(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一パネルの液晶ディスプレーパネルを用いたディスプレー装置において、
１垂直周期に相応するRi/Gi/Bi信号を入力し、該１垂直周期別に、前記液晶ディスプレーパネルを制御する制御信号及び所定の演算アルゴリズムによってRo/Go/Bo/W信号を出力する規格変換部と、
光源から入射される光を、前記１垂直周期の間に順次にR/G/B/W４色の光を各々スイッチングして出力させるカラースイッチング手段、及びマトリックスで構成された各セルのデータラインに印加される信号に相応して制御信号によって入射光を透過又は反射させ、透過又は反射した入射光をスクリーンに順次、出力させる液晶ディスプレーパネルを有する光学エンジンとを備え、
前記光学エンジンは、
前記カラースイッチング手段から順次に出力される前記R/G/B/W４色の光を前記液晶ディスプレーパネルに入射するとともに、前記規格変換部から出力される前記Ro/Go/Bo/W信号及び前記制御信号によって、入射された該R/G/B/W４色の光を透過又は反射させることによりスクリーンに映像をディスプレーさせるものであり、
前記規格変換部は、
(a')  入力信号のRi、Gi、Bi値の平均値(IncY')を求める手段、
(b')  前記Ri、Gi、Biと、前記平均値（IncY'）とから、下記式（５）〜（７）により、vector_R、vector_G、vector_Bを演算する手段、
【数１】
0003980823.tif 000005
但し、selは、所定のスケール値である。
(c')  前記vector_R、vector_G、vector_B値のうち最小値を無彩色信号（W）の値と決定する手段、及び
(d')  前記入力信号のRi、Gi、Bi値に、対応する前記vector_R、vector_G、vector_B値を加えると共に、それぞれ、前記無彩色信号（W）の値を減算してRo/Go/Bo信号を求める手段を含むことを特徴とするディスプレー装置。
【請求項２】
前記光学エンジンは、
光を生成して投射させる光源と、
前記光源から投射される光を平行光または集束光に変換させるコリメータレンズと、
前記コリメータレンズから入射される光を入力し、前記１垂直周期の間に順次、前記R/G/B/W４色の光を各々スイッチングして出力させるカラースイッチング手段と、
前記カラースイッチング手段から出力される光を入射し、マトリックスで構成された各セルのデータラインに印加される前記Ro/Go/Bo/W信号に相応して前記制御信号によって入射光を透過させ映像を表現する液晶ディスプレーパネルと、
前記液晶ディスプレーパネルを透過した光をスクリーンに向かわせて拡大投射させる投射レンズとを含むことを特徴とする請求項１記載のディスプレー装置。
【請求項３】
前記光学エンジンは、
光を生成して投射させる光源と、
前記光源から投射される光を平行光または集束光に変換させるコリメータレンズと、
前記コリメータレンズから入射される光を入力し、前記１垂直周期間に順次に前記R/G/B/W４色の光を各々スイッチングして出力させるカラースイッチング手段と、
前記カラースイッチング手段から入射される光を偏光によって透過または反射させて入射光の進行経路を変換させる偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタにより透過または反射される光の光路上に配置され、マトリックスで構成された各セルのデータラインに印加される前記Ro/Go/Bo/W信号に相応して前記制御信号によって入射光を前記偏光ビームスプリッタに反射させて映像を表現する強誘電性液晶パネルと、
前記強誘電性液晶パネルから反射されて前記偏光ビームスプリッタを経る光をスクリーンに向かって拡大投射させる投射レンズとを含むことを特徴とする請求項１記載のディスプレー装置。
【請求項４】
前記所定のスケール値(sel)は
【数２】
0003980823.tif 000006
の範囲で設定することを特徴とする請求項１記載のディスプレー装置。
【請求項５】
