形成される。この偏光は、次に、ＰＢＳによって選択的に分離される。１つの例示的な実施例では、ＬＣパネルの表示領域３００全体は、その様々な部分において衝突する色についての所望の入力ビデオ情報に応じてその上に入射する光を変調する。この変調された光は、ディスプレイから反射され、全てのＬ個のセグメントがスクローリングされると、画像は完了となる。
【００２５】
１つの例示的な実施例では、３つの色全てが、表示領域３００上に入射し、各色は、列のＮ／３上に入射する。即ち、各色は、表示領域３００の全体領域の１／３であるセグメント上に入射する。次の照明では、各セグメントは異なる色によって照射され、これは、所望の段階的なスクローリングを与える。この処理は連続的に繰り返される。最後に、３色の使用は例に過ぎず、追加の色又は色の他の組み合わせを用いてもよく、その結果更なるセグメント化が行われ得る。例えば、４色が使用される場合、各色は、Ｎ／４の列（４セグメント）上に入射し得る。
【００２６】
ビデオ信号がセグメント全体に適用された後、ＬＥＤアレイからの光は、ディスプレイ３００のセグメント上に入射し、全画像の各部分は、ディスプレイ上に投影される。ディスプレイ３００のアドレス指定は、各セグメントの同時アドレス指定（即ち並列）、続いて、各セグメントの同時照射によって行われる。
【００２７】
従って、明らかなように、上述したディスプレイ全体照明技術とは異なって、例示的な実施例は、各画素列の照明時間を増加し、それにより、ディスプレイの輝度を向上する、セグメント化された準備及び照明を提供する。言い換えると、ビデオ信号及びＬＣデバイスの全ての画素のアライメントを待つのではなく、例示的な方法及び装置は、サブディスプレイ（セグメント）のアドレス指定時間とＬＣ応答時間によってのみ遅延される。これは、照明デューティサイクル、従って、ディスプレイ輝度を向上する。
【００２８】
図４は、１つの例示的な実施例の別の有利な面を示す。第１の曲線４０１は、時間に対する列１の画素の列駆動電圧を示し、第２の曲線４０２は、Ｎ番目の画素列についての列駆動電圧を示す。電圧は順次印加されるので、Ｎ番目の画素列の駆動電圧の初期印加は遅延される。より均一な照明を確実にするために、Ｎ番目の列の画素の列駆動電圧は、第１の列の画素の列駆動電圧より大きくされ、それにより、有限ラインアドレス及び液晶の応答速度を補償し得る。このことは、曲線下において同じ領域をもたらし、従って、各列について等しいフィールドフラックスをもたらし、これは、列のセグメント全体のより均一な投影画像を与える。尚、この技術は、各セグメントに適用され得ることを明記する。その場合、最後の列はＮ／３であり、処理は、次のセグメントにおいて繰り返され、セグメントの（Ｎ／３）番目の列の印加電圧は、セグメントの第１の列より大きい。
【００２９】
ＬＣデバイスのセグメント化は、Ｌ個のセグメントのそれぞれを同時に照明する能力を与え、また、セグメントのアドレス時間とＬＣ応答時間によってのみ制限される。これは、ＬＣデバイス全体の準備が整うまで、また、安定状態に到達するための最後の列のラグまでの照明の遅延を必要とする周知のフルフィールド技術に対して明確な対照である。当然ながら、例示的な実施例のセグメント化技術は、より長いデューティサイクルとより大きい照明時間を可能にする。
【００３０】
図５Ａ及び５Ｂは、周知のフルディスプレイアドレス指定及び照明と、例示的な実施例のセグメント化ディスプレイ照明及びアドレス指定の比較を示す。
【００３１】
図５Ａでは、ＬＣデバイス５０１は、全ての列が適当に配向され、また安定状態にあることを必要とするので、全照明時間は、
Ｉｔ＝Ｔ（色）−Ｔ（ＬＣ）−ＬＡＴ×Ｎ
によって与えられる。ここでは、Ｉｔは、照明時間であり、Ｔ（色）は、色フレーム時間であり、Ｔ（ＬＣ）は、ＬＣ応答時間であり、ＬＡＴは、ラインアドレス時間であり、Ｎは、列数である。
【００３２】
対照的に、セグメント化されたＬＣディスプレイ５０２は、各セグメント５０３、５０４、及び５０５を上述したように並列でアドレス指定及び照明する。この構成では、照明のための全時間Ｉｔは、
Ｉｔ＝Ｔ（色）−Ｔ（ＬＣ）−ＬＡＴ×Ｎ／３
によって与えられる。従って、全照明時間は増加される。従って、ディスプレイアドレス指定時間は、本発明の実施例によって減少される。
【００３３】
定量的な例として、１００Ｈｚのディスプレイ更新周波数を有するデバイスを考慮するに、色更新は、この３倍、即ち、３００Ｈｚであり、又は、３．３ミリ秒の色フレーム時間である。１マイクロ秒のアドレスライン時間Ｔ（ＬＡＴ）と１ミリ秒の液晶応答時間が与えられるに、図５Ａ及び５Ｂの２つの場合についての１０２４列のデバイスにおけるＬＥＤ照明時間は、それぞれ、１．３ミリ秒及び２．０ミリ秒であった。明らかに、例示的な実施例のデバイスの照明時間が、図５Ａの周知のデバイスより５０％以上大きい。このことは、図５Ａ及び５Ｂの曲線５０６及び５０７のそれぞれにおいてグラフにおいて示される。明らかに、図５Ｂの実施例の照明時間が、図５Ａの周知の技術の照明時間より有意に大きい。
【００３４】
例示的な実施例の段階的なスクローリングは図５Ｂにも示す。各セグメント５０３乃至５０５は、それぞれの第１の色で同時の第１の照明が行われる。次に次の照明において、各セグメントは、それぞれの第２の色でここでも同時に照明される。この処理は、スクローリングを行うよう繰り返され、また、フルディスプレイが、第１の色で一回で照明され、次に別の色で一回で照明される周知の技術とは対照的である。
【００３５】
従って、上に本発明を説明した。本発明は、本開示内容を理解した当業者によって様々な方法で変更され得ることは明らかであろう。そのような変更は、本発明の精神及び範囲から逸脱するものとは見なされず、また、そのような変更は、当業者には、特許請求の範囲及びその法的等価物の範囲内に含まれることを意図することは明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】例示的な実施例による段階的スクローリング発光デバイス色バー照明機器を示す図である。
【図２】発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイを示す斜視図であって、各発光ダイオードは、例示的な実施例に従ってコリメーション光学素子に結合される。
【図３】例示的な実施例に従ってＮ列の画素を有するＬＣパネルを示す概念的な図である。
【図４】例示的な実施例によるＬＣパネルの第１列とＮ番目の列の画素の時間に亘っての列駆動電圧を示すグラフである。
【図５Ａ】公知のフルディスプレイアドレス指定及び照明方法の照明時間を示す概念的な図である。
【図５Ｂ】例示的な実施例のサブディスプレイ（バー）アドレス指定及び照明方法の照明時間を示す概念的な図である。
【図１】
2006527413.tif 000003
【図２】
2006527413.tif 000004
【図３】
2006527413.tif 000005
【図４】
2006527413.tif 000006
【図５Ａ】
2006527413.tif 000007
【図５Ｂ】
2006527413.tif 000008
【国際調査報告】
2006527413.tif 000009
2006527413.tif 000010
2006527413.tif 000011