JP4245563B2 - 投写型映像表示装置 - Google Patents

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Description

【技術分野】
【０００１】
この発明は、液晶プロジェクタなどの投写型映像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶プロジェクタなどに用いられる照明装置としては、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等のランプと、その照射光を平行光化するパラボラリフレクタから成るものが一般的である。更に、近年においては、長寿命化や省電力化等の観点から、発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源として用いることも試みられている（特開平１０−１８６５０７号参照）。
【０００３】
しかしながら、従来技術における省電力化は固体光源自体の低消費電力動作特性によるものであり、更なる省電力化を図ったものはない。
【発明の開示】
この発明は、上記の事情に鑑み、発光ダイオード等の固体光源を用いて省電力化を図ることができる投写型映像表示装置を提供することを目的とする。
【０００４】
この発明の投写型映像表示装置は、上記の課題を解決するために、赤色光を出射する第１固体光源と、緑色光を出射する第２固体光源と、青色光を出射する第３固体光源と、前記光源からの前記色光を受けて変調を行なう表示パネルと、変調された前記色光から成るフルカラー映像光を投写する手段と、映像信号情報に基づいて前記固体光源の出射光量をその供給電力制御により調整する光源調整手段と、各色光の出射光量の調整に対応させて各表示パネルへのドライブ信号を制御する手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００５】
上記の構成であれば、映像信号に合わせて固体光源の光出射量をその供給電力制御により調整するので、暗い映像が存在するほど消費電力の抑制が図られることになり、また、冷却能力や冷却のための消費電力も低くできる。
【０００６】
各固体光源は複数の固体発光素子を備えてなり、前記光源調整手段は複数の固体発光素子の発光個数を制御することで、各固体光源の出射光量を調整するようになっていてもよい。また、各固体光源は複数の固体発光素子を備えてなり、前記光源調整手段は各固体発光素子への供給電力を制御することで、各固体光源の出射光量を調整するように構成されていてもよい。また、各固体光源は複数の固体発光素子を備えてなり、前記光源調整手段は各固体発光素子をパルス発光させると共に、このパルス発光のデューティ比を制御することで、各固体光源の出射光量を調整するように構成されていてもよい。
【０００７】
一フレーム映像の中での各色の最高値が前記表示パネルの最高階調対応状態で得られるように前記各色用の固体光源の出射光量をその供給電力制御により調整するようにしてもよい。これによれば、最も消費電力の抑制が図られることになる。
【０００８】
投写型映像表示装置は、各光源からの各色光を合成して得られた白色光を単一のフルカラー表示パネルに導くように構成されていてもよい。また、各光源からの各色光を合成して得られた白色光を色分離し、各色光を赤色用表示パネルと緑色用表示パネルと青色用表示パネルとにそれぞれに導くように構成されていてもよい。また、各光源からの各色光を赤色用表示パネルと緑色用表示パネルと青色用表示パネルとに各色光のまま導くように構成されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