前記カラースイッチング手段は、前記R/G/B/W４色の光を、前記１垂直周期の間に均等にスイッチングして出力させるように動作することを特徴とする請求項１〜３項のうち何れか一項記載のディスプレー装置。
【請求項６】
入力信号（Ri/Gi/Bi）に無彩色信号（W）を加え、Ro/Go/Bo/W信号による４カラーシーケンスアルゴリズムによる画像を単一の液晶デイスプレーパネルに表示させる画像デイスプレー方法であって、
前記入力信号のRi、Gi、Bi値の平均値(IncY')を求める段階と、
前記Ri、Gi、Biと、前記平均値（IncY'）とから、下記式（５）〜（７）により、vector_R、vector_G、vector_B値を求める段階と、
【数３】
0003980823.tif 000007
但し、selは、所定のスケール値である。
求めた前記vector_R、vector_G、vector_B値のうち最小値を無彩色信号（W）の値と決定し、前記入力信号Ri、Gi、Bi値に、対応する前記vector_R、vector_G、vector_B値を加える一方、それぞれ、前記無彩色信号（W）の値を減算することにより、Ro/Go/Bo信号を求め、Ro/Go/Bo/W信号を生成する段階とを含むことを特徴とする画像デイスプレー方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
【０００２】
本発明はディスプレー装置及び方法に係り、特に単一の液晶素子を用いて輝度の減少量を最小化させるための単一の液晶ディスプレーパネルを用いたディスプレー装置及び方法に関する。
【０００３】
【従来の技術】
【０００４】
デジタル方式で駆動されるディスプレー装置ではプラズマディスプレーパネル(PDP  Plasma  Display  Panel)、液晶ディスプレーパネル(LCDパネル:Liquid  Crystal  Display  Panel)及び強誘電性液晶パネル(FLCパネル:Ferro  electric  Liquid  Crystal  Panel)などがある。
【０００５】
FLCパネルはシリコン基板に形成された光学的平面ミラーとガラスとの間に強誘電性液晶を注入する構造からなり、既存の製品に比べて視野角が広く、応答速度が速い。
【０００６】
図１に示されたように、本発明に関連した技術による単一のLCDパネルを用いたディスプレー装置は信号処理部、タイミング制御部、光学エンジン及びスクリーンで構成される。
【０００７】
ここで、光学エンジンはカラースイッチ、FLCパネルを含んで光学系の光源、コリメータレンズ、偏光ビームスプリッタ、透写レンズ等で構成される。
【０００８】
信号処理部はR、G、B信号を入力し、オフセット制御、コントラスト及び輝度を調整し、ガンマ補正などの信号処理を行った後にLCDパネルにディスプレーさせるためのR/G/Bデータをフィールド単位で垂直同期信号に合せて発生させる。
【０００９】
タイミング制御部は垂直同期信号及び水平同期信号を入力し、カラースイッチを制御するスイッチング制御信号を発生させる。
【００１０】
光学エンジンでは光源によって発生された光をカラースイッチによって順次にR、G、B
光を透過させ、透過されたR、G、B光をLCDパネルでR/G/Bデータに相応して透過/反射させた後、光学系を通じてスクリーンに出力する。
【００１１】
従来の技術による単一のLCDパネルに色を表すには信号の１垂直(vertical)周期
の間にR/G/Bを１/３垂直周期ずつ時分割して表示した。これを図式化して最大輝度を計算すれば、図２に示されたように、R/G/Bで光量が各々１/３であり、出力時間も１/３であるため最大輝度は光量と時間とをかけた値の和の１/３となる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明が解決しようとする技術的課題は、前記問題点を解決するために単一のLCDパネルを使用しても輝度の減少量を３枚のLCDパネルを採用した場合に比べて１/２水準に向上させるための単一の液晶ディスプレーパネルを用いたディスプレー装置及び方法を提供することである。
【００１４】
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、輝度を改善するためにR/G/B信号をR/G/B/W信号に変換させるアルゴリズムを提供することである。