図１はこの発明の実施形態の投写型映像表示装置の光学系及び制御系を示した説明図である。図２は一平面内に３つの照明装置を混在させた照明装置を示しており、図２（ａ）は全てのＬＥＤチップを点灯させた状態を示しており、図２（ｂ）は３つの照明装置において一部のＬＥＤチップを消灯させた状態を示している。図３は図１に示した照明装置のうちの赤色用の照明装置を示した正面図であり、図３（ａ）は全てのＬＥＤチップを点灯させた状態を示しており、図３（ｂ）は一部のＬＥＤチップ１１を消灯させた状態を示している。図４は各フレーム期間のパルス発光のデューティ比を変化させることを示した説明図である。図５は単板ＤＭＤ方式の説明図である。図６は３板ＤＭＤ方式の説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、この発明の実施形態の投写型映像表示装置を図１乃至図６に基づいて説明していく。
【００１１】
図１は３板式の投写型映像表示装置の光学系及び制御系を示した図である。この投写型映像表示装置は３つの照明装置１Ｒ，１Ｇ，１Ｂを備える（以下、個々の照明装置を特定しないで示すときには、符号”１”を用いる）。照明装置１Ｒは赤色光を出射し、照明装置１Ｇは緑色光を出射し、照明装置１Ｂは青色光を出射する。各照明装置１から出射された光は、凸レンズ２によって各色用の液晶表示パネル３Ｒ，３Ｇ，３Ｂに導かれる（以下、個々の液晶表示パネルを特定しないで示すときには、符号”３”を用いる）。各液晶表示パネル３は、入射側偏光板と、一対のガラス基板（画素電極や配向膜を形成してある）間に液晶を封入して成るパネル部と、出射側偏光板とを備えて成る。液晶表示パネル３Ｒ，３Ｇ，３Ｂを経ることで変調された変調光（各色映像光）は、ダイクロイックプリズム４によって合成されてカラー映像光となる。このカラー映像光は、投写レンズ５によって拡大投写され、スクリーン上に投影表示される。
【００１２】
照明装置１は、ＬＥＤチップ１１…がアレイ状に配置され且つ各ＬＥＤチップ１１の光出射側にレンズセル１４…を配置して成る光源１２と、各ＬＥＤチップ１１から出射されて前記レンズセル１４にて平行化された光を液晶表示パネル３へインテグレートして導くフライアイレンズ対１３とから成る。フライアイレンズ対１３は、一対のレンズ群１３ａ，１３ｂにて構成されており、個々のレンズ対が各ＬＥＤチップ１１から出射された光を液晶表示パネル３の全面へ導くようになっている。ＬＥＤチップ１１…は透明樹脂によりモールドされており、この透明樹脂が凸状に形成されたことで前記レンズセル１４…を構成している。ＬＥＤチップ１１及びレンズセル１４及びレンズ群１３ａの各レンズは、方形状に形成されており、更に、液晶表示パネル３のアスペクト比に一致又は略一致したものとなっている。なお、ＬＥＤチップ１１及びレンズセル１４及びレンズ群１３ａの各レンズのアスペクト比を液晶表示パネル３のアスペクト比と相違させてもよく、この場合には、アナモフィックレンズを用いることで液晶表示パネル３に導かれる光束をアスペクト比に一致又は略一致させるのがよい。
【００１３】
最適処理部２１は、映像信号（ＲＧＢ信号）を入力し、この映像信号における一フレーム映像を解析する。具体的には、一フレーム映像を構成する各画素の赤色強度（赤色階調信号）、緑色強度（緑色階調信号）、青色強度（青色階調信号）を検出する。ここで、簡単のため、通常２５６階調の各色強度は０〜１００％であるとし、１００階調で各液晶表示パネル３の光透過量が制御されるものとし、また、各照明装置１も１００％段階で光量調整が行なえるものとする。
【００１４】
一フレーム映像のなかで赤色強度が全ての画素において０％であるならば、最適処理部２１は、光源ゲイン調整部２２に対して、照明装置１Ｒのゲインを０％（最低光量）とするための制御信号を与える。光源ゲイン調整部２２は前記制御信号を受けて照明装置１Ｒへの供給電力（電圧）を制御する。また、最適処理部２１は、ＬＣＤ信号処理部２３に対しては、液晶表示パネル３Ｒの全画素について例えば光透過量０％とする駆動指令を与える。ＬＣＤ信号処理部２３は前記駆動指令に基づいて液晶表示パネル３Ｒの画素を駆動することになる。
【００１５】