【００１５】
本発明が解決しようとするさらに他の技術的課題は、プロジェクション素子に投射されるイメージに無彩色を追加して輝度を向上させるディスプレー装置及び方法を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
【００１７】
前記技術的課題を達成するために本発明に係る単一の液晶ディスプレーパネルを用いたディスプレー装置は、１垂直周期に相応するRi/Gi/Bi信号を入力し、該１垂直周期別に、前記液晶ディスプレーパネルを制御する制御信号及び所定の演算アルゴリズムによってRo/Go/Bo/W信号を出力する規格変換部と、
光源から入射される光を、前記１垂直周期の間に順次にR/G/B/W４色の光を各々スイッチングして出力させるカラースイッチング手段、及びマトリックスで構成された各セルのデータラインに印加される信号に相応して制御信号によって入射光を透過又は反射させ、透過又は反射した入射光をスクリーンに順次、出力させる液晶ディスプレーパネルを有する光学エンジンとを備え、
前記光学エンジンは、
前記カラースイッチング手段から順次に出力される前記R/G/B/W４色の光を前記液晶ディスプレーパネルに入射するとともに、前記規格変換部から出力される前記Ro/Go/Bo/W信号及び前記制御信号によって、入射された該R/G/B/W４色の光を透過又は反射させることによりスクリーンに映像をディスプレーさせるものであり、
前記規格変換部は、
(a')  入力信号のRi、Gi、Bi値の平均値(IncY')を求める手段、
(b')  前記Ri、Gi、Biと、前記平均値（IncY'）とから、下記式（５）〜（７）により、vector_R、vector_G、vector_Bを演算する手段、
【００１８】
【数４】
0003980823.tif 000002
但し、selは、所定のスケール値である。
【００１９】
(c')  前記vector_R、vector_G、vector_B値のうち最小値を無彩色信号（W）の値と決定する手段、及び
(d')  前記入力信号のRi、Gi、Bi値に、対応する前記vector_R、vector_G、vector_B値を加えると共に、それぞれ、前記無彩色信号値（W）を減算してRo/Go/Bo信号を求める手段を含むことを特徴とする。
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づいて本発明を詳しく説明する。
【００２０】
図３に示されたように、本発明に係る単一の液晶ディスプレーパネルを用いたディスプレー装置は信号処理部３０１、タイミング制御部３０２、規格変換部３０３、光学エンジン３０４及びスクリーン３０５を具備する。光学エンジン３０４は単一の液晶パネルのディスプレー手段で構成されている。
【００２１】
細部的に第１実施例に係る光学エンジン３０４は、図５に示されたように、光源５０１、コリメータレンズ５０２、カラースイッチング手段５０３、液晶ディスプレーパネル(LCDパネル)５０４及び投射レンズ５０５で構成されている。
【００２２】
そして、第２実施例に係る光学エンジン３０４は、図６に示されたように、光源６０１、コリメータレンズ６０２、カラースイッチング手段６０３、偏光ビームスプリッタ６０４、強誘電性液晶パネル６０５及び投射レンズ６０６で構成されている。
【００２３】
信号処理部３０１はR、G、B信号を入力し、オフセット制御、コントラスト及び輝度を調整し、ガンマ補正などの信号処理を実行した後、３カラシーケンスディスプレーシステムに該当するRi/Gi/Bi信号を出力させる。
【００２４】
タイミング制御部３０２は垂直同期信号及び水平同期信号を入力し、カラースイッチング手段を制御するスイッチング制御信号を発生させる。
【００２５】
規格変換部３０３は入力信号Ri/Gi/Biを４カラーシーケンス変換アルゴリズムによってRo/Go/Bo/Wに変換させる。
【００２６】
図４に示されたように、Ro/Go/Bo/W  ４カラーシーケンスアルゴリズムによる画像ディスプレー方法による最大輝度(Ymax１)はRo、Go、Bo、Wのそれぞれの光量と時間とをかけた値の和なので、式（１）のように計算される。
【００２７】
Ymax１=(１/３×１/４)+(１/３×１/４)+(１/３×１/４)+(１×１/４)
=１/２                                            （１）
これに比べて図２に示された従来の技術によるR/G/B  ３カラシーケンスアルゴリズム
による画像ディスプレー方法による最大輝度(Ymax２)はR、G、Bのそれぞれの光量と時間とをかけた値の和なので、式（２）のように計算される。
【００２８】
Ymax２=(１/３×１/３)+(１/３×１/３)+(１/３×１/３)
=１/３                                            （２）
従って、本発明に係るRo/Go/Bo/W  ４カラシーケンスアルゴリズムによる画像ディスプレー方法による最大輝度(Ymax１)は従来の技術によるR/G/B  ３カラシーケンスディスプレーシステムによるディスプレー方法における最大輝度(Ymax２)より５０%向上されることが分かる。
【００２９】
しかし、入力されるRi/Gi/Bi信号を変化せず、単に無彩色信号(W)のみを追加させるのは輝度は向上されが、色相が無彩色側に遷移されてカラーの彩度が劣る。
【００３０】
次に、規格変換部３０３で実行されるRo/Go/Bo/W  ４カラーシーケンス変換アルゴリズムによって無彩色の信号（Ｗ）の追加によって無彩色ベクトル方向への遷移を防止する過程を、図７のフローチャートに基づいて説明する。
【００３１】
入力信号（Ri/Gi/Bi）が入力したとき(段階７０１)、輝度の増加分を決定するためのIncY値を式（３）または式（４）によって決定する(段階７０２)。
【００３２】
IncY=MIN(Ri、Gi、Bi)                      （３）
IncY=MEAN(Ri、Gi、Bi)                    （４）
即ち、IncY値は、入力信号（Ri/Gi/Bi）それぞれのRi、Gi、Bi値のうち最小値を選択するか、または平均値として決定する。
【００３３】
次に、vector_R、G、B値を式（５）、（６）、（７）のように演算する(段階７０３)。
【００３４】
【数５】
0003980823.tif 000003
ここで、selは、スケール定数であって、システムの条件によって実験的に求められ、大きすぎると表現できない場合が発生し、小さすぎると輝度の補償量が少ないので輝度向上を期待できなくなる。従って、selは
【００３５】
【数６】
0003980823.tif 000004
の範囲内で適正に決定するのが効率的である。
【００３６】
次いで、４カラーシーケンスディスプレーシステムに用いられる無彩色信号Wの大きさとしてvector_R、vector_G、vector_Bのうち最小値を選択する(段階７０４)。
【００３７】
このような過程を通じて輝度向上のために追加させようとする無彩色信号Wの値を求めた。
【００３８】
次いで、無彩色信号(W)の追加によって、入力信号ベクトルが３次元直交座標の無彩色ベクトル方向に遷移するのを補償するために、式（８）、（９）、（１０）のような演算を実行する(段階７０５)。
【００３９】
Rv=Ri+vector_R                              （８）
Gv=Gi+vector_G                              （９）
Bv=Bi+vector_B                              （１０）
それから、最終的に式（１１）、（１２）、（１３）によって無彩色ベクトル方向への遷移を補償したRo、Go、Boを演算して出力する(段階７０６、７０７)。
【００４０】
Ro=Rv−W                                    （１１）
Go=Gv−W                                    （１２）
Bo=Bv−W                                    （１３）