一フレーム映像のなかで赤色強度の最高値が５０％のとき、当該５０％の値とされる画素についてはその光透過量を１００％とし、照明装置１Ｒについてはその出射光量を５０％とする。他の赤色強度を持つ画素については、その元々の映像信号による赤色強度に対して前記照明装置１Ｒの出射光量を５０％としたことによる補正をかければよい。すなわち、一フレーム映像の中での各色の最高値が前記表示パネルの最高階調対応状態で得られるように前記各色用の固体光源の出射光量をその供給電力制御により調整するようにしてもよい。このように制御するのが照明装置１における電力消費を最も少なくできる。勿論、このような制御に限らず、例えば、前記５０％の値とされる画素について光透過量を７０％とし、照明装置１Ｒの出射光量を７０％とするような制御を行なってもよい。この場合も、他の赤色強度を持つ画素については、その元々の映像信号による赤色強度に対して前記照明装置１Ｒの出射光量を７０％としたことによる補正をかければよい。
【００１６】
また、他の色についても、同様の制御を行なえばよい。ここで、従来の投写型映像表示装置においては、黒映像の表示においても、照明装置は最高の光量で発光するように電力供給を受けていたが、この発明であれば、黒映像の表示においては、照明装置１への電力供給を例えば０にし得ることになり、電力消費を格段に低くすることが可能になる。
【００１７】
なお、上記の構成例では、光源ゲイン調整部２２によって各照明装置１（すなわち、ＬＥＤチップ１１…）への供給電力（電圧）を制御するようにしたが、発光させるＬＥＤチップ１１…の個数を制御することで、各照明装置１の出射光量を制御するようにしてもよい。図２には、一平面内に３つの照明装置１Ｒ，１Ｇ，１Ｂを混在させた照明装置を示しており、図２（ａ）は全てのＬＥＤチップ１１を点灯させた状態を示しており、図２（ｂ）は照明装置１Ｒ，１Ｇ，１Ｂにおいて一部のＬＥＤチップ１１…を消灯させた状態を示している。消灯させたＬＥＤチップ１１…は図において黒色で示される。なお、このような照明装置からは各色光が重なって出射されることになるので、この光を単板式のフルカラー表示パネルに導いてもよいし、或いは、ダイクロイックミラーにて各色光に分光して各色用の表示パネルに導くようにしてもよい。また、図３は図１に示した照明装置１Ｒを示した正面図である。すなわち、照明装置１Ｒは赤色光を出射するＬＥＤチップ１１…を一平面内にアレイ状に配置して成る。図３（ａ）は全てのＬＥＤチップ１１を点灯させた状態を示しており、図３（ｂ）は一部のＬＥＤチップ１１…を消灯させた状態を示している。ＬＥＤチップ１１を消灯させる場合、図２（ｂ）や図３（ｂ）に示したごとく、分散的に消灯することとしてもよいが、これに限らず、縁から順に消灯することとしてもよい。
【００１８】
また、ＬＥＤチップ１１…をパルス発光させることとし、図４に示しているように、各フレーム期間（１Ｖ：垂直期間）のパルス発光のデューティ比を変化させることで光量制御を行うこととしてもよい。
【００１９】
また、液晶表示パネルを用いる構成を示したが、液晶表示パネルに限るものではなく、画素となる微小ミラーを個々に駆動するタイプの表示パネル（例えば、ディジタル・マイクロミラー・デバイス：ＤＭＤ）を用いることとしてもよい。単板式の場合であれば、例えば、図５に示すように、照明装置１Ｒ，１Ｇ，１Ｂをダイクロイックプリズム４の３つの側面面に対面させて設け、ダイクロイックプリズム４の一つの側面から白色光を出射する。そして、この白色光をレンズ７及び曲面ミラー１０を介して単板ＤＭＤ９に照射する。単板ＤＭＤ９にて反射された光（フルカラー映像光）は投写レンズ５によって投写される。また、三板式の場合であれば、例えば、図６に示すように、照明装置１Ｒ，１Ｇ，１Ｂをダイクロイックプリズム４の３つの側面面に対面させて設け、ダイクロイックプリズム４の一つの側面から白色光を出射する。そして、この白色光をレンズ７を介して内部全反射（ｔｏｔａｌ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ：ＴＩＲ）プリズム３０に導く。この内部全反射プリズム３０にて反射した白色光は３つのプリズムから成る色分解プリズム３１に導かれる。そして、各色光は各色用のＤＭＤ９Ｒ，９Ｇ，９Ｂに導かれ、これらの反射光（各色映像光）が再び色分解プリズム３１に入射し、フルカラー映像光となって色分解プリズム３１から出射される。色分解プリズム３１から出射されたフルカラー映像光は内部全反射プリズム３０を透過し、投写レンズ５によって拡大投写される。