前述したようなアルゴリズムによれば、無彩色信号Wの追加によって輝度が上昇し、また式（８）、（９）、（１０）のように入力信号にも各々vector_R、vector_G、vector_Bを加えることにより輝度が上昇する。そこで、式（１１）、（１２）、（１３）のように、輝度が増加したRv、Gv、Bvから無彩色信号Wの値を同一に減算することによって、入力信号のベクトルが無彩色ベクトル方向から離れるように補償する。
【００４１】
即ち、図８に示すように、説明の便宜上、３次元直交座標におけるB座標軸を考慮せずRとG座標軸のみによる２次元直交座標を考慮して説明すれば次の通りである。
【００４２】
図４に示すRo/Go/Bo/W４カラーシーケンスアルゴリズムによる画像ディスプレーでは、図８において、無彩色信号（Ｗ）による無彩色ベクトルが入力カラー信号のＣ１ベクトルに追加されたことと等価であり、入力カラー信号C１のベクトルが無彩色の軸方向を基準としてR軸方向に偏っている場合は、無彩色ベクトルが追加されたC１ベクトルは、無彩色の軸の方向に遷移される。しかし、スケール定数などをかけて演算したvector_R、vector_Gを追加して輝度の増加が図られた入力カラー信号C１ベクトル（式（８）〜式（１０））から、それぞれ、同一値の無彩色信号Wの値を減じる（式（１１）〜式（１３））と合成ベクトルは、R軸方向(矢印方向)に遷移される。従って、Ro/Go/Bo/W４カラーシーケンスアルゴリズムによる画像ディスプレーにおける出力合成ベクトルは元のC１ベクトルとほぼ同じ方向になる。
【００４３】
このような方法で入力カラー信号C２を本発明に係るアルゴリズムで演算しても、今度は無彩色の軸と離れるG軸方向(矢印方向)に遷移されて最終的にWを含んで合成ベクトルを描けばほぼC２ベクトルと同一方向になる。
【００４４】
このような４カラー変換アルゴリズムによって規格変換部３０３から出力されるRo/Go/Bo/Wデータを光学エンジン３０４に印加してスクリーン３０５にディスプレーされる動作に対して説明する。
【００４５】
まず、図５に示された光学エンジンの第１実施例について説明する。光源５０１は光を生成するランプとこのランプから出射された光を反射させ、その経路を案内する反射ミラーよりなって光を放射させる。
【００４６】
コリメータレンズ５０２は光源５０１から放射される光を平行光または集束光に変えて出力する。
【００４７】
カラースイッチング手段５０３はLCDシャッターまたはカラーホイールタイプで構成され、コリメータレンズ５０２から入射される光をタイミング制御部３０２から印加されるカラースイッチング制御信号によってR、G、B、Wの４色を１垂直周期の間に順次に１/４垂直周期ずつスイッチングして出力させる。即ち、初期１/４垂直周期の間には入射される光のうちRに該当する波長のみを透過させ、残り波長を遮断させる。そして、次の１/４垂直周期の間には入射光のうちGに該当する波長のみを透過させ、残り波長を遮断させる。そして順次にB及びWに対する波長を各々１/４垂直周期の間スイッチングして通過させる。
【００４８】
液晶ディスプレーパネル５０４はカラースイッチング手段５０３から出力される光路上に配置され、マトリックスで構成された各セルのデータラインに規格変換部３０３から印加されるRo/Go/Bo/Wデータに相応してクロック及びパネル制御用信号によって入射光を透過させる。
【００４９】
投射レンズ５０５は液晶ディスプレーパネル５０４から透過された光をスクリーン５０６に向かって拡大投射させる。
【００５０】
次いで、図６に示された光学エンジンの第２実施例について説明する。第１実施例に係る光学エンジン３０４では透過形液晶ディスプレーパネルを使用したが、第２実施例では反射型強誘電性液晶パネルを使用するという点で相異なる。
【００５１】
透過形液晶パネルはデータラインに入力されるデータ値に相応して入射される光を透過させて映像をディスプレーさせる方式であり、反射型強誘電性液晶パネルはデータラインに入力されるデータ値に相応して入射される光を反射させて映像をディスプレーさせる方式である。
【００５２】
光源６０１は光を生成するランプとこのランプから出射された光を反射させ、その経路を案内する反射ミラーよりなって光を放射させる。
【００５３】
コリメータレンズ６０２は光源６０１から放射される光を平行光または集束光に変えて出力する。