照明装置１の構成は上述した構成に限るものではない。例えば、フライアイレンズ対１３に替えて、ロッドインテグレータを用いることができる。固体光源についても、発光ダイオード（ＬＥＤ）に限るものではなく、半導体レーザなどを用いることができる。また、最適処理部２１は、入力された映像信号に対して３段階の判定（暗い、中、明るい）を行い、この３段階で光量制御とパネル駆動制御を行なうようにしてもよいものである。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように、この発明によれば、映像信号に合わせて固体光源の光出射量を調整するので、暗い映像が存在するほど消費電力の抑制が図られることになり、更には、冷却能力や冷却のための消費電力についても低くできるという効果を奏する。

Claims (6)

  1. 赤色光を出射する複数の固体発光素子から成る第１固体光源と、緑色光を出射する複数の固体発光素子から成る第２固体光源と、青色光を出射する複数の固体発光素子から成る第３固体光源と、前記光源からの前記色光を受けて変調を行なう表示パネルと、各固体発光素子から出射された色光を光インテグレートして前記表示パネルに導く手段と、変調された前記色光から成るフルカラー映像光を投写する手段と、映像信号情報に基づいて前記固体光源の出射光量をその供給電力制御により調整する光源調整手段と、各色光の出射光量の調整に対応させて各表示パネルへのドライブ信号を制御する手段と、を備え、
    前記光源調整手段は複数の固体発光素子の発光個数を制御することで、各固体光源の出射光量を調整し、且つ前記調整に際して縁側の固体発光素子から順に消灯することを特徴とする投写型映像表示装置。
  2. 請求項１に記載の投写型映像表示装置において、映像信号情報に基づいて、暗い、中、明るいの３段階を判定し、３段階で光量制御と表示パネル駆動制御を行うことを特徴とする投写型映像表示装置。
  3. 赤色光を出射する第１固体光源と、緑色光を出射する第２固体光源と、青色光を出射する第３固体光源と、前記光源からの前記色光を受けて変調を行なう表示パネルと、変調された前記色光から成るフルカラー映像光を投写する手段と、映像信号情報に基づいて前記固体光源の出射光量をその供給電力制御により調整する光源調整手段と、各色光の出射光量の調整に対応させて各表示パネルへのドライブ信号を制御する手段と、を備え、
    例えば一フレーム映像のなかで赤色強度の最高値５０％のときに当該５０％の値とされる画素についてその光透過量を１００％とするのではなく、前記５０％の値とされる画素について光透過量を７０％とし、赤色用の照明装置の出射光量を７０％とするごとく、
    一フレーム映像のなかで各色強度が最高値である画素（例えば最高値５０％の画素であり、１００％の場合は除く）について光透過量又は光反射量を１００％としない形態で表示パネル駆動制御を行うことを特徴とする投写型映像表示装置。
  4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の投写型映像表示装置において、各光源からの各色光を合成して得られた白色光を単一のフルカラー表示パネルに導くように構成されたことを特徴とする投写型映像表示装置。
  5. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の投写型映像表示装置において、各光源からの各色光を合成して得られた白色光を色分離し、各色光を赤色用表示パネルと緑色用表示パネルと青色用表示パネルとにそれぞれに導くように構成されたことを特徴とする投写型映像表示装置。
  6. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の投写型映像表示装置において、各光源からの各色光を赤色用表示パネルと緑色用表示パネルと青色用表示パネルとにそれぞれ単色光状態のまま導くように構成されたことを特徴とする投写型映像表示装置。
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