【００５４】
カラースイッチング手段６０３はLCDシャッターまたはカラーホイールタイプで構成され、コリメータレンズ６０２から入射される光をタイミング制御部３０２から印加されるカラースイッチング制御信号によってR、G、B、Wの４色を１垂直周期の間に順次に１/４垂直周期ずつスイッチングして出力させる。即ち、初期１/４垂直周期の間には入射光のうちRに該当する波長のみを透過させ、残り波長を遮断させる。そして、次の１/４垂直周期の間には入射光のうちGに該当される波長のみを透過させ、残り波長を遮断させる。そして、順次にB及びWに対する波長を各々１/４垂直周期の間にスイッチングして通過させる。
【００５５】
偏光ビームスプリッタ６０４はカラースイッチング手段６０３からの入射光のうちS波光は反射させ強誘電性液晶パネル６０５に入射させ、P波光はそのまま透過させる。
【００５６】
強誘電性液晶パネル６０５はマトリックスで構成された各セルのデータラインに規格変換部３０３によって印加されるRo/Go/Bo/Wデータ値に相応してクロック及びパネル制御用信号によって入射光を偏光ビームスプリッタ６０４に反射させ各画素の映像を表現する。
【００５７】
そうすると、偏光ビームスプリッタ６０４は強誘電性液晶パネル６０５からの反射光のうちP波光はそのまま透過させて投射レンズ６０６に入射させ、S波光は反射させる。
【００５８】
投射レンズ６０６は偏光ビームスプリッタ６０４から入射される光をスクリーン６０７に向かって拡大投射させる。
【００５９】
このような動作によって４カラーシーケンスによる単一のLCDパネルまたはFLCパネルを用いてディスプレーされる輝度量を増加させ、かつ無彩色を追加することによって彩度の劣化を防止しうる。
【００６０】
本発明で説明した光学エンジンは、説明の便宜上、単純化させて表現したが、コントラストなどの画質を改善するためにガラスポラライザ(glass  polarizer)、多様なシャッタ、キューブなどが追加でき、コリメータレンズの位置を変更させうるということは光学エンジン設計技術分野では周知の技術である。
【００６１】
【発明の効果】
【００６２】
前述したように、本発明によれば単一の光透過型LCDパネルまたは反射型FLCパネルを使用してディスプレーする場合にも４カラー変換アルゴリズムによって無彩色による輝度の増加に伴う彩度の劣化を補償することによって、従来の技術に比べて画面の輝度が向上され、さらに鮮明な色相でカラーをディスプレーしうる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明と関連した技術による単一の液晶ディスプレーパネルを用いたディスプレー装置の構成図である。
【図２】従来の技術に係る３カラーシーケンス方式による光量、時間及び輝度量を示す図である。
【図３】本発明に係る単一の液晶ディスプレーパネルを用いたディスプレー装置の構成図である。
【図４】本発明に係る４カラーシーケンス方式による光量、時間及び輝度量を示す図である。
【図５】図３に示された光学エンジンの第１実施例に係る細部構成図である。
【図６】図３に示された光学エンジンの第２実施例に係る細部構成図である。
【図７】本発明に適用される３カラーを４カラーに変換させるアルゴリズムを示すフローチャートである。
【図８】本発明に係る４カラー変換アルゴリズムを説明するためのカラーベクトルを示す図である。
【符号の説明】
３０１  信号処理部
３０２  タイミング制御部
３０３  規格変換部
３０４  光学エンジン
３０５  スクリーン
５０１  光源
５０２  コリメータレンズ
５０３  カラースイッチング手段
５０４  液晶ディスプレーパネル
５０５  投射レンズ
【図１】
0003980823.tif 000008
【図２】
0003980823.tif 000009
【図３】
0003980823.tif 000010
【図４】
0003980823.tif 000011
【図５】
0003980823.tif 000012
【図６】
0003980823.tif 000013
【図７】
0003980823.tif 000014
【図８】
0003980823.tif 000